由全息声学超表面控制的前后多光束扫描

      通过使用特殊的紧凑结构来操纵声波一直是声学工程的一个重要课题。最近，利用周期阵列单元来操纵声波的声学超表面的概念被引入。这些亚波长厚度的表面被用于产生局部或梯度相移，从而提供有效的波前控制，帮助声学器件实现小型化。声学超表面的独特功能有利于各种声学应用，如声学透镜、光束偏转器和超薄声学吸收器。

       最近对声束转向中声超表面的兴趣激增导致了称为声波天线的定向声辐射器件（directional acoustic radiation apparatuses，ALWAs）的发展。漏波天线（LWAs）是针对电磁波微波波段的一种新型天线，在波束工程中具有重要的应用价值。LWAs通过设计的结构传播，它允许定向波束形成，类似于相控阵天线。在不同的LWAs中，正弦调制电抗表面因其独立控制漏电速率和相位常数而受到更多的关注。最近，这种正弦调制电抗表面的声学版本被提出，它使用了一个精心设计的具有正弦深度剖面的亚波长沟槽阵列。因此，通过将表面波转化为辐射远场波，可以产生高增益的ALWAs。通过控制平均表面导纳、调制周期和调制深度，可以很容易地控制正弦波调制天线的波束方向和泄漏率。此外，还研制了一种基于正弦调制导纳曲面的声超表面，用于声波束转向。

       近日，韩国釜山国立大学的Kyungjun Song教授课题组提出了一种声超表面，以多波束声辐射作为漏波天线用于声波转向。基于全息原理，作者设计了一个正弦调制导纳表面，它被设计为具有不同深度轮廓的圆柱孔的周期性排列。由位于图案板中心的一个小孔产生的全向声音在调制表面产生声表面波，同时产生漏波辐射。对于多波束转向，全息导纳表面设计有多个亚区，每个亚区在期望方向上发射单波束辐射。此外，全息超表面被分别编程为具有前向和后向漏波辐射。在本研究中，作者采用3D打印的方法制备声全息图，以制造亚波长分辨率下的表面导纳变化。对打印全息图的实验结果表明，多向声波束转向与理论分析和数值结果吻合较好。前向和后向多波束频率扫描也可以通过频率变化来表现。相关工作发表在《PHYSICAL REVIEW APPLIED》上。（郑江坡）

      文章链接：10.1103/PhysRevApplied.18.024008