[发明专利]一种声学共振聚焦透镜及其设计方法

权利要求书

1.一种声学共振聚焦透镜，其特征在于包括：元胞和底座，所述元胞为周期性结构中用于排列的最小结构单元，元胞以正方晶格的形式排列在底座上，元胞进行周期性排列所构成的共振聚焦透镜的主体外围轮廓呈长方体，长方体的长宽高之比为3.4:1:3.47，

所述元胞包括：

一个散射共振体单元，作为元胞的主体，周期性排列在底座上；

基体材料，作为声波的传播介质，充满在散射共振体单元的周围；

所述的散射共振体单元呈对称的“十”字型长柱体结构，其左右对称，且上下对称，散射共振体单元可以在元胞内旋转任意角度后排列在底座上，但所有元胞内的散射共振体单元的旋转角度均需相同；散射共振体单元之间按固定间距进行周期性排列。

2.根据权利要求1所述的声学共振聚焦透镜，其特征在于所述散射共振体单元的高度h大于或等于15倍元胞晶格常数a，并且小于或等于35倍的元胞晶格常数a。

3.根据权利要求1所述的声学共振聚焦透镜，其特征在于所述的基体材料为水或空气。

4.根据权利要求1所述的声学共振聚焦透镜，其特征在于所述的散射共振体单元材料的声阻抗大于或等于25倍基体材料的声阻抗。

5.根据权利要求1所述的声学共振聚焦透镜，其特征在于所述的声学聚焦透镜的聚焦平面为垂直于底座的竖直平面，可以对平面声波和/或球面波均实现声波聚焦。

6.一种如权利要求1所述的声学共振聚焦透镜的设计方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1. 选定目标工作频率范围f，选定应用场所，即选定基体材料；

步骤2. 根据波长，确定散射共振体单元的形状参数和数量大小；

步骤3. 利用数值计算方法计算步骤2所确定元胞的能带结构，根据能带结构图，确定工作频率f是否在声学共振聚焦透镜的可用范围内，如果不在频率范围内，返回步骤2，直到频率大小满足条件为止；

步骤4. 制备底座，并在底座上根据晶格常数a、散射共振体单元短边长度b和长边长度c、和透镜长宽比确定出散射共振体单元的位置和底座大小，根据散射共振体单元的位置和结构参数对底座镂空，预留出散射共振体单元的安放位置；步骤5. 批量制作散射共振体单元，并将其按正方晶格形式周期性排列在底座预留的安装位置之上构成声学共振聚焦透镜。

7.如权利要求6所述的设计方法，其特征在于所述的步骤4中为了避免散射共振体单元在使用过程中发生倾斜，使用一块与底座相同的结构，将其安装在散射共振体单元上方。