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建立薄膜聲學(xué)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(gòu)建 圖3.網(wǎng)格的劃分 圖4.薄膜聲學(xué)超表面的預(yù)應(yīng)力對隔聲損失的影響 圖5.論文中的預(yù)應(yīng)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(xué)超表面的結(jié)構(gòu)化參數(shù)的影響。

建立薄膜聲學(xué)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(gòu)建 圖3.網(wǎng)格的劃分 圖4.薄膜聲學(xué)超表面的預(yù)應(yīng)力對隔聲損失的影響 圖5.論文中的預(yù)應(yīng)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(xué)超表面的結(jié)構(gòu)化參數(shù)的影響。

然而，由于諧振特性，大多數(shù)超材料只能在窄頻帶內(nèi)獲得良好的吸收性能，這限制了實際應(yīng)用。 研究內(nèi)容： 我們提出了一種具有多級吸聲的薄多單元超表面的理論和實驗實現(xiàn)，該超表面在450 Hz–1360 Hz的寬帶范圍內(nèi)表現(xiàn)出連續(xù)的近乎完美的吸收光譜。超表面單元是穿孔復(fù)合亥姆霍茲諧振器（PCHR），其通過將一個或多個帶有小孔的分離板插入亥姆霍茨諧振器（HR）的內(nèi)部來構(gòu)造。

研究內(nèi)容：傳統(tǒng)的聲學(xué)吸收器被用于具有與工作波長相當(dāng)?shù)暮穸鹊慕Y(jié)構(gòu)，這在低頻范圍的實際應(yīng)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?qū)崿F(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。

設(shè)置物理場：選擇COMSOL中的聲學(xué)物理場和結(jié)構(gòu)力學(xué)物理場模塊，將它們耦合起來以模擬超聲波在鋼管中的傳播和反射過程。4. 定義邊界條件：設(shè)置超聲波的入射角度、頻率和振幅等參數(shù)，并將其作為邊界條件施加在鋼管模型的表面。可以根據(jù)實際情況選擇合適的邊界條件。5. 運行仿真：使用COMSOL的求解器運行仿真計算，模擬超聲波在鋼管中的傳播和與裂紋的相互作用。

復(fù)合聲學(xué)超材料理論 通常，傳遞矩陣T0用于將給定結(jié)構(gòu)的前(x=0)和后(x=d)表面的聲壓和質(zhì)點速度聯(lián)系起來，如下所示： 其中P是聲壓，V是歸一化的聲質(zhì)點速度。 在SMR單胞的情況下，聲學(xué)性能歸因于變面積管道和六個空間線圈元件的有效介質(zhì)。

實現(xiàn)降噪的一種方法是使用聲學(xué)超材料。 然而，傳統(tǒng)聲學(xué)超材料中，低頻降噪方面一直存在頻段固定、頻帶狹窄的問題。本研究將手風(fēng)琴折紙作為側(cè)腔引入亥姆霍茲諧振腔，開發(fā)了一種具有可調(diào)諧和寬帶消聲能力的新型折紙聲學(xué)超材料(OBAM)。 本文通過理論、數(shù)值和實驗的方法對OBAM的聲衰減特性進行了廣泛的研究，并用傳輸損耗(TL)來量化OBAM的聲衰減特性。

研究背景： 從聲學(xué)超材料出現(xiàn)到薄膜型和薄板型聲學(xué)超材料局域共振隔聲機理的廣泛研究，其負(fù)等效質(zhì)量和負(fù)等效密度特性打破了傳統(tǒng)吸隔聲材料質(zhì)量定律的限制，為低頻吸隔聲提供了新途徑。由吸聲系數(shù)理論模型可知，薄膜型結(jié)構(gòu)的吸聲性能與振型模態(tài)、相對聲阻抗率有關(guān)。對有無附加質(zhì)量塊的薄膜型結(jié)構(gòu)進行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，探討振型模態(tài)與吸聲系數(shù)曲線的對應(yīng)關(guān)系。

薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲原理主要涉及到聲波在材料中的傳播和反射。 當(dāng)聲波進入薄膜型聲學(xué)超材料時，它們會遇到由多層薄膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元。由于這些單元的尺寸接近于聲波波長，聲波會產(chǎn)生與材料中的結(jié)構(gòu)單元相互作用的效應(yīng)，這種效應(yīng)會產(chǎn)生反射、衍射和干涉等現(xiàn)象。 通過合理設(shè)計和優(yōu)化材料結(jié) 構(gòu)，薄膜型聲學(xué)超材料可以實現(xiàn)對特定頻率范圍內(nèi)聲波的反射和吸收，從而達到隔聲的效果。

超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨特特性而在科學(xué)上聲名鵲起，如今它們的制造已經(jīng)變得可行。但它們的設(shè)計難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)鏡片，因為必須考慮到納米級構(gòu)件的特性。

