RU197438U1 - Subwave focusing device for surface elastic waves - Google Patents

Subwave focusing device for surface elastic waves Download PDF

Info

Publication number
RU197438U1
RU197438U1 RU2019139022U RU2019139022U RU197438U1 RU 197438 U1 RU197438 U1 RU 197438U1 RU 2019139022 U RU2019139022 U RU 2019139022U RU 2019139022 U RU2019139022 U RU 2019139022U RU 197438 U1 RU197438 U1 RU 197438U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
recess
focusing
elastic waves
surface elastic
Prior art date
Application number
RU2019139022U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Владиленович Минин
Олег Владиленович Минин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ)
Priority to RU2019139022U priority Critical patent/RU197438U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU197438U1 publication Critical patent/RU197438U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/30Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области акустики, в частности к устройствам фокусировки поверхностных упругих волн. Устройство субволновой фокусировки поверхностных упругих волн содержит акустическую линзу, состоящую из тонкого плоского слоя из упругого материала, в котором выполнено углубление, при этом слой расположен на упругой подложке. Углубление выполнено с поперечными размерами порядка длины волны используемого излучения, а толщины слоя в углублении и слоя, в котором она выполнена, связаны соотношением: h=(1,36-3,18)h, при этом плотность материала слоя не превышает плотности материала упругой среды подложки. Углубление выполнено в виде диска, или усеченного диска, или прямоугольника, или треугольника. Технический результат – обеспечение возможности субволновой фокусировки поверхностных упругих волн. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to the field of acoustics, in particular to devices for focusing surface elastic waves. The subwavelength focusing device of surface elastic waves contains an acoustic lens consisting of a thin flat layer of elastic material in which a recess is made, the layer being located on an elastic substrate. The recess is made with transverse dimensions of the order of the wavelength of the radiation used, and the thickness of the layer in the recess and the layer in which it is made are related by the relation: h = (1.36-3.18) h, while the density of the layer material does not exceed the density of the elastic material substrate environment. The recess is made in the form of a disk, or a truncated disk, or a rectangle, or a triangle. EFFECT: provision of the possibility of sub-wave focusing of surface elastic waves. 4 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области акустики, в частности к средствам фокусировки поверхностных упругих волн и может быть широко использована для проведения научно-исследовательских, контрольно-измерительных и диагностических работ.The utility model relates to the field of acoustics, in particular to the means of focusing surface elastic waves and can be widely used for research, control and diagnostic and diagnostic work.

В настоящее время известно несколько типов планарных линз: геодезические линзы, линзы Люнеберга, линзы с изменением эффективного показателя преломления волновода, дифракционные линзы [Н.В. Никоноров, С.М. Шандаров. «Волноводная фотоника». Учебное пособие, курс лекций. СПб: СПбГУ ИТМО, 2008 г. - 143 стр.; Патент США 7729577, 4856861]. Линзы состоят из дополнительного волноводного слоя с показателем преломления отличным от показателя преломления материала линзы, представляющей собой углубление или возвышение сферической или асферической формы.Currently, several types of planar lenses are known: geodesic lenses, Luneberg lenses, lenses with a change in the effective refractive index of the waveguide, diffraction lenses [N.V. Nikonorov, S.M. Shandarov. "Waveguide photonics." Textbook, lecture course. St. Petersburg: St. Petersburg State University ITMO, 2008 - 143 pages; US patent 7729577, 4856861]. Lenses consist of an additional waveguide layer with a refractive index different from the refractive index of the lens material, which is a depression or elevation of a spherical or aspherical shape.

Недостатком таких устройств является низкое пространственное разрешение и они не предназначены для фокусировки поверхностных упругих волн.The disadvantage of such devices is the low spatial resolution and they are not intended for focusing surface elastic waves.

