聲學超表面
關注創(chuàng)建者：320科技工作室 創(chuàng)建時間：2023-10-06
聲學超表面的視頻教程
CST超表面材料仿真實戰(zhàn)
適用于在讀微波、太赫茲、光學人工合成復合超表面材料研究的研究生、本科生，以及從事軍品整流罩、天線罩、吸波尖劈等行業(yè)設計人員； 課程對超材料主流的頻率選擇表面、高阻抗表面、理想吸收體、極化轉化器、輻射表面、波前控制表面、非線性超表面做了講解，并著重對極化轉換類超材料做展開，在石墨烯課程中講解了相位梯度、波束形成、吸波體、EIT等學術熱門分類 課程以理論和仿真為主，對近期的SCI原刊做內容講解和一步步的仿真演示
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008 - FDTD窄帶超表面吸收器（含講解視頻）
008 - FDTD窄帶超表面吸收器（含講解，80元） ? 基本介紹： ·? 主要內容：根據(jù)發(fā)表在 Journal of Nonlinear Optical Physics & Materials 上的文獻《Ultra-narrow-band perfect absorber based on high-order plasmonic resonance in metamaterial作者：
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027 – COMSOL石墨烯超表面THz吸收器（含演示，80元）
本案例演示了如何在comsol中創(chuàng)建二維材料，計算了頻率為 0.5 ~ 2.5 THz 的入射光下該超表面的吸收率和電場分布。 計算的內容和結果（手機端可能無法顯示圖片，請在電腦端查看）： 1、三種結構的吸收率。
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聲學超表面的實例教程
而低頻噪聲由于具有波長大、穿透性強、傳播距離遠等特點，根據(jù)質量作用定律，傳統(tǒng)的隔聲材料需要通過不斷增加材料的重量、體積來提升低頻隔聲效果，一方面顯著增加了隔聲成本，另一方面也占用了大量有效空間，因此，如何在不顯著增加材料重量和體積的前提下提升低頻隔聲效果(即打破質量作用定律的限制)是隔聲領域中研究難點
研究內容：
結合薄膜型聲學超材料與聲學超表面在低頻降噪領域的優(yōu)越性，設計一種薄膜型聲學超表面，研究超寬帶低頻隔聲的可能性。致力于實現(xiàn)低頻寬帶隔聲降噪并實現(xiàn)隔聲帶的可調節(jié)性。
圖1. 薄膜型聲學超表面的結構示意圖
技術路線：
在COMSOL軟件中對薄膜型聲學超表面的隔聲特性進行仿真分析。首先建立有限元仿真幾何模型，然后設置變量和定義材料屬性，建立圓柱形空氣域，對入射口出射口積分，計算入射、出射聲功率。設置薄膜的預應力，模型框架設置邊界固定條件，并劃分自由四面體網(wǎng)格。在采用壓力聲學頻域和固體力學兩個物理場接口。
建立薄膜聲學超表面的幾何模型并完成網(wǎng)格的劃分：
圖2.幾何模型的構建
圖3.網(wǎng)格的劃分
圖4.薄膜聲學超表面的預應力對隔聲損失的影響
圖5.論文中的預應力對隔聲損失的影響
基于以上分析，可改變參數(shù)對其參數(shù)化掃描，即可得到薄膜型聲學超表面的結構化參數(shù)的影響。
最后,有相關需求歡迎通過公眾號"320科技工作室"與我們聯(lián)絡
展開 而低頻噪聲由于具有波長大、穿透性強、傳播距離遠等特點，根據(jù)質量作用定律，傳統(tǒng)的隔聲材料需要通過不斷增加材料的重量、體積來提升低頻隔聲效果，一方面顯著增加了隔聲成本，另一方面也占用了大量有效空間，因此，如何在不顯著增加材料重量和體積的前提下提升低頻隔聲效果(即打破質量作用定律的限制)是隔聲領域中研究難點
研究內容：
