[发明专利]一种基于图案化裁剪技术实现亚波长分辨的方法

说明书

本发明公开了一种基于图案化裁剪技术实现亚波长分辨的方法，包括：确定相位调控薄膜，所述相位调控薄膜能够将其透射的声波的相位改变180度；对相位调控薄膜进行裁剪，将所述相位调控薄膜裁剪成潘洛斯晶格的准周期图案，使得经过所述裁剪的相位调控薄膜后的声波形成超振荡现象，从而产生亚波长的焦斑。本发明实现了远场的声波亚波长分辨，所得到亚波长焦斑半高全宽约为0.25倍波长，意味着在长度分辨率提高一倍，而从整个面积上看，成像精度极限可以为常规手段的4倍。

技术领域

本发明属于声波技术领域，更具体地，涉及一种基于图案化裁剪技术实现亚波长分辨的方法。

背景技术

实现声波的亚波长分辨对于提高基于声的成像和探测方式(比如B超，声呐探测等)的分辨率有着重大意义。成像的分辨率与所用波长息息相关。通常的器件成像受限于瑞利极限。瑞利极限的长度为0.5倍波长(以半高全宽为基准)，也就意味着现有技术能分辨的最小长度为0.5倍波长。

现有实际应用的技术几乎不能实现亚波长分辨，相应的，利用现有技术的声学成像质量都相对较低。而在现有的文献中，实现亚波长分辨，即打破衍射极限的方式主要是基于对倏逝波的恢复。具体主要是利用负折射材料或者极致各向异性材料来恢复高频的倏逝波信息。但是这种方式只在近场被实验证明了，在远场很难达到类似的效果。并且文献中涉及到的装置都十分庞大厚重，难以加工，成本较高，不利于实用化。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于图案化裁剪技术实现亚波长分辨的方法，由此解决现有技术几乎不能实现亚波长分辨，使得现有声学成像质量都相对较低，并且现有技术不能实现在远场大范围距离内的亚波长分辨技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于图案化裁剪技术实现亚波长分辨的方法，包括：

确定相位调控薄膜，所述相位调控薄膜能够将其透射的声波的相位改变180度；对所述相位调控薄膜进行裁剪，将所述相位调控薄膜裁剪成潘洛斯晶格的准周期图案，使得经过所述裁剪的相位调控薄膜后的声波形成超振荡现象，从而产生亚波长的焦斑。

可选地，所述潘洛斯晶格的准周期图案由两种菱形拼成，所述两种菱形的锐角分别为36度和72度，所述两种菱形拼成类似于五边形的准周期图案铺满所述相位调控薄膜平面，裁剪出的圆孔位于两种菱形的顶点上。

可选地，所述圆孔的半径根据图案的大小而定，使圆孔尽量大而互不干扰，圆孔孔径和圆孔平均间距与所调控的声波波长在一个数量级。

可选地，确定相位调控薄膜，包括：

将任意密度大于纤维材料的金属颗粒或非金属颗粒和任意模量小于颗粒的高分子材料或者软材料溶液均匀混合得到混合溶液；将混合溶液作为原料，利用静电纺丝技术，得到带颗粒的静电纺丝纤维，进而由静电纺丝纤维堆积形成静电纺丝薄膜，所述静电纺丝薄膜即为所述相位调控薄膜。

本发明通过不同颗粒与不同高分子材料或者软材料溶液混合后得到的混合溶液，可以制备不同直径和分布的静电纺丝薄膜，由于薄膜中颗粒的振动，从而对不同频率范围声波有180度相位改变，其中，颗粒越多，响应频率越低频；薄膜越厚(小于1毫米的情况下)，响应频率也越低。

可选地，所述任意密度大于纤维材料的金属颗粒或非金属颗粒为铜、铁、金、银、铂、钴、镍、铅及其对应的氧化物。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、实现了远场的声波亚波长分辨，所得到亚波长焦斑半高全宽约为0.25倍波长。意味着在长度分辨率提高一倍，而从整个面积上看，成像精度极限可以为常规手段的4倍，在一个方向上，成像所用波长减少一半，成像精度提高一倍，即对于薄膜平面来说是两个方向上使用亚波长成像其精度都提高一倍，故成像精度提高为原来的4倍。