学术前沿 | 一种基于带宽增强的亚波长成像宽带声学超材料透镜

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-09-01 21:33

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由天然材料制造的声学超材料可以通过几何结构和共振效应表现出天然材料中无法发现的奇异特性，声学超材料可以作为声学超材料透镜（AML）实现亚波长声学成像。目前，基于Fabry-P‘erot（FP）共振原理的aml都是单有效长度孔，这与其结构的厚度直接相关。它们只能在相对较窄的频率范围内实现声学成像，并且没有可以实现宽带亚波长声学成像的AML。本文介绍了一种宽带声学超材料透镜（BAML）。在保持AML整体厚度恒定的同时，提出了一种由不同有效长度孔的交叉分布组成的超级单体的设计。这种设计使由这些超级单体形成的AML能够包含与不同孔穴对应的多个工作频率，从而扩大了声学成像的频率范围。通过有限元仿真和成像实验，结果表明，由多个有效长度孔组成的BAML具有增强声学成像带宽的能力。与单有效长度孔的AML相比，它提供了更广泛的成像频率范围，该设计提供了一种通用的带宽增强方法。BAML在超声成像、吸声、智能热控制和医学诊断等方面具有潜在的应用价值。

在本研究中，我们构思并实现了一种拓宽aml工作带宽的有效方法，并设计了基于不同有效孔长的FP共振的BAML，便于3D打印制造。BAML可用于对空气中结构细节尺寸小至λ/3.5的物体的高分辨率声学亚波长成像。结合有限元模拟和实验测量在多个频率，证明当多个洞与倏逝波，BAML设计在本研究可以实现成像频率范围从13.8 kHz 20.8 kHz，比AML只有一个有效的长度洞。设计的孔穴结构有效地拓宽了AML亚波长成像的频带，有望应用于更广泛的场景，如无损检测和生物医学超声成像，作为提高工作带宽的通用方法。

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