深亚波长尺度的三维超薄声准直器件

文章提出了一个以空气为背景介质、具有强指向性的三维超薄人工结构。该结构包含一个中心螺旋结构,结构上下两侧刻有呈米字型排列的亥姆霍兹共振腔(Helmholtz Resonator, HR)凹槽阵列。中心螺旋结构降低了结构厚度,使整体结构厚度仅为入射波长的1/10,同时延长了声波的传播距离,实现了低频处的法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)共振。两侧HR凹槽阵列将散射声波转换为束缚在结构表面的声表面波,通过声表面波和F-P共振产生的透射声波的耦合实现了声波的准直发射。仿真结果证明该准直低频声束在透射端自由声场的传播距离大于15个入射波长。该三维器件在深亚波长尺度实现了高指向性声辐射,有望广泛应用于噪声控制及电声设计等领域。