Предел разрешения для классических идеальных линз (поперечный размер области фокусировки) не может быть меньше половины длины волны излучения [Борн М., Вольф Э. Основы оптики. Изд. 2-е. Пер. с англ. Главная редакция физико-математической литературы. М., Наука, 1973]. Для акустической линзы по патенту US 20020045819 обеспечивается поперечное разрешение больше 4-5 длин волн излучения, при этом повышение величины поперечного разрешения до субволнового значения недостижимо.The resolution limit for classical ideal lenses (the transverse size of the focusing region) cannot be less than half the radiation wavelength [Born M., Wolf E. Fundamentals of Optics. Ed. 2nd. Per. from English The main edition of the physical and mathematical literature. M., Science, 1973]. For an acoustic lens according to the patent US 20020045819, a transverse resolution of more than 4-5 wavelengths of radiation is provided, while an increase in the transverse resolution to a sub-wave value is unattainable.

Известны различные акустические линзы для фокусировки упругих волн, материалом которых могут быть жидкие, твердые и газообразные вещества, при этом линзы могут иметь плоско-выпуклую, плоско-вогнутую, двояковыпуклую, двояковогнутую и выпукло-вогнутую поверхности [Каневский И.Н. Фокусирование звуковых и ультразвуковых волн. М.: Наука, 1977, с. 3-36; T. Tarnoczy. Sound focussing lenses and waveguides // ULTRASONICS, July-September, 1965, p. 115-127.; WO 2016070200 A1 David C. Calvo, Abel L. Thangawng. Acoustic Fresnel zone plate lens for aqueous environments and method of using same].There are various acoustic lenses for focusing elastic waves, the material of which can be liquid, solid and gaseous substances, while the lenses can have a flat-convex, flat-concave, biconvex, biconcave and convex-concave surface [Kanevsky I.N. Focusing sound and ultrasonic waves. M .: Nauka, 1977, p. 3-36; T. Tarnoczy. Sound focussing lenses and waveguides // ULTRASONICS, July-September, 1965, p. 115-127 .; WO 2016070200 A1 David C. Calvo, Abel L. Thangawng. Acoustic Fresnel zone plate lens for aqueous environments and method of using same].

Известна акустическая линза, содержащая тонкую звукопроницаемую оболочку, заполненную жидкой средой и с двояковыпуклой или двояковогнутой поверхностью [Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Под ред. И.П. Голяминой. М.: Советская энциклопедия, 1979, с. 176-178; Каневский И.Н. Фокусирование звуковых и ультразвуковых волн. М.: Наука; 1977, с. 265].Known acoustic lens containing a thin, breathable shell filled with a liquid medium and with a biconvex or biconcave surface [Ultrasound. Little Encyclopedia. Ed. I.P. Golemy. M .: Soviet Encyclopedia, 1979, p. 176-178; Kanevsky I.N. Focusing sound and ultrasonic waves. M .: Science; 1977, p. 265].

Известна жидкостная звуковая линза [патент РФ No441976], выполненная из искусственного материала с переменным коэффициентом преломления, представляющая собой набор цилиндров в звукопроницаемой оболочке, заполненных рабочей жидкостью с диаметром сечения менее половины длины волны и расстоянием между цилиндрами менее длины волны.Known liquid sound lens [RF patent No. 441976], made of artificial material with a variable refractive index, which is a set of cylinders in a soundproof shell filled with a working fluid with a cross-sectional diameter of less than half the wavelength and a distance between the cylinders of less than the wavelength.

Недостатком известных акустических линз являются большие габариты, относительный диаметр D/λ, более 10-15, низкое пространственное разрешение, не превышающее дифракционного предела и они не предназначены для фокусировки поверхностных упругих волн.A disadvantage of the known acoustic lenses are large dimensions, relative diameter D / λ, more than 10-15, low spatial resolution not exceeding the diffraction limit and they are not intended for focusing surface elastic waves.

Известна акустическая линза для формирования области фокусировки непосредственно за теневой поверхностью [Патент РФ 167049], содержащая преломляющую среду из акустически проводящего материала с границами раздела с окружающей средой со скоростью звука в преломляющей среде не более 2,5 раза, чем скорость звука в окружающей среде и выполненная в виде трехмерной частицы с характерными размерами порядка длины волны акустического излучения в среде, с относительной скоростью звука в материале частицы не менее 1,1 и относительным волновым сопротивлением не более 25.A known acoustic lens for forming a focusing area immediately behind the shadow surface [RF Patent 167049], containing a refractive medium of acoustically conductive material with interfaces with the environment with the speed of sound in the refractive medium not more than 2.5 times the speed of sound in the environment and made in the form of a three-dimensional particle with characteristic dimensions of the order of the wavelength of acoustic radiation in the medium, with a relative speed of sound in the particle material of at least 1.1 and a relative wave resistance leniem no more than 25.

