[發明專利]一種可調控水下聲波反射角的超薄聲學超表面

在審

• 申請號: 202211663025.0
• 申請日: 2022-12-23
• 公開（公告）號: CN116030783A
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 胡博;趙思緣;李松;時潔;時勝國;王世博;王思源;潘琳琳
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G10K11/36
• 分類號: G10K11/36;G10K11/28
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 王丹陽

一種可調控水下聲波反射角的超薄聲學超表面屬于聲學超表面技術領域，解決了聲學超表面的單元結構尺寸較大，水中低頻聲波難以調控，對材料要求高的技術問題，包括第一均勻介質、第二均勻介質、第三均勻介質、第四均勻介質、第五均勻介質、第六均勻介質、第七均勻介質、第八均勻介質、隔板以及底板；本裝置通過改變介質高度來設計超表面，結構簡單。通過調節周期寬度d與波長λ的關系來調節反射波的角度，變化參量少。本裝置有效減小了超表面的尺寸，厚度較小。本裝置在任意入射角度均可以實現異常反射現象。

技術領域

本發明屬于聲學超表面技術領域，具體涉及一種可調控水下聲波反射角的超薄聲學超表面。

背景技術

聲波是一種為人們所熟悉的縱波，是能量在空間傳遞的一種重要表現形式，廣泛存在于自然界中并與人類日常生活息息相關。聲學超表面是一種特殊的聲學超材料，它由超材料單元組成，目前多種超材料單元已經被用于超表面，例如迷宮結構單元，亥姆霍茲共振腔結構單元，五模結構單元等等。亞波長尺寸的結構是聲學超表面最顯著的特征，可以看出，相對于超構材料，超構表面具有結構簡單、效率高、體積小以及易加工等優點，這使得超表面更易于集成和制作，因此掀起了波束調控的研究熱潮，如異常反射和透射，聲聚焦，聲隱身，完美聲吸收等，它們在醫療、通信、檢測以及軍事等方面均有廣泛的應用前景。

目前最常見的聲學超表面結構包括：(1)折疊空間結構(Li?Y,Liang?B,Gu?Z,etal.Reflected?wavefront?manipulation?based?on?ultrathin?planar?acousticmetasurfaces[J].Scientific?Reports,2013,3(7464):2546.)。該結構使用折疊空間延長聲波的傳播路徑，達到延遲反射相位的目的。(2)亥姆霍茲共振腔結構(Liu?B,Zhao?W,Jiang?Y.Apparent?Negative?Reflection?with?the?Gradient?Acoustic?Metasurfaceby?Integrating?Supercell?Periodicity?into?the?Generalized?Law?of?Reflection[J].Scientific?Reports,2016,6(1):38314.)。通過改變亥姆霍茲共振腔的腔體容積實現對聲波相位的調控。(3)“螺絲-螺母”結構(Fan?S?W,Zhao?S?D,Chen?A?L,et?al.TunableBroadband?Reflective?Acoustic?Metasurface[J].Physical?Review?Applied,11,044038(2019))。通過調節螺絲的旋擰深度改變反射相位，從而實現異常反射等聲學現象。

以上結構均可實現對反射波的任意調控功能，但是大多數超表面都是應用與空氣之中的，目前關于水中超表面的研究較少，并且由于同頻率下水中的波長是空氣中波長的5倍，在水中制作的超表面尺寸較大，導致水中的低頻聲波難以調控；與空氣超表面不同的是，在水中很難尋找到可以視為絕對硬邊界的材料，對材料要求較高，因此折疊空間型以及亥姆霍茲共振腔型超表面很難應用與水中。因此，制作一種結構輕薄、制作簡單的超表面的結構用于水下反射聲波的調控，是非常有必要的。

發明內容

為解決上述背景技術中提出的問題。本發明提供了一種可調控水下聲波反射角的超薄聲學超表面，解決了聲學超表面的單元結構尺寸較大，水中低頻聲波難以調控，對材料要求高的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：