[發明專利]一種聲學共振聚焦透鏡及其設計方法

有效

• 申請號: 201810631222.1
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN109119062B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 梁旭;阮永都;呂恒;鄧禹;王體濤;王玉紅
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G10K11/30
• 分類號: G10K11/30;G02B3/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種聲學共振聚焦透鏡，其特征在于包括：元胞和底座，所述元胞為周期性結構中用于排列的最小結構單元，元胞以正方晶格的形式排列在底座上，元胞進行周期性排列所構成的共振聚焦透鏡的主體外圍輪廓呈長方體，長方體的長寬高之比為3.4:1:3.47，

所述元胞包括：

一個散射共振體單元，作為元胞的主體，周期性排列在底座上；

基體材料，作為聲波的傳播介質，充滿在散射共振體單元的周圍；

所述的散射共振體單元呈對稱的“十”字型長柱體結構，其左右對稱，且上下對稱，散射共振體單元可以在元胞內旋轉任意角度后排列在底座上，但所有元胞內的散射共振體單元的旋轉角度均需相同；散射共振體單元之間按固定間距進行周期性排列。

2.根據權利要求1所述的聲學共振聚焦透鏡，其特征在于所述散射共振體單元的高度h大于或等于15倍元胞晶格常數a，并且小于或等于35倍的元胞晶格常數a。

3.根據權利要求1所述的聲學共振聚焦透鏡，其特征在于所述的基體材料為水或空氣。

4.根據權利要求1所述的聲學共振聚焦透鏡，其特征在于所述的散射共振體單元材料的聲阻抗大于或等于25倍基體材料的聲阻抗。

5.根據權利要求1所述的聲學共振聚焦透鏡，其特征在于所述的聲學聚焦透鏡的聚焦平面為垂直于底座的豎直平面，可以對平面聲波和/或球面波均實現聲波聚焦。

6.一種如權利要求1所述的聲學共振聚焦透鏡的設計方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1.?選定目標工作頻率范圍f，選定應用場所，即選定基體材料；

步驟2.?根據波長，確定散射共振體單元的形狀參數和數量大小；

步驟3.?利用數值計算方法計算步驟2所確定元胞的能帶結構，根據能帶結構圖，確定工作頻率f是否在聲學共振聚焦透鏡的可用范圍內，如果不在頻率范圍內，返回步驟2，直到頻率大小滿足條件為止；

步驟4.?制備底座，并在底座上根據晶格常數a、散射共振體單元短邊長度b和長邊長度c、和透鏡長寬比確定出散射共振體單元的位置和底座大小，根據散射共振體單元的位置和結構參數對底座鏤空，預留出散射共振體單元的安放位置；步驟5.?批量制作散射共振體單元，并將其按正方晶格形式周期性排列在底座預留的安裝位置之上構成聲學共振聚焦透鏡。

7.如權利要求6所述的設計方法，其特征在于所述的步驟4中為了避免散射共振體單元在使用過程中發生傾斜，使用一塊與底座相同的結構，將其安裝在散射共振體單元上方。