Акустическая линза формирует область фокусировки непосредственно за теневой поверхностью с размерами в поперечном (относительно направления распространения излучения) направлении на уровне половинной мощности менее классического дифракционного предела - до четверти длины волны акустического излучения в среде λ, и с протяженностью области фокусировки (1-5)λ, чем достигается повышение локализации сфокусированного акустического поля до субволнового значения.An acoustic lens forms a focusing area immediately behind the shadow surface with dimensions in the transverse (relative to the direction of radiation propagation) direction at half power less than the classical diffraction limit - up to a quarter of the wavelength of acoustic radiation in the medium λ, and with the length of the focusing area (1-5) λ what is achieved by increasing the localization of the focused acoustic field to a subwave value.

Недостатком известной акустической линзы является то, что она не предназначена для фокусировки поверхностных упругих волн.A disadvantage of the known acoustic lens is that it is not intended for focusing surface elastic waves.

Известны акустические фокусирующие устройства линзы, формирующие область фокусировки (акустострую) непосредственно за теневой поверхностью линзы [Патент РФ 170911, Акустическая линза, Опубликовано: 15.05.2017 Бюл. № 14; Патент РФ 2618600, Акустическая линза, Опубликовано: 04.05.2017 Бюл. № 13; Минин И.В., Минин О.В.; Сверхразрешение в акустических фокусирующих устройствах // Вестник СГУГИТ, Том 23, № 2, 2018, с. 231-244; H. Lopes, M. A. B. Andrade,

Figure 00000001
J. C. Adamowski, I. V. Minin, and G. T. Silva. Focusing Acoustic Beams with a Ball-Shaped Lens beyond the Diffraction Limit // PHYS. REV. APPLIED 8, 024013 (2017), DOI: 10.1103/PhysRevApplied 8.024013; Минин И.В., Минин О.В. Фотонные струи в науке и технике // Вестник СГУГИТ, Т. 22, № 2, 2017, с. 212-234; Minin, O.V., Minin, I.V. Acoustojet: acoustic analogue of photonic jet phenomenon based on penetrable 3D particle // Opt Quant Electron. - 2017. - Vol. 49. - 54 p. doi:10.1007/s11082-017-0893-y; J.H. Lopes, J.P. Leo-Neto, I.V. Minin, O.V. Minin, a & G.T. Silva, A theoretical analysis of acoustic jets // ICA2016, 0943, (2016).] и предназначенные для работы в жидкости и газах.Known acoustic focusing device of the lens, forming the focusing area (acousto-sharp) immediately behind the shadow surface of the lens [RF Patent 170911, Acoustic lens, Published: 05/15/2017 Bull. No. 14; RF patent 2618600, Acoustic lens, Published: 05.04.2017 Bull. No. 13; Minin I.V., Minin O.V .; Superresolution in acoustic focusing devices // Vestnik SGUGIT, Volume 23, No. 2, 2018, p. 231-244; H. Lopes, MAB Andrade,
Figure 00000001
JC Adamowski, IV Minin, and GT Silva. Focusing Acoustic Beams with a Ball-Shaped Lens beyond the Diffraction Limit // PHYS. REV. APPLIED 8, 024013 (2017), DOI: 10.1103 / PhysRevApplied 8.024013; Minin I.V., Minin O.V. Photonic jets in science and technology // Bulletin of SSUGIT, T. 22, No. 2, 2017, p. 212-234; Minin, OV, Minin, IV Acoustojet: acoustic analogue of photonic jet phenomenon based on penetrable 3D particle // Opt Quant Electron. - 2017 .-- Vol. 49. - 54 p. doi: 10.1007 / s11082-017-0893-y; JH Lopes, JP Leo-Neto, IV Minin, OV Minin, a & GT Silva, A theoretical analysis of acoustic jets // ICA2016, 0943, (2016).] And designed to work in liquids and gases.

