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698 2018 年 9 月

标图像重置第 (7) 步计算的复声压的振幅，并保留 (3) 对理想的连续超表面按照式(2)进行离散；
其相位分布不变； (4) 利用10种三维结构单元构建出相应的透射
(10) 回到第(1)步。 型声学超表面。
一般情况下，经过几十次的迭代，其结果便可
收敛，得到超表面的相位分布 Φ(x, y)，按照此分布 0.5λ 0
构建超表面可实现三维声成像。
5.2 三维相位调控声学超表面的构建

要实现三维声场调控，需要将二维镀膜型迷
宫结构单元向 y 方向拉伸长度 (a − 2d)，并在两端
0.5λ 0
盖上厚度为 d 的盖子，使其在 y 方向上整体长度为
a，便可得到突变相位分别为 0、−π/5、−2π/5、
−3π/5、−4π/5、−π、−6π/5、−7π/5、−8π/5、
y
−9π/5 的 10 种三维镀膜型迷宫结构单元，其尺 x z
寸为 0.5λ 0 × 0.5λ 0 × 0.22λ 0 ，可用于构建三维声学 0.22λ 
超表面。图8为三维镀膜型迷宫结构单元的示意图，
图 8 三维镀膜型迷宫结构单元示意图
图中所示单元的突变相位为−7π/5。
Fig. 8 Schematic diagram of the three-dimensional
通过迭代角谱法实现超表面的构建过程如下：
CLS unit
(1) 按照目标图像确定像平面上理想的声场分
布p im (x, y)； 5.3 应用实例
(2) 由迭代角谱法得到超表面上的突变相位分 图 9(a) 为基于迭代角谱法的相位调控声成
布Φ(x, y)； 像系统示意图，入射声波为平面波，成像超表面包含

1
10λ 

5λ 
y
༠㜭䟿/(a.u.)
x z
0
D/λ  -5λ 

-10λ  0
-10λ  -5λ  0 5λ  10λ 
(a) ༠ᡀۿ⽪᜿മ (b) ⨶ᜣⲴⴞḷമۿ༠㜭䟿࠶ᐳമ

0 1
10λ  10λ 

5λ  5λ 
ቊԫᄱͯ
0 0 ༠㜭䟿/(a.u.)

-5λ  -5λ 

-10λ  -2p -10λ  0
0 0
-10λ  -5λ  5λ  10λ  -10λ  -5λ  5λ  10λ 
(c) ቊԫᄱͯѬ࣋ڏ (d) ϸࣱ᭧ʽ͌ᄾܦᑟ᧚ڤѬ࣋ڏ
图 9 基于三维相位调控型超表面的声成像
Fig. 9 Acoustic imaging based on metasurface