利用膜谐振器设计超薄声学超表面

我们设计了极薄的声学超表面，其由固定于周期性刚性框架上的质量负载与拉伸膜构成，为操控反射声压场提供了通用平台。这些超表面展现出深亚波长调控能力，其厚度可比基于亥姆霍兹谐振器的超表面小一个数量级。超表面的每个子单元在几何调谐的频率下共振，这种可调性提供了相位控制能力；利用一组精细调谐的膜谐振器，我们构建了相位光栅超表面。该表面设计为展现全角负反射，其波长 $\lambda$ 与厚度 $h$ 之比为 $\lambda/h\approx 23.1$，并利用椭圆反射镜的相位分布构建平面镜。另一个重要的声学应用是声音扩散体，我们进一步设计了一种深亚波长的基于膜的超扩散体，其厚度可比工作波长小两个数量级，即厚度 $\approx\lambda/102$。这为开发可应用于声学相关产业中功能声学器件的先进声学超表面铺平了道路。