Такие акустические линзы находят применение в устройствах формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением [Патент РФ 2654387], в акустических микроскопах [Патент РФ 172340], в акустических ловушках в поле стоячей волны на основе двух встречных пучков [Патент РФ 174330], акустических датчиках [Патент РФ № 175684], в устройстве фокусированного воздействия ультразвуком высокой интенсивности для сканирования и лечения опухолей [Патент РФ № 176516], в печатающей головке для акустического принтера [Патент РФ 181238], в устройстве для регистрации отпечатка пальца [Патент РФ 184082]. При этом акустическая линза может быть выполнена в виде трехмерной мезоразмерной частицы с различной формой поверхности, например, сферической или цилиндрической, или кубической, или конической пирамиды с характерным размером, кратным длине волны акустического излучения в среде.Such acoustic lenses are used in imaging devices with subdiffraction resolution [RF Patent 2654387], in acoustic microscopes [RF Patent 172340], in acoustic traps in a standing wave field based on two opposing beams [RF Patent 174330], acoustic sensors [Patent RF No. 175684], in a device for focused exposure to high intensity ultrasound for scanning and treating tumors [RF Patent No. 176516], in a printhead for an acoustic printer [RF Patent 181238], in a device for registration fingerprint [RF Patent 184082]. In this case, the acoustic lens can be made in the form of a three-dimensional mesoscale particle with a different surface shape, for example, a spherical or cylindrical, or cubic, or conical pyramid with a characteristic size that is a multiple of the wavelength of acoustic radiation in the medium.

Достоинством таких линз является высокое пространственное разрешение порядка λ/3-λ/4. Недостатком является то, что они не предназначены для фокусировки поверхностных упругих волн.The advantage of such lenses is a high spatial resolution of the order of λ / 3-λ / 4. The disadvantage is that they are not designed to focus surface elastic waves.

Наиболее близким аналогом к заявляемому решению является устройство фокусировки поверхностных упругих волн по патенту США 4294507 Controllably deformed elastic waveguide elements, содержащее акустическую линзу, состоящую из тонкого плоского слоя из упругого материала в котором выполнено полусферическое углубление, при этом слой расположен на упругой подложке.The closest analogue to the claimed solution is a device for focusing surface elastic waves according to U.S. Pat.

Достоинством устройства является возможность фокусировки поверхностных упругих волн.The advantage of the device is the ability to focus surface elastic waves.

Недостатком устройства является невозможность субволновой фокусировки поверхностных упругих волн.The disadvantage of this device is the impossibility of sub-wave focusing of surface elastic waves.

Задача полезной подели - разработка устройства субволновой фокусировки поверхностных упругих волн.The task of the useful part is the development of a device for subwave focusing of surface elastic waves.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве субволновой фокусировки поверхностных упругих волн, содержащем акустическую линзу, состоящую из тонкого плоского слоя из упругого материала, в котором выполнено углубление, при этом слой расположен на упругой подложке, новым является то, что углубление выполнено с поперечными размерами порядка длины волны используемого излучения, а толщины слоя в углублении и слоя, в котором она выполнена, связаны соотношением:The problem is achieved in that in the subwave focusing device of surface elastic waves containing an acoustic lens consisting of a thin flat layer of elastic material in which a recess is made, the layer being located on an elastic substrate, it is new that the recess is made with transverse dimensions of the order of the wavelength of the radiation used, and the thickness of the layer in the recess and the layer in which it is made are related by the ratio:

hслой=(1,36-3,18)hчастица,h layer = (1.36-3.18) h particle ,

при этом плотность материала слоя не превышает плотности материала упругой среды подложки.the density of the material of the layer does not exceed the density of the material of the elastic medium of the substrate.

Кроме того, углубление выполнено в виде диска или усеченного диска, или прямоугольника или треугольника.In addition, the recess is made in the form of a disk or a truncated disk, or a rectangle or triangle.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии настоящей полезной модели критерию «новизна».The applicant has not identified any technical solutions that are identical to the claimed one, which allows us to conclude that this utility model meets the criterion of "novelty."

Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков полезной модели на достигаемый технический результат. Указанные новые свойства объекта обусловливают, по мнению заявителя, соответствие полезной модели критерию «изобретательский уровень».The applicant has not identified sources of information that would contain information on the influence of the distinguishing features of the utility model on the achieved technical result. These new properties of the object determine, according to the applicant, the utility model meets the criterion of "inventive step".

На Фиг. 1 приведена схема устройства субволновой фокусировки поверхностных упругих волн, в случае выполнения углубления в виде диска, или усеченного диска, или прямоугольника, или треугольника.In FIG. 1 is a diagram of a subwave focusing device for surface elastic waves in the case of a recess in the form of a disk, or a truncated disk, or a rectangle, or a triangle.

На Фиг. 2 приведены примеры результатов математического моделирования субволновой фокусировки поверхностной упругой волны углублением в форме диска. Толщина упругого слоя 0,8 мм, толщина слоя углубления 0,3 мм, диаметр диска 32 мм, частота поверхностной волны 150 Гц. Сформирована область фокусировки с поперечным размером 0,34 от длины волны падающего излучения.In FIG. Figure 2 shows examples of the results of mathematical modeling of subwave focusing of a surface elastic wave by a disk-shaped recess. The thickness of the elastic layer is 0.8 mm, the thickness of the recess layer is 0.3 mm, the diameter of the disk is 32 mm, the frequency of the surface wave is 150 Hz. A focusing region with a transverse size of 0.34 of the wavelength of the incident radiation is formed.

Обозначено:It is designated:

1 - тонкий плоский слой из упругого материала,1 - a thin flat layer of elastic material,

2 - углубление в слое 1,2 - recess in the layer 1,

3 - упругая подложка,3 - elastic substrate,

4 - поверхностная упругая волна,4 - surface elastic wave,

5 - область фокусировки,5 - focus area,

6 - углубление в форме диска,6 - recess in the form of a disk,

7 - углубление в форме усеченного диска,7 - recess in the form of a truncated disk,

8 - углубление в форме прямоугольника,8 is a recess in the shape of a rectangle,

9 - углубление в форме треугольника,9 - recess in the shape of a triangle,

hслой и hуглубления соответственно толщина слоя 1 и слоя в углублении 2.h layer and h recesses respectively the thickness of the layer 1 and the layer in the recess 2.

Устройство субволновой фокусировки поверхностных упругих волн с углублением в форме диска, или усеченного диска, или прямоугольника, или треугольника работает следующим образом.A subwavelength device for focusing surface elastic waves with a recess in the form of a disk, or a truncated disk, or a rectangle, or a triangle works as follows.

По поверхности упругой подложки 3, например, воды или другой жидкости распространяется поверхностная упругая волна 4. На поверхности упругой подложки 3 размещается тонкий плоский слой из эластичного материала 1 с плотностью материала слоя 1 не превышающей плотность материала упругой среды подложки 3. Тонкий слой 1 свободно плавает по поверхности подложки 3. При распространении поверхностной волны 4 слой 1 изгибается и принимает форму поверхностной волны 4.A surface elastic wave 4 propagates over the surface of the elastic substrate 3, for example, water or another liquid. A thin flat layer of elastic material 1 is placed on the surface of the elastic substrate 3 with a material density of layer 1 not exceeding the density of the material of the elastic medium of the substrate 3. The thin layer 1 floats freely on the surface of the substrate 3. When the surface wave 4 propagates, layer 1 bends and takes the form of surface wave 4.

В результате проведенных исследований было обнаружено, что фазовые скорости Vф распространения поверхностной волны 4 зависят от толщины слоя 1 и связаны соотношением:As a result of the studies, it was found that the phase velocities V f of the propagation of surface wave 4 depend on the thickness of layer 1 and are related by the relation:

Figure 00000002
Figure 00000002

Таким образом, более толстому слою соответствует меньшая фазовая скорость и меньший показатель преломления.Thus, a thicker layer corresponds to a lower phase velocity and a lower refractive index.

