各向异性质量声波超材料超分辨成像的原理和实验研究

各向异性质量声波超材料具有特殊的频散特性，可以突破衍射极限的限制实现声波超分辨成像，但目前对超材料透镜的几何尺寸和损耗都有严格的要求，极大限制了声波超分辨成像的实用化。项目以探讨低损耗、小尺寸各向异性质量声波超材料超分辨成像机理为研究目标，在系统研究各向异性质量声波超材料成像机理的基础上，重点研究零质量条件对凋落波的传输特性，以及相应低损耗声波超材料的设计方法，最终为低损耗、小尺寸声波超材料超分辨成像提供一套设计方法。为此将首先弄清各向异性质量条件下凋落波的传输机制，分析相应声波超材料的超分辨成像特性，并探讨损耗对成像效果的影响；然后基于动态平均场方法，建立声波超材料的动态均匀化理论，给出宏观等效参数与微观结构之间的精确定量关系，为下一步超分辨透镜的设计提供理论指导；最后基于薄膜型超材料进行低损耗超分辨透镜的设计、制备和功能测试。

项目以各向异性超材料超分辨率检测为研究目标，深入研究了各向异性超材料突破衍射极限的机理，及低损耗、小尺寸超材料的设计、制备和实验测试方法。取得的主要研究成果有：（1）提出了基于零等效质量和共振隧穿效应的凋落波全透射传输机制，设计出相应超材料结构，并通过了数值模拟验证；（2）自行研制声扫描场测试系统，可以用于超材料波控功能的实验验证；（3）制备出了“零质量”纸质振膜超材料和“共振隧穿”多孔金属超材料，利用自制声测试系统，实验验证了上述超材料的超分辨检测功能，上述研究成果在生物医学成像、工业无损检测等领域具有潜在的应用价值。基于上述研究进展，发表SCI收录期刊论文9篇，包括著名声学期刊Journal of the Acoustical Society of America，著名物理期刊Applied Physics Letters等，培养博士研究生1名、硕士研究生2名，其中1名获得北京理工大学优秀硕士论文。