摘要：给出了广义斯奈尔定律的相关理论推导,并总结回顾了之前的几种设计,包括声人工结构表面和几种声超表面的案例。首先,以人工结构表面为例,以解析推导为主,结合数值模拟和实验结果,证明了人工窄井结构的异常反射现象。随后,我们回顾了声超表面的设计方法,包括折叠空间式和亥姆赫兹腔式两种典型的结构化设计。最后,我们重点回顾了一种厚度仅为1/20波长的声超表面,用于设计超薄声扩散体,称为声超表面施罗德扩散体。传统的施罗德扩散体是40年前提出的建筑声学领域的经典设计,而我们提出的声超表面施罗德扩散体在中心频率具有同样优质的漫反射效果。另外,通过混合不同目标频率的超表面单元,可以设计宽带的超薄施罗德扩散体,其带宽接近于商业化的施罗德扩散体,这个例子充分展示了声超表面在实际场合的应用潜能。

摘要：针对波束调控的问题,本文提出了一种控制波前相位的声学超表面。本文依据广义斯奈尔定律,利用不同声速的均匀介质构建了水中多频声学超表面模型,给出声学超表面产生异常声折射的基本原理,验证了声学超表面在多个频点下可以实现异常声折射现象,揭示了频率以及声波入射角对声学超表面异常折射现象的影响规律,制备了声学超表面实物在水箱中对理论结果进行验证。结果表明:在入射波频率为基频的整数倍时,超表面模型可以实现折射角相同的异常折射现象,并且入射角在一定范围内可以实现负折射现象。实验测量了水中钢板和超表面的折射情况,相较于均匀介质,在不同入射角度下设计的超表面均可以实现异常折射,并且测量值与理论值吻合较好。

摘要：以广义斯奈尔定律为理论依据,对五模声学超表面定向反射的基本原理进行了解析推导和理论分析,获得了五模超表面的理想连续物性参数分布,并给出了五模超表面尺寸设计准则;然后将超表面离散,获得离散单胞的密度和体积模量,并以此为目标进行五模微结构设计,采用均匀化理论计算微结构的等效物性参数;最后,进行了水下声场的声波定向反射调控仿真实验,研究了入射波频率对超表面定向反射性能的影响,仿真结果展现了五模超表面宽频有效的声波调控能力以及调控的可靠性和准确性。该文的研究工作为五模声学超表面的设计和物理实现提供理论指导。