結合薄膜型聲學超材料與聲學超表面在低頻降噪領域的優(yōu)越性，設計一種薄膜型聲學超表面，研究超寬帶低頻隔聲的可能性。致力于實現(xiàn)低頻寬帶隔聲降噪并實現(xiàn)隔聲帶的可調節(jié)性。
圖1. 薄膜型聲學超表面的結構示意圖
技術路線：
在COMSOL軟件中對薄膜型聲學超表面的隔聲特性進行仿真分析。首先建立有限元仿真幾何模型，然后設置變量和定義材料屬性，建立圓柱形空氣域，對入射口出射口積分，計算入射、出射聲功率。設置薄膜的預應力，模型框架設置邊界固定條件，并劃分自由四面體網(wǎng)格。在采用壓力聲學頻域和固體力學兩個物理場接口。
建立薄膜聲學超表面的幾何模型并完成網(wǎng)格的劃分：
圖2.幾何模型的構建
圖3.網(wǎng)格的劃分
圖4.薄膜聲學超表面的預應力對隔聲損失的影響
圖5.論文中的預應力對隔聲損失的影響
基于以上分析，可改變參數(shù)對其參數(shù)化掃描，即可得到薄膜型聲學超表面的結構化參數(shù)的影響。
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展開 2，模型的邊界條件需要注意，超材料部分避免使用聲硬邊界（Sound Hard Boundary, Wall)造成誤差。
3，高透射，表明超表面的FP腔效果非常好。
在設計器件之前，我們還要對該超表面的色散進行研究，即頻率選擇性。首先是不同超表面單元的透射系數(shù)（原圖Fig.3a）：
上圖所示，在0.9~1.05f0范圍內，所有超表面單元（八條曲線）的透射系數(shù)變化較小。然后就是透射相位的色散情況（原圖Fig.3b）：
上圖所示，透射相位歲頻率的變化，在諧振頻率f0附近還是很平坦的。在模數(shù)哥看來，這個Fig.3b對于相位色散的仿真計算，是本文的最難點。一不留神，就會得到這樣的錯誤結果：
而這里面的數(shù)學，以及如何在Comsol和Matlab中進行處理，模數(shù)哥在之前的帖子里面早已詳細闡述過，詳見Nano photonics- Comsol仿真石墨烯Graphene超材料metamaterial，此處不再展開。
對該超表面的性質進行了細致研究之后，我們就可以進行各種聲場的波前調控了，首先設計一個異常折射（原圖Fig.4a）：
通過合理地設計這些超表面結構，我們可以實現(xiàn)對正入射聲波的38°異常折射。至于為什么要設計成38°呢，其實數(shù)學上很好介紹。感興趣的朋友可以讀讀原文。
至此，關于這篇聲學超表面的文章就介紹完了。下面是幾點點評：
1，模數(shù)哥早就說過了，聲、光不分家。光學里的很多概念都可以在聲學里找到對應物。但是想把聲和光耦合起來，就非常困難了，畢竟兩個波的頻率相差太大，波矢（動量）失配太多了，模數(shù)哥以后會介紹這方面的大作。
2，正是因為光和聲在波動方面的一致性，所以其中的物理規(guī)律都非常一致。以至于仿真建模也是非常得像，邊界條件的選取，網(wǎng)格的劃分，都遵從一樣的道理。
展開 研究內容：
傳統(tǒng)的聲學吸收器被用于具有與工作波長相當?shù)暮穸鹊慕Y構，這在低頻范圍的實際應用中造成了主要障礙。我們提出了一種基于超表面的完美吸收體，能夠在極低頻區(qū)域實現(xiàn)聲波的完全吸收。具有深亞波長厚度至特征尺寸k＝223的超表面由多孔板和螺旋共面氣室組成。基于完全耦合的聲學熱力學方程和理論阻抗分析的模擬被用于揭示基礎物理和聲學性能，顯示出極好的一致性。
圖1.傳統(tǒng)微穿孔板與聲學超表面的結構示意圖
圖2.論文中阻抗分析和數(shù)值模擬的吸聲系數(shù)曲線
數(shù)值模擬：
在comsol中利用熱黏性聲學接口對聲學超材料的聲學特性進行仿真分析。建立的幾何模型如下所示。
圖3.幾何模型的構建
吸聲系數(shù)曲線的數(shù)值模擬值如下所示：