而透射/反射效率用于表征該量，其被定義為由超表面透射/反射的功率與入射到超表面孔徑上功率之間的比率。當(dāng)超表面尺寸大于光學(xué)探測光束直徑時，使用功率計即可便捷測量效率；而對于微米尺寸的小面積超表面，由于光學(xué)探測光束通常比超表面孔徑寬，則需對器件成像并選取超表面孔徑區(qū)域的信號進行測量，也可使用 CCD 相機拍照并進行數(shù)值后處理歸一化操作。

□ 靈活地將超透鏡與其他元件一起包含在一個光學(xué)系統(tǒng)中。超全息圖□ 傳統(tǒng)的相位全息圖通過在透明基底上刻蝕不同的深度來實現(xiàn)相位輪廓，這通常只適用于近軸情況。□ 這種相位輪廓也可以通過具有空間變化的納米尺度構(gòu)建模塊的超表面來實現(xiàn)。□ 使用超表面構(gòu)建模塊，可以以一種直接的方式設(shè)計高數(shù)值孔徑全息圖。

Kuznetsov 的研究視角，系統(tǒng)梳理光學(xué)超表面 “黃金時代” 的發(fā)展脈絡(luò)與核心方向。 超表面的發(fā)展路線（來自原文）2.超透鏡：超表面的核心應(yīng)用載體與挑戰(zhàn)作為超表面的重要應(yīng)用形式，超透鏡憑借緊湊的尺寸與高效的光線調(diào)控能力，成為區(qū)別于傳統(tǒng)光學(xué)元件的關(guān)鍵技術(shù)突破口。

近期，一項發(fā)表于《Nature》的研究提出了一種基于超表面的高階光學(xué)微分器，不僅實現(xiàn)了五階微分，還將其應(yīng)用于光學(xué)超分辨率成像，分辨率突破瑞利極限，為半導(dǎo)體納米制造中的光學(xué)對準(zhǔn)提供了全新工具。高階微分器的設(shè)計原理1.Pancharatnam-Berry（PB）相位超表面PB相位超表面是一類基于幾何相位調(diào)控的超表面。

本文復(fù)現(xiàn)了超表面中偏振轉(zhuǎn)換型超表面，參考的文獻是《一種超寬帶反射型極化轉(zhuǎn)換超表面設(shè)計》-于惠存，一種超寬帶反射型極化轉(zhuǎn)換超表面設(shè)計_于惠存.pdf具體模型如下在介質(zhì)板上面鋪有H型金屬片，在介質(zhì)板下方有一整塊金屬將電磁波完全反射。左旋圓偏光入射到該超表面上，反射光為右旋圓偏光。實現(xiàn)對反射光的一種偏振轉(zhuǎn)換。

針對上述偽影問題，雖可通過深度學(xué)習(xí)等技術(shù)計算更精準(zhǔn)的相位分布、設(shè)計更合理的超表面結(jié)構(gòu)，但對于包含數(shù)萬個納米單元的大面積超表面而言，精確模擬并補償所有干擾效應(yīng)需消耗極高的算力資源，成為超表面全息走向?qū)嶋H應(yīng)用的主要“攔路虎”。

然而，納米壓印用于超表面加工依然存在著許多問題。首先，超表面通常由折射率較高的材料構(gòu)成，如TiO2，Si，金屬等等。而納米壓印的材料一般折射率較低，例如PDMS。因此，壓印完成后通常需要進行二次加工，包括沉積高折射率材料以及蝕刻垂直結(jié)構(gòu)。在此過程中，額外的加工缺陷不可避免被引入，從而破化超表面的光學(xué)性能。其次，超表面結(jié)構(gòu)單元常要求高深寬比，例如超表面透鏡。

（來自原文）</p><p><br></p><p>超表面核心參數(shù)與設(shè)計優(yōu)化</p><p>選用基于幾何相位的非晶硅納米塊作為超表面單元，通過調(diào)整單元轉(zhuǎn)角實現(xiàn)相位調(diào)制。

研究內(nèi)容：基于目前學(xué)者所設(shè)計的超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種薄膜型聲學(xué)超材料的單元模型，支撐框架、彈性薄膜和空心質(zhì)量塊。支撐框架是固定并張緊薄膜類似彈簧的作用。圖1.薄膜型聲學(xué)超材料的結(jié)構(gòu)示意圖技術(shù)路線：在comsol中對薄膜聲學(xué)超材料低頻降噪進行仿真分析。

幾何相位與傳輸相位的超透鏡（來自原文）利用該裝置，研究團隊對幾何相位超表面和傳輸相位超表面開展測試。結(jié)果顯示，超表面整體性能與理論設(shè)計相符，但邊緣因相位梯度大存在明顯偏差。此外，通過離焦像差最小化方法可測定超透鏡焦距，所得相位分布數(shù)據(jù)還可用于計算 PSF、OTF、MTF 等重要光學(xué)參數(shù)，為超表面的性能評估與優(yōu)化提供了全面的數(shù)據(jù)支持。