一种利用双层超表面实现非对称声学涡旋产生的方法

技术特征：
1.一种利用双层超表面实现非对称声学涡旋产生的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在一个半径为r的圆柱波导中构建两个相位渐变超表面，分别为pgm-1和pgm-2，pgm-1和pgm-2之间的距离大于等于一个工作波长；(2)pgm-1携带“内禀拓扑核”在波导所支持最大阶拓扑核范围内，即pgm-2携带“内禀拓扑核”在波导所支持最大阶拓扑核范围之外，即两个超表面“内禀拓扑核”之差在波导的支持范围内，即其中，l
m
的大小由工作波长λ与半径r之决定；(3)pgm-1与pgm-2分别具有和个扇形超元胞，每个超元胞分别由m1和m2个扇形子单元构成；每个扇形子单元的角宽为并保证相邻子单元之间的相位差为δφ
i
＝2π/m
i
(i＝1,2)用于实现所需的相位梯度；(4)当入射平面波从波导一侧入射时，两层超表面保证了声涡旋拓扑核的有效转化，从而产生高效声涡旋场；而入射平面波从波导另一侧入射时，基于具有“内禀拓扑核”超表面中的声涡旋衍射效应，使其具有反射特性的“外禀拓扑核”，阻碍声涡旋拓扑核的有效转化，从而产生低效声涡旋场。2.根据权利要求1所述的一种利用双层超表面实现非对称声学涡旋产生的方法，其特征在于，步骤(1)所述pgm-2的子单元数目为偶数。3.根据权利要求1所述的一种利用双层超表面实现非对称声学涡旋产生的方法，其特征在于，步骤(1)所述pgm-2衍射的涡旋场遵循下面衍射定律：式中，l
r
和l
t
分别为反射和透射声涡旋的拓扑核，n是衍射级次，传播次数满足l＝m2 n。4.根据权利要求1所述的一种利用双层超表面实现非对称声学涡旋产生的方法，其特征在于，步骤(3)所述两个超表面pgm-1和pgm-2都由四个扇形子单元构成，每个扇形子单元的角宽为θ＝45
°
，每个扇形子单元由空间折叠的人工结构设计实现所需的相位延迟：0，π/2，π，3π/2。5.根据权利要求1所述的一种利用双层超表面实现非对称声学涡旋产生的方法，其特征在于，步骤(3)所述的子单元为空间折叠结构或亥姆霍兹谐振器。

技术总结
本发明公开了一种利用双层超表面实现非对称声学涡旋产生的方法，圆柱波导中存在传输声涡旋的最大阶拓扑核为l


技术研发人员：伏洋洋 李潇 陈昌东 刘友文
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2021.12.30
技术公布日：2022/5/10