[发明专利]一种负声压光声换能器装置及其制备方法

权利要求书

1.一种负声压光声换能器装置，其特征在于，包括透明基座（1），以及位于所述透明基座（1）上、且与该透明基座（1）键合相连的复合光声转换层（2）；在所述透明基座（1）上还开设有凹槽，该凹槽位于所述透明基座（1）与所述复合光声转换层（2）的接触面上，所述复合光声转换层（2）配合所述透明基座（1）使该凹槽形成密封空间，并作为空气腔（3）；

所述透明基座（1）用于作为激光入射端，激光经由所述透明基座（1）由所述空气腔（3）入射至所述复合光声转换层（2）；

所述复合光声转换层（2）用于吸收激光束能量并转换成声能，产生初始光声正负声压脉冲信号；

以所述透明基座（1）与所述复合光声转换层（2）的接触面为参照，记由所述透明基座（1）指向所述复合光声转换层（2）的接触面法线方向为正向，由所述复合光声转换层（2）指向所述透明基座（1）的接触面法线方向为背向，则，产生的初始光声正负声压脉冲信号中沿背向传输的信号，由于空气与所述复合光声转换层（2）之间的声学阻抗失配，经所述空气腔（3）的反射后，将转变为同等幅度的、相位发生翻转且沿正向传输的相位翻转光声正负声压脉冲信号，所述相位翻转光声正负声压脉冲信号与初始光声正负声压脉冲信号中另一部分沿正向传输的初始光声正负声压脉冲信号之间存在时间延迟，从而使该光声换能器装置整体能够实现沿正向传输的负声压输出；

并且，所述相位翻转光声正负声压脉冲信号中的负声压峰值点与沿正向传输的初始光声正负声压脉冲信号中的负声压峰值点重合，能够实现最大效率的负声压输出。

2.如权利要求1所述负声压光声换能器装置，其特征在于，所述复合光声转换层（2）自上而下包括第一声学匹配层（21）、光声转换复合薄膜（22）和第二声学匹配层（23），其中，

所述第一声学匹配层（21）所采用的材料满足材料的声阻与所述负声压光声换能器装置目标工作环境的声阻相匹配；

所述第二声学匹配层（23）所采用的材料满足材料的声阻与所述第一声学匹配层（21）相匹配；

所述光声转换复合薄膜（22）是由吸光微纳结构材料和聚合物组成的复合材料薄膜，所述吸光微纳结构材料选自金属纳米粒子、金属纳米薄膜、金属纳米阵列、碳黑颗粒、碳纳米管、碳纤维、二硫化钼或氧化还原石墨烯；所述聚合物具有不低于210×10^-6/K的热膨胀系数。

3.如权利要求2所述负声压光声换能器装置，其特征在于，所述第二声学匹配层（23）的厚度将影响所述时间延迟的大小。

4.如权利要求2所述负声压光声换能器装置，其特征在于，所述第一声学匹配层（21）与所述第二声学匹配层（23）均采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）；

所述聚合物也采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）；

所述透明基座（1）采用的材料具体为塑料、玻璃、有机玻璃或聚合物。

5.如权利要求4所述负声压光声换能器装置，其特征在于，所述透明基座（1）采用的材料为聚二甲基硅氧烷（PDMS），是由聚二甲基硅氧烷（PDMS）预聚体固化得到的。

6.如权利要求1所述负声压光声换能器装置，其特征在于，入射激光与所述接触面所在平面相交所得的光斑截面能够被所述空气腔（3）在接触面所在平面上的投影完全覆盖。

7.如权利要求1所述负声压光声换能器装置，其特征在于，所述复合光声转换层（2）自上而下包括第一声学匹配层（21）和光声转换复合薄膜（22），其中，

所述第一声学匹配层（21）所采用的材料满足材料的声阻与所述负声压光声换能器装置目标工作环境的声阻相匹配；

所述光声转换复合薄膜（22）是由吸光微纳结构材料和聚合物组成的复合材料薄膜，所述吸光微纳结构材料选自金属纳米粒子、金属纳米薄膜、金属纳米阵列、碳黑颗粒、碳纳米管、碳纤维、二硫化钼或氧化还原石墨烯；所述聚合物具有不低于210×10^-6/K的热膨胀系数。