科研进展 | 不同弹性介质间的全波剪裁：双单元弹性超表面
来源：两江科技评论（ID：imeta-center），作者：九乡河。
超表面是一种人工亚波长单元，可对波前进行裁剪，以实现对波方向、全息或掩蔽的简单操作。作为电磁学的前沿研究领域，超表面在声学和弹性中得到了积极的研究。通常，超表面可分为两种类型：反射型超表面和折射型超表面。反射型超表面用于反射波裁剪，通常附着在介质边缘。相反，折射型超表面用于透射波裁剪，通常位于均质介质内。折射型超表面受到了相当大的关注，因为，反射类型只需要满足从0到2π的各种相移的通用条件，而折射类型需要额外的全透射条件。尽管对折射型弹性超表面进行了积极的研究，但此前的研究主要集中在均匀介质情况下。但用于均匀情况的方法不能用于非均匀情况下的波前裁剪。在弹性力学中，这一问题变得更为关键，因为几乎所有的应用都涉及各种波介质，而在声学或电磁学中，几乎所有的应用都是在空气或水等中的均质情况。因此，在非均匀情况下实现波前裁剪的弹性超表面还没有研究。
近日，韩国蔚山国家科学技术学院机械工程系的Joo Hwan Oh和韩国标准与科学研究院的HongMin Seung研究团队提出了一种在两种不同介质之间实现波前裁剪的方法。首先，他们证明了以往的弹性超表面方法不适用于非均匀情况。为了克服这一限制，他们提出了由相位调制器和阻抗匹配器组成的双单元超表面。在这种配置中，相位调制器提供适当的相移来调整波前，而阻抗匹配器提供两种不同介质之间的完全传输。在等效质量弹簧系统的基础上，设计了适当分离的相位调制器和阻抗匹配器。数值和实验验证表明，所设计的双单元超表面可以有效地裁剪波前，使两种不同介质之间几乎完全透射。
该团队提出的超表面将有可能应用在其他超声领域，如无损评估、振动裁剪、超声成像和换能器。相关研究成果发表在《Physical Review Applied》上。（钟雨豪）
文章链接：
