[发明专利]一种声学超表面及声涡旋波发生器

说明书

本申请实施例的声学超表面，通过圆柱腔体结构，且由至少4个扇形柱体结构的相位单元基于圆柱腔体结构的中心轴围成，同时至少4个相位单元的按照相位梯度递增的方式在0至2π上环线排列，实现了当入射声波入射进由声学超表面具有绕传播方向环形排列的相位阵列，且结构简单。本申请实施例还公开了声涡旋波发生器，实现了声平面波到声涡旋波的转换，实现了对声波相位的调控。

技术领域

本发明涉及超声波技术领域，尤其涉及一种声学超表面及声涡旋波发生器。

背景技术

超材料是一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或者复合材料，在自然界中，携带着角动量的涡旋现象十分常见，例如我们熟悉的水涡及气旋等。声涡旋与光涡旋类似。声波由于在传播过程中的相位奇异性而发生螺旋状扭转，出现中心轴上声强为零的现象称之为声涡旋。

目前是通过采用有源的声学超表面共振原理来产生声涡旋波，但是现有的结构模型结构较复杂，且产生的效果不够明显，器件的结构性质不够稳定。

发明内容

本申请实施例提供了一种声学超表面及声涡旋波发生器，实现了当入射声波入射进声涡旋波发生器后产生具有绕传播方向环形排列的相位阵列，且结构简单。

本申请实施例提供了一种声学超表面及声涡旋波发生器，为圆柱腔体结构；

圆柱腔体结构包括：

至少4个相位单元，每个相位单元为扇形柱体，至少4个扇形柱体基于圆柱腔体结构的中心轴围成圆柱腔体结构；

至少4个相位单元的按照相位梯度递增的方式在0至2π上环线排列。

可选地，相位单元的侧视二维图形为轴对称图形；

每个相位单元高度h和宽度l一致，两两相邻相位单元通过实心板连接；

每个相位单元的侧视二维图形的形状大体为由左边界和右边界形成的中括号的形状，左边界和右边界内部为至少一个用于产生偏转相位的横隔板对应的矩形。

可选地，相位单元为6个，具体包括：第一相位单元、第二相位单元、第三相位单元、第四相位单元、第五相位单元和第六相位单元；

第一相位单元产生的偏转相位为0°～5°、第二相位单元产生的偏转相位为60°～65°、第三相位单元产生的偏转相位为120°～126°、第四相位单元产生的偏转相位为176°～180°、第五相位单元产生的偏转相位为233°～240°和第六相位单元产生的偏转相位为297°～300°。

可选地，入射入声学超表面的入射波的波长为λ。

可选地，第一相位单元、第二相位单元的所有横隔板对应的矩形的厚度l₀和宽度l₁均对应一致；

第三相位单元、第四相位单元、第五相位单元和第六相位单元的所有横隔板对应的矩形的宽度l₁为第一相位单元、第二相位单元的横隔板对应的矩形的宽度l₁的一半。

可选地，第一相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第一w₁＝0.14λ～0.15λ；

第一相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的厚度第一h₁＝0.057λ～0.059λ；

第一相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第一w₂＝0.01λ～0.04λ。

可选地，第二相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第二w₁＝0.19λ～0.21λ；

第二相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的厚度第二h₁＝0.057λ～0.059λ；