【摘 要】
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声学超材料是一种由亚波长单元按照一定规律排列组成的人工结构,具备传统声学材料没有的奇异特性。声学超材料的出现突破了传统声学材料的限制,为声学器件的设计和应用提供了
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声学超材料是一种由亚波长单元按照一定规律排列组成的人工结构,具备传统声学材料没有的奇异特性。声学超材料的出现突破了传统声学材料的限制,为声学器件的设计和应用提供了新的想法与途径,在声波控制等方面有着广阔的应用前景。本论文研究了声学单元结构的性质,通过优化算法获取了大折射率声学单元;并设计声表面波局域和声轨道角动量器件。具体的工作内容陈述如下:(1)利用协方差矩阵自适应优化策略算法(CMA-ES)和有限元算法联合仿真,快速高效地设计二维大折射率声学超材料单元,最终实现超材料单元的最大折射率达到了7.56,并利用设计的声学超材料单元设计二维超薄声学透镜,实现了波束的偏折,也验证了本设计的正确性。(2)基于人工等离激元的基本原理展开声表面波的研究,将电磁领域的人工局域等离激元的概念延伸到了声学领域,设计二维周期声学表面波结构,通过沟槽圆柱体、互补沟槽圆柱体等结构实现了声学表面波的局域增强效应。(3)利用亥姆霍兹谐振腔结构设计360°相位变化的超材料单元,并通过该单元结构的阵列排列构造具有螺旋相位面的声轨道角动量器件,实现了将平面声波转换成涡旋波束的功能,这在生物学和医疗领域有着广阔的应用前景。
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