[发明专利]基于夫琅禾费衍射原理的声学涡旋场检测器

说明书

本发明涉及声学涡旋场检测器技术领域，尤其涉及基于夫琅禾费衍射原理的声学涡旋场检测器，其技术方案如下：包括基板，声学涡旋场检测器为平面结构，所述基板上设有衍射孔，通过对所述衍射孔的大小和位置与入射学声涡旋场的拓扑荷进行控制，基于夫琅禾费衍射原理，携带不同拓扑荷的声涡旋波透过所述衍射孔，在远场观察屏上得到唯一确定的远场强度分布图，根据所述远场观察屏上得到的不同的光强图与所述远场强度分布图的理论计算值对比，检测得到入射学声涡旋场的拓扑荷。本发明设计合理，该检测器测量声学涡旋场拓扑荷的方法比较简单，比较容易实施，在实际应用中，可以与现有的声学涡旋场发射器结合，实现声涡旋波通信。

技术领域

本发明涉及声学涡旋场检测器技术领域，尤其涉及基于夫琅禾费衍射原理的声学涡旋场检测器。

背景技术

OAM由于其不同模式之间的正交性以及模式的无穷性，逐渐的引起了人们研究的兴趣。这种正交特性使得涡旋电磁波在同轴传输时具有较低的串扰，因此，可以看成是另一种复用方式，即OAM模式复用。同样的，对携带轨道角动量、具有螺旋形相位分布特点的声学涡旋场的研究，在实际中具有重要价值。如何设计一种简单有效的声学涡旋场检测器，一直是相关领域的一个研究热点。

目前有关于声学涡旋场发射器的研究已经比较成熟了，主要可以分为有源方法和无源方法两大类。前者属于声学相控阵技术，主要通过利用大量的声学换能器排布成声学阵列，并通过电学手段独立地控制每个换能器的相位延时，将整个换能器阵列视为一个涡旋场发射器，所产生的声场为单个换能器的叠加。无源方法主要分为三类：第一类是利用一个声波传播距离沿角螺旋变化的结构，这个传播距离一般指的是结构的厚度，这种结构的尺寸很大，一般是几十个声波波长的数量级，会限制其在实际中的应用，特别是在产生低频声涡旋场中的应用。第二类是利用一个亚波长螺旋形声栅对声波的衍射作用，将平面声波转化为涡旋声波，这种结构具有平面状的优点，同时能够简便地产生拓扑荷很大的涡旋。第三类是使平面波通过一个平面形的超表面，这种超表面具有高效率、小尺寸以及平面状的优点。

在光学领域，国内外的学者从涡旋光束的特性出发，已经提出了很多不同的OAM检测方案，主要包括基模转换，模式转换，干涉仪干涉，模式分类，孔径衍射等方法。然而，目前还没有涉及对声学涡旋场检测器的研究。由于声学涡旋场检测器在实际应用中也同样具有非常重要的价值，因此，设计一种简单高效的声学涡旋场检测器是非常必要和重要的。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了基于夫琅禾费衍射原理的声学涡旋场检测器。

本发明提出的基于夫琅禾费衍射原理的声学涡旋场检测器，包括基板，声学涡旋场检测器为平面结构，所述基板上设有衍射孔，通过对所述衍射孔的大小和位置与入射学声涡旋场的拓扑荷进行控制，基于夫琅禾费衍射原理，携带不同拓扑荷的声涡旋波透过所述衍射孔，在远场观察屏上得到唯一确定的远场强度分布图，根据所述远场观察屏上得到的不同的光强图与所述远场强度分布图的理论计算值对比，检测得到入射学声涡旋场的拓扑荷。

进一步地，所述衍射孔为圆孔、环形三角孔或椭圆孔的其中一种，其中圆孔的数量至少为4个。

进一步地，还包括背景介质，所述背景介质为水或空气。

进一步地，所述背景介质的声阻抗至少为基板的声阻抗的1/20倍。

进一步地，通过对所述光强图的平面强度分布的提取和处理，分析器件的检测性能。

进一步地，所述基板为不锈钢基板，所述基板的密度和声速分别是7600-8000kg/m³和4800-5200m/s。

进一步地，所述声学涡旋场检测器的工作频率为285-310kHz。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：