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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）声学超表面对声波调控的研究韩理想二○一八年六月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111515008广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）声学超表面对声波调控的研究韩理想指导教师姓名、职称：姚源卫教授学科(专业)或领域名称：材料物理与化学学生所属学院：物理与光电工程学院论文答辩日期：2018年6月2日ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster（MasterofEng
2、ineeringScience）AstudyonacousticmetasurfaceforsoundwavemanipulationCandidate:LixiangHanSupervisor:Prof.YuanweiYaoJune2018SchoolofPhysics&OptoelectronicEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要超表面是近几年新提出的概念，因为具有亚波长的厚度，一经提出
3、就受到了广泛的关注，很快就成为了热点研究课题。类比光学超表面提出的声学超表面，在声学超材料领域也成为了重要的方向。本文首先研究了阻抗匹配型声学超表面对声波的多种调控方式，解释了声学超表面相位排布对声波调控的影响，并模拟了超表面调控声波的几种应用，比如，异常反射和折射现象、负反射、负折射、行波转化为表面波等。接着，设计了一种新型的基于赫姆赫兹共振腔结构的透射型声学超表面，并模拟验证了有效的调控声波的性能，列举了几个潜在的应用和特点，比如一种声波透射隔离器、超声贝塞尔波束发生器、异常透射和聚焦的频率展宽效应等。此外，根据涡
4、旋波的拓扑荷数与一个环路中相位分布的关系，利用阻抗匹配型声学超表面空间相位的排布,仿真实现了对涡旋声波拓扑荷数的控制。最后，在涡旋波中引入相位缺陷，得到了缺陷波，有望在粒子控制方面发挥作用。以上研究结果对基于声学超表面的器件设计有一定的参考价值。声学超表面的一个主要特点是亚波长厚度，以此为基础的声学器件很容易往小型化、集成化方向发展，其主要特色还包括可以通过精细设计相位的排布，来实现对声波的任意调控。小型化的优势和任意调控声波的能力，是超表面的核心价值所在。关键词：声学超表面；相位分布；声波调控；声涡旋波IABSTRA
5、CTABSTRACTMetasurfaceisanewconceptinrecentyears.Becauseofitssubwavelengththickness,ithasattractedwideattentionandbecameahotresearchtopic.Theacousticmetasurfaceproposedbyanalogyopticalmetasurfacehasalsobecomeanimportantresearchsubjectinthefieldofacousticmetamater
6、ials.Inthispaper,firstly,avarietyofwaystocontrolacousticwaveusingimpedancematchedmetasurfacearestudied,andtheeffectsofphasearrangementofacousticmetasurfaceonwavemanipulationareexplained,andseveralapplicationsofmetasurfacearesimulated,suchasanomalousreflectionand
7、refraction,negativereflection,negativerefraction,andacousticincidentplanewaveconvertedintoacousticsurfacewave.Then,anewtypeoftransmittedacousticmetasurfacebasedonHelmholtzresonatorsisdesigned,andtheperformanceofthesoundwavecontrolisverifiedbysimulation.Severalpo
8、tentialapplicationsandcharacteristicsaredemonstrated,suchasanacoustictransmittedisolator,anultrasonicBesselbeamgenerator,frequencybroadeningeffectofanomalousrefractio