圖4.數(shù)值模擬中的吸聲系數(shù)
理論計算：
通過聲電類比法計算得到聲學超表面的吸聲系數(shù)，其理論計算如下：
首先由經(jīng)典的微穿孔理論得到吸聲結構的聲阻抗和吸聲系數(shù)：
yc為環(huán)繞型腔體的等效聲阻抗：
在計算軟件中導入吸聲系數(shù)理論計算的公式，從而計算出吸聲系數(shù)曲線
吸聲系數(shù)曲線的理論計算值如下所示
圖5.理論計算得到的吸聲系數(shù)
綜上，理論計算和數(shù)值分析的吸聲系數(shù)曲線具有很好的一致性，同時與論文中的結果完全相同。
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展開 近年來，聲學超表面結構的發(fā)展使得將螺旋型吸聲結構應用到實際中實現(xiàn)低頻吸聲成為可能。
圖1 生物螺旋與螺旋樓梯
近日，張晗副研究員項目組在生物螺旋結構的啟發(fā)下，圍繞水下低頻吸聲難以實現(xiàn)的科學問題，攻克傳統(tǒng)水下吸聲材料在低頻區(qū)域吸聲性能差且笨重的應用難題。項目組在此前提出手性螺旋功能基元的基礎上完成了雙螺旋高階鏡像拼接的復合功能基元設計，徹底打破基元結構對稱性，進一步獲得了更高性能的水下低頻吸聲超表面，工作發(fā)表在國際期刊Extreme Mechanics Letters。文章題為 “Reconfigurable spiral underwater sound-absorbing metasurfaces”,以手性螺旋的構型參數(shù)和雙螺旋序列的拼接方式為切入點，基于廣義Snell定律的聲超表面波控設計方法，通過增長螺旋、高階螺旋、順向拼接雙螺旋、鏡像拼接雙螺旋逐步破壞序元空間對稱性，達到了原有手性螺旋基元不能實現(xiàn)的更加低頻寬帶的完美吸聲效果，為高性能水下聲隱身提供了新機理、新途徑。該研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省“珠江人才計劃”引進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊項目的支持。
螺旋吸聲器的模型
首先介紹了吸聲器螺旋單元結構。螺旋吸聲單元由空心圓柱和纏繞在其四周的螺旋路徑組成。將設計好的螺旋吸聲器放入波導進行吸聲特性研究，波導的兩端是開放的且均為平面波輻射邊界條件，所有邊界在聲學上設置為剛性，聲波從左側入射。聲波在螺旋單元的入口基于廣義Snell定律相位調控被完成吸收，在出口又由于聲阻抗失配被完全阻擋，實現(xiàn)近乎完美的寬頻吸聲。
圖2所示為螺旋吸聲器的模型。
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光波導+超表面解決方案線下活動
當下，AR/VR、光通信、超透鏡、微納成像等領域飛速發(fā)展，光波導作為 AR 顯示核心、超表面作為光學系統(tǒng)小型化關鍵，設計與仿真難度陡增。
2026年5月15日，OAS 光學軟件光波導仿真 + 超表面仿真解決方案線下活動將于上海舉辦，助您掌握光波導/超表面仿真設計核心技能。誠邀光學領域各位專家、
授課時間
2026/5/19（二）-5/20（三）
AM 9:00-PM 16:00
授課地點
上海市嘉定區(qū)南翔銀翔路819號中暨大廈18樓1805室
課程講師
訊技光電工程團隊及資深顧問
課程費用
4800RMB/1人次
(課程包含課程材料費、開票稅金、午餐費)
課程簡介
授課時間：：2026/5/28（四）-5/29（五）（各城市并行開課）
課程時數(shù)：2天/城市
授課地點：深圳市光明區(qū)鳳凰街道尚智科技園1棟B座1503
課程講師：訊技光電工程師隊
課程費用：3600RMB/1人次
(課程包含課程材料費、開票稅金、午餐費)
課程簡介
Course Introduction
