一種超薄的施羅德散射體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超薄的施羅德散射體，包括基板，所述基板上設(shè)有7×p行和7×q列個正方形凹槽，p和q為大于等于1的整數(shù)，正方形凹槽的邊長為0.48λ，深度為0.04λ，凹槽設(shè)有正方形頸口，正方形頸口的邊長小于正方形凹槽的邊長，頸口深度為0.01λ，λ為散射體針對某一中心頻率f0設(shè)計，所對應(yīng)的波長，不同凹槽單元的頸口寬度w不同，分布滿足一個特定數(shù)列。本發(fā)明可以在寬帶實現(xiàn)聲波的漫反射，和傳統(tǒng)的施羅德散射體相比，具有接近的漫反射效果，同時可以減小材料的厚度，和傳統(tǒng)施羅德的厚度λ/2相比，本發(fā)明的厚度只有λ/20，方便實際中的使用。
【專利說明】
一種超薄的施羅德散射體
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種超薄的施羅德散射體，屬于聲學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的施羅德聲學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)有多個凹槽，凹槽的槽口和槽底寬度一致，導(dǎo)致施羅德 聲學(xué)結(jié)構(gòu)的厚度比較厚，一般為V2,如圖1和圖2所示，不利于聲學(xué)器件的集成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種超薄的施羅德散射 體，厚度可以為傳統(tǒng)施羅德散射體的1/10,體積更小。
[0004] 技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種超薄的施羅德散射體，包括基板，所述 基板上設(shè)有7 Xp行和7 Xq列個正方形凹槽，p和q為大于等于1的整數(shù)，正方形凹槽的邊長為 0.48A，深度為0.04A，相鄰兩個凹槽中心位置間隔為A/2,凹槽設(shè)有正方形頸口，正方形頸口 的邊長小于正方形凹槽的邊長，頸口深度為〇.〇U，A為散射體針對某一中心頻率設(shè)計所對 應(yīng)的波長，不同凹槽單元的頸口寬度w不同，分布滿足一個特定數(shù)列，從而在中心頻率，或者 中心頻率周圍的多個頻率，實現(xiàn)想要的相位分布。最終的漫反射效果可在圍繞中心頻率fo 的一定帶寬內(nèi)實現(xiàn)。
[0005] 作為優(yōu)選，所述p為2, q為2。
[0006] 作為優(yōu)選，所述基板的聲學(xué)阻抗至少為100倍的空氣聲學(xué)阻抗。散射體設(shè)時需選定 某一中心頻率fo，相鄰兩個凹槽中心位置間隔為A/2，可設(shè)計為單頻率和多頻率施羅德散射 體。單頻率散射體的單元相位反饋針對中心頻率fo設(shè)計。多頻率施羅德散射體針對圍繞中 心頻率f Q周圍的多個頻率設(shè)計混合排列的凹槽單元，實現(xiàn)更寬帶的漫反射。
[0007] 作為優(yōu)選，多頻率的施羅德散射體選擇的目標頻率數(shù)為4。
[0008] 有益效果:本發(fā)明可以在寬帶實現(xiàn)聲波的漫反射，和傳統(tǒng)的施羅德散射體相比，具 有接近的漫反射效果，同時可以減小材料的厚度，和傳統(tǒng)施羅德的厚度V2相比，本發(fā)明的 厚度只有V20，方便實際中的使用。
【附圖說明】
[0009] 圖1為傳統(tǒng)施羅德散射體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010] 圖2為圖1中凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖3為本發(fā)明單個周期的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖4為圖3中凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖5為本發(fā)明的設(shè)計流程和p = 2，q = 2的樣品照片。
[0014]圖6為超薄施羅德散射體(MSD)的數(shù)值模擬和實驗結(jié)果。
[0015]圖7為多頻率超薄施羅德散射體(BMSD)的設(shè)計流程和數(shù)值模擬和實驗結(jié)果。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0017] 如圖3和圖4所示，超薄施羅德單元為超薄的聲學(xué)凹槽單元，厚度只有V20,寬度與 傳統(tǒng)施羅德的凹槽相同，凹槽結(jié)構(gòu)如圖4所示，頸口和槽底具有不同的寬度，頸口的寬度為 w，槽底寬度為0.48A，用聲學(xué)凹槽單元的共振效應(yīng)產(chǎn)生與傳統(tǒng)的凹槽結(jié)構(gòu)一樣的聲學(xué)屬性， 實現(xiàn)和傳統(tǒng)施羅德散射體類似的效果。因此，我們設(shè)計的凹槽在表面的相位反饋應(yīng)滿足：
[0019] 其中，11和1]1表示第n行，第m列的單元，m〇dulo表示求余數(shù)。
