用于水下声波聚焦的超表面设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1、声学超表面的发展史及研究现状

声学超表面是在电磁超材料提出之后发展而来的，其超表面理论思想由苏联科学家veselago在1976年提出，但在当时并未被重视，直到30年后由英国物理学家j.b.pendry提出具有等效负介电常数和负磁导率超材料结构，并由d.r.smith通过实验证明了超材料的负折射性质。随后因超材料拥有众多异常特性参数，可以产生前所未有的新奇物理现象，从来迅速发展成为波与物质互作用研究的热点。而近年来出现超表面（metasurface）的概念更加丰富了超材料的研究内涵。

2011年，yu等人在光学中第一次提出了广义斯涅耳定律，即在发生反射或折射的界面会有相应的相位突变产生。产生的相位突变常常由一个共振单元产生。通过调控相位突变在界面上的分布函数，从而可以实现对广播波阵面的操控。因为这些扔微结构具有远远小于波长的厚度，因此被称为光学超表面。而声学超表面的提出比光学超表面略晚，声学超表面与光学超表面有着类似之处，2013年，同济大学李勇教授等人首次设计出具有相位突变的结构单元，当声波入射到界面时也会出现异常反射或折射现象，同样遵循广义斯涅耳定律。对于声学超表面结构来说，它依然归属于声学超材料的范围。作为声学超表面来说，与声学超材料对比，其具有体积小，成本低，损耗少等优点，并且展现了对声波更加强大的调控功能。声学超表面是一种周期性的人工微结构，根据它在空间所呈现的结构形式，可分为一维、二维、三维超表面三种类型。与传统材料是通过改变折射率而控制声波不同，声学超表面的机制是通过独特的结构单元设计，设计出不同的超表面达到改变相位分布的目的，从而实现对声波相位阵列的分布，最终实现对声波波阵面的控制。

2. 研究的基本内容与方案

2.1、研究（设计）的基本内容

首先我了解了水下声波聚焦超表面研究的意义以及该研究之后的发展前景，根据本设计的具体内容在网络上查找了相关论文，了解了相关研究的内容以及研究方向，了解了声波反射的相关知识，并且重点解读了声学超表面的运用知识，并且在网上学习了有限元相关方面的知识，以便于理解本次设计的方法与意义。本次设计的目标是通过超表面设计使声波在水下能够聚焦于一点。

1.研究声学超表面研究的意义，以及其研究的作用。

3. 研究计划与安排

第1-2周文献调研；

第3周外文翻译；

第4周开题报告；

4. 参考文献（12篇以上）

参考文献：

[1]. 曹文康. 基于编码超表面的宽带声随机表面[c]. 中国声学学会.2019年全国声学大会论文集.中国声学学会:中国声学学会,2019:79-80.

[2]. 丁昌林,董仪宝,赵晓鹏.声学超材料与超表面研究进展[j].物理学报,2018,67(19):10-23.