光柵是現(xiàn)代光學系統(tǒng)中最為常用的一種衍射光學元件
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原文信息
原文標題：“Suppressing meta-holographic artifacts by laser coherence tuning（通過激光相干性調控抑制超表面全息偽影）”
第一作者：Yaniv Eliezer
通訊作者：Shumin Xiao、Qinghai Song、Hui Cao
01/超表面全息的偽影困境
在許多現(xiàn)代光學設計應用中，人們普遍傾向于使系統(tǒng)盡可能緊湊。手機中的攝像頭就是這種趨勢的最主流例子之一。雖然重點通常放在成像元件本身（例如，通過采用扁平元件來減少鏡頭的體積），但為了在保留所需功能的同時使系統(tǒng)盡可能小，解決元件之間的距離問題也是必要的。例如，可以通過將系統(tǒng)折疊起來，利用相同的體積實現(xiàn)多個傳播步驟，但這并不是唯一可行的策略。
我們將介紹多層超表面空間板的模擬（由 O. Reshef
超表面空間板的建模3個月前
建模任務
在許多現(xiàn)代光學應用中，實現(xiàn)最大可能的緊湊性是最受追捧的優(yōu)化目標之一。造成這種情況的原因有很多：便攜式設備的光學元件安裝空間較小，而較小的系統(tǒng)往往具有較低的重量和材料成本。最近在這一領域提出的一種巧妙的策略是“空間板”：超表面允許在自由空間中模擬比空間板的實際厚度長得多的傳播。例如，這樣的元件可以縮短聚焦透鏡后的距離同時實現(xiàn)聚焦
摘要
在許多現(xiàn)代光學應用中，實現(xiàn)最大可能的緊湊性是最受追捧的優(yōu)化目標之一。造成這種情況的原因有很多：便攜式設備的光學元件安裝空間較小，而較小的系統(tǒng)往往具有較低的重量和材料成本。最近在這一領域提出的一種巧妙的策略是“空間板”：超表面允許在自由空間中模擬比空間板的實際厚度長得多的傳播。例如，這樣的元件可以縮短聚焦透鏡后的距離同時實現(xiàn)聚焦(不改變NA
超表面計量學的光學屬性4個月前
光學超表面（MS）是一種新型的平面光學元件，由于其緊湊性、多功能性以及設備集成性的優(yōu)點，正深刻變革著光學設計領域。本期文章將介紹現(xiàn)有的用于超表面檢測的光學計量技術，包括振幅、偏振、定量相位測量以及疊層成像等 ，最后討論了超表面在光學計量中的應用以及未來的發(fā)展趨勢。
引言
過去十年間，平面結構化光學界面（即超表面）發(fā)展迅猛。超表面本質上是平面器件，可借助半導體制造工具和設備進行生產，有望實現(xiàn)晶圓級制造以及與光電子系統(tǒng)集成
超表面高階微分器助力光學計算突破4個月前
光學模擬計算憑借光速并行處理的天然優(yōu)勢，被視為下一代計算技術的核心方向。長期以來，光學微分技術多停留在一階或二階操作，高階微分的實現(xiàn)與實用化始終是難題。本期文章將介紹一項發(fā)表于《Nature》的研究，利用超表面（Metasurface）這一革命性材料，不僅實現(xiàn)了五階光學微分，更將分辨率推至0.015倍瑞利極限，為納米級光學對準和超分辨成像提供了全新工具。
引言
在人工智能、自動駕駛、機器視覺等信息技術飛速發(fā)展的今天
超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨特特性而在科學上聲名鵲起，如今它們的制造已經(jīng)變得可行。但它們的設計難度遠遠超過了傳統(tǒng)鏡片，因為必須考慮到納米級構件的特性。
VirtualLab Fusion的優(yōu)勢
? 統(tǒng)一的平臺：具有將納米級構建模塊和大尺寸復合透鏡/表面作為整體的求解器
? 從Zemax中導入功能型設計，或通過公式直接定義