[0020] 如圖5所示，為一種超薄施羅德散射體設(shè)計流出圖。圖5A展示了數(shù)值模擬的凹槽單 元的相位反饋與參數(shù)w的關(guān)系，我們通過改變w來實現(xiàn)凹槽的相位調(diào)控，圖5A三角形標出了 相位2JIX (0-6/7)，這7個離散的相位提供了施羅德數(shù)列中需要的7個值。圖5B展示了一種7 X 7凹槽，數(shù)字0-6代表7個單元的相位反饋對應(yīng)于2JI X (0-6/7)，對應(yīng)于圖5A中的7個點，通 過這個數(shù)列可以設(shè)計出最終的超薄施羅德散射體樣品。圖5C顯示了7X7重復(fù)2X2(p = 2，q =2)個周期，即14 X 14個凹槽單元的樣品的俯視圖。
[0021]結(jié)構(gòu)參數(shù)：該樣品作為一個例子，設(shè)計工作中心頻率為fo = 6860Hz，樣品尺寸為 35〇11\35〇11\2.5〇11，￥取值范圍如圖54所示，實際應(yīng)用中可根據(jù)工作波長等比例調(diào)整樣品 尺寸。
[0022]為了定量表征漫散射效果，漫反射系數(shù)可以定義為：
[0024] 其中1^是在樣品各個方向的聲壓級，n是實驗中接收器的數(shù)目，下標!D是入射的角 度。
[0025] 為了進一步和平板的漫反射效果作比較，歸一化的漫反射系數(shù)可以表達為：
[0027]如和dh分別是計算得到的樣品和一個平面的漫反射系數(shù)。
[0028] 如圖6所示，展示了超薄施羅德散射體的數(shù)值模擬和實驗結(jié)果。圖6A展示了超薄施 羅德散射體(MSD)在直入射和45度斜入射時的反射場。對比圖6B中平板（Plate)的實驗 (exp.)和模擬（sim.)結(jié)果，超薄施羅德的漫反射效果可以明顯看到。圖6C顯示了直入射和 45度入射的樣品與平板指向性和聲壓場圖結(jié)果吻合。圖6D顯示了傳統(tǒng)施羅德散射體(SD)和 超薄施羅德散射體(MSD)歸一化漫反射系數(shù)do, "和(145, n，可以看出在中心頻率f 0周圍，約一個 倍頻程內(nèi)，超薄施羅德可以很好地模擬傳統(tǒng)施羅德散射體的漫反射效果。
[0029] 為了獲得更寬的帶寬，可以設(shè)計針對多頻率設(shè)計凹槽，形成對應(yīng)不同頻率的凹槽 混合排列的散射體，如圖7所示，顯示了多頻率超薄施羅德散射體(BMSD)的設(shè)計方法。圖7A 顯示了四頻率的7 X 7的數(shù)列形成了 14 X 14的復(fù)合數(shù)列，根據(jù)這個數(shù)列設(shè)計混合排列的4種 凹槽，4種凹槽對應(yīng)4個不同頻率，圖中A，B，C，D分別代表了基于4種頻率設(shè)計的凹槽單元，下 標數(shù)字0-6代表了7種相位，圖7B顯示了 14 X 14單元的樣品照片。圖7CD和7EF展示了2種多頻 率超薄施羅德的設(shè)計BMSD1和BMSD2,圖D和F的坐標軸標出了4個設(shè)計頻率相對于中心頻率 fo = 6860Hz的位置分別是，BMSD1 為5772Hz, 6860Hz, 8153Hz，11517Hz ;BMSD2為6860Hz, 8153Hz ,9690Hz, 11517Hz。圖7C和7E顯示4個頻率的凹槽參數(shù)，圖中顯示了對應(yīng)不同頻率的 凹槽，需設(shè)置不同的w，來實現(xiàn)想要的相位分布。圖7D和7F顯示了正入射和45度入射的漫反 射因子do, "和(145, n，對比了傳統(tǒng)施羅德（SD)，超薄施羅德(MSD)和多頻率超薄施羅德(BMSD) 的結(jié)果，可以看出多頻率超薄施羅德可以獲得比超薄施羅德更寬的帶寬和更高的效率。
[0030]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種超薄的施羅德散射體，其特征在于:包括基板，所述基板上設(shè)有7 X P行和7 X q列 個正方形凹槽，P和q為大于等于1的整數(shù)，正方形凹槽的邊長為〇.48λ，深度為〇.〇4λ，凹槽設(shè) 有正方形頸口，正方形頸口的寬度小于正方形凹槽的邊長，頸口深度為〇.〇1λ，λ為散射體針 對某一中心頻率f 〇設(shè)計所對應(yīng)的波長，不同凹槽單元的頸口寬度w不同。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄的施羅德散射體，其特征在于:所述p為2，q為2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄的施羅德散射體，其特征在于:所述基板的聲學(xué)阻抗至少 為100倍的空氣聲學(xué)阻抗。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄的施羅德散射體，其特征在于:相鄰兩個凹槽中心位置間 隔為λ/2。
【文檔編號】G10K11/20GK105913837SQ201610236484
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】梁彬, 景云, 朱凡, 朱一凡, 鄒欣曄, 楊京, 范旭東, 程建春
【申請人】南京大學(xué)