[发明专利]一种可调控水下声波折射角的多频率声超表面

说明书

本发明提供的是一种可调控水下声波折射角的多频率声超表面，它是由多个均匀介质单元按周期性排列组成的二维阵列平面。本发明较传统周期性超表面结构，能够在更小尺寸的周期性结构下实现多频率水下声波折射声波调控。它包括：均匀介质单元(1)、均匀介质单元(2)、均匀介质单元(3)、均匀介质单元(4)、均匀介质单元(5)、均匀介质单元(6)、均匀介质单元(7)、均匀介质单元(8)以及隔板(9)，均匀介质单元(1)、均匀介质单元(2)、均匀介质单元(3)、均匀介质单元(4)、均匀介质单元(5)、均匀介质单元(6)、均匀介质单元(7)、均匀介质单元(8)在水平面上呈周期排列，每两种均匀介质单元间用隔板(9)隔开。

技术领域

本发明属于声学超表面技术领域，具体涉及一种可调控水下声波折射角的多频率声超表面。

背景技术

近些年来，声学超材料发展迅速，它与传统声学材料拥有截然不同的非凡性能，能够极大地拓展并改善人们对声波的调控方式，可以实现很多独特的声学现象，如声波的异常反射和异常透射、声波聚焦、螺旋声场、完美声吸收，以及声隐身等功能。然而，常规的人工超材料具有如体积过大，制作成本昂贵、频带宽较窄、声损耗较大等缺点。因此，一种声学超材料经过轻薄化设计后的产物——声学超表面应运而生，声学超表面是由一系列亚波长尺寸的微结构在平面上排列组成，通过这些微结构可以改变声波的幅值和相位，进而对声波实现调控。使得声学超表面具有很多优点，如轻薄化、设计简单、应用较广等。

目前较为常见的声学超表面结构包括：(1)卷曲空间结构。该结构内部有卷曲通道，增大了声波在结构中的传播路径。(侯明明,吴九汇.迷宫型声学超表面可调参数及其全相位调节[J].西安交通大学学报,2018,52(05):29-37.)(2)耦合共振型单元结构。该结构通过单元间的耦合共振，实现高透射率。(田野.透射型超表面对声波的调控及应用研究[D].南京大学,2018.)(3) 赫尔姆霍尔茨谐振器单元结构。该结构由具有不同几何参数的赫尔姆霍尔茨谐振器单元组成。 (Kemeng Gong,Xiaofan Wang,Huajiang Ouyang,JiliangMo.Tuneable gradient Helmholtz-resonator-based acoustic metasurface foracoustic focusing[J].Journal of Physics D: Applied Physics,2019,52(38):)(4)五模材料单元结构。该结构可同时调整每个单元的模块参数和密度，从而实现了异常折射等现象。(Yangyang Chu,Zhaohong Wang,Zhuo Xu.Broadband high-efficiencycontrollable asymmetric propagation by pentamode acoustic metasurface[J].Physics Letters A,2020,384(11):)

以上结构均可实现对折射声波的任意调控，但仍有体积较大、结构复杂、制作难度大、单频等缺点。并且，声学超表面自问世以来，多用于空气当中，而对于以水为背景介质的研究极为匮乏。因此，制作一种结构较为轻薄、制作简单、多频率调节的超表面的结构用于水下折射声波的调控，是极其有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单的可调控水下声波折射角的多频率声超表面。

本发明是通过以下技术方案实现的：

它包括均匀介质单元(1)、均匀介质单元(2)、均匀介质单元(3)、均匀介质单元(4)、均匀介质单元(5)、均匀介质单元(6)、均匀介质单元(7)、均匀介质单元(8)以及隔板(9)，均匀介质单元(1)、均匀介质单元(2)、均匀介质单元(3)、均匀介质单元(4)、均匀介质单元(5)、均匀介质单元(6)、均匀介质单元(7)、均匀介质单元(8)呈周期性排列，每两种介质之间用隔板(9)隔开。