基于Helmholtz共振腔的声学超衍射透镜研究
作为波本质特性之一的衍射，在高分辨率成像和医学超声诊断与治疗中具有巨大的应用潜力，操纵声波突破衍射极限的一直是人们期待的。声学超构材料作为声学研究领域的最前沿方向之一，能够对波动传输进行有效的调控。因此通过合理的设计亚波长的人工结构对声场进行自由操控，期望得到突破衍射极限的超分辨效果，在声学超分辨成像、医学超声治疗具有广泛的应用潜力。 首先本论文介绍声学超构透镜对声场的调控原理。分析组成声学超构透镜单元结构模型，并研究其超构单元结构对声场的调控方式。设计Helmholtz共振腔和一个Fabry-Pérot共振直管构成的环形亚波长超构单元结构，并利用COMSOL有限元软件模拟分析单元结构内部参数调整对声场相位的影响，研究其作为声学超构透镜相位调控方法。最后基于Helmholtz共振腔和Fabry-Pérot共振直管组成的混合结构设计了二维声学透镜阵列，形成一种圆环形二维结构声学超衍射超构透镜。仿真模拟与实验测量结果证明设计的声学超构透镜能够在二维平面内产生超分辨聚焦现象。设计的声学超构透镜能够对入射的平面声波直接进行调控，能够在焦点形成突破衍射极限的焦斑，其焦斑的半峰全宽为0.428个波长。 同时，在不同频率下，利用设计的声学超构透镜产生的不同相位延迟能够在二维聚焦平面形成聚焦深度约为5个波长的声针，焦斑的半峰全宽为0.467个波长，此焦斑大小能够突破衍射极限，通过模拟仿真和实验测量证明了声学超构透镜能够实现突破衍射极限的声针现象。本文提出的这种设计方法，促进了聚焦技术在声成像、粒子操纵和其他领域的应用和发展，在声学超分辨成像、医学超声治疗领域具有应用潜力。
声学超衍射透镜;Helmholtz共振腔;声场调控;超构单元结构;声针现象
黑龙江大学
硕士
物理电子学
刘盛春
2022
中文
TB51
2022-10-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）