Из технической литературы известно, что формировать локальные области концентрирования электромагнитной энергии вблизи поверхности мезоразмерных диэлектрических частиц возможно с помощью частиц различной формы, например в форме сферы, куба, пирамиды, при облучении их электромагнитной волной с плоским волновым фронтом и т.д. [I.V. Minin and O.V. Minin. Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit, Springer, 2016, http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook].It is known from the technical literature that it is possible to form local areas of concentration of electromagnetic energy near the surface of mesoscale dielectric particles with the help of particles of various shapes, for example, in the form of a sphere, cube, pyramid, when they are irradiated with an electromagnetic wave with a plane wave front, etc. [I.V. Minin and O.V. Minin. Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit, Springer, 2016, http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook].

Возможность получения фотонных наноструй были изучены для диэлектрических осесимметричных тел, например, эллиптических наночастиц, многослойных слоисто-неоднородных микросферических частиц с радиальным градиентом коэффициента преломления, а также «обрезанных» полусфер, дисков, цилиндра-сферы, круглого конуса и для несимметричных мезоразмерных диэлектрических частиц (Минин И.В., Минин О.В. Фотонные струи в науке и технике // Вестник СГУГиТ, Том 22, No 2, 2017, с. 212-234; Minin I. V., Minin O. V., Geintz Y. E. Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: brief review // Annalen der Physik (AdP). - 2015. doi: 10.1002/andp.201500132).The possibility of obtaining photonic nanostructures was studied for dielectric axisymmetric bodies, for example, elliptical nanoparticles, multilayer layered inhomogeneous microspherical particles with a radial gradient of the refractive index, and also “cut off” hemispheres, disks, a cylinder sphere, a round cone and for asymmetric mesodimensional dielectric particles ( Minin I.V., Minin O.V. Photon jets in science and technology // Bulletin of SSUGiT, Volume 22, No 2, 2017, pp. 212-234; Minin IV, Minin OV, Geintz YE Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: brie f review // Annalen der Physik (AdP. - 2015. doi: 10.1002 / andp.201500132).

Выполняя в слое 1 углубление 2 в форме диска 6 или в форме усеченного диска 7, или в форме прямоугольника 8, или в форме треугольника 9 мезоразмерных размеров, примерно от длины волны используемого излучения до 50 длин волн излучения и меняя толщину слоя углубления hуглубления меняется эффективный показатель преломления среды.When making a recess 2 in the form of a disk 6 in the form of a disk 6 or in the form of a truncated disk 7, or in the form of a rectangle 8, or in the form of a triangle 9 of meso-sized sizes, from approximately the wavelength of the used radiation to 50 radiation wavelengths, and changing the thickness of the layer of the recess h of the recess varies effective refractive index of the medium.

В результате исследования было обнаружено, что если толщины слоя в углублении и слоя в котором она выполнена, связаны соотношением:As a result of the study, it was found that if the thickness of the layer in the recess and the layer in which it is made, are related by the ratio:

hслой=(1,36-3,18)hуглубления,h layer = (1.36-3.18) h recesses ,

формируется область фокусировки 5 с субволновым разрешением, которая является 2D аналогом фотонной струи.a focusing region 5 is formed with a subwavelength resolution, which is a 2D analog of the photon stream.

При относительной толщине слоя менее примерно 1,36 формируется область фокусировки, не превышающей дифракционный предел, а при относительной толщине слоя более 3,18 область фокусировки формируется внутри углубления 2 внутри слоя 1.With a relative layer thickness of less than about 1.36, a focusing region is formed that does not exceed the diffraction limit, and with a relative layer thickness of more than 3.18, a focusing region is formed inside the recess 2 inside the layer 1.

В качестве материалов плоского тонкого слоя могут быть материалы, например, на основе силиконовых резин [A. Cafarelli, P. Miloro, A. Verbeni, M. Carbone, F. Menciassi. Speed of sound in rubber-based materials for ultrasonic phantoms // J. Ultrasound (2016) 19:251-256, DOI 10.1007/s40477-016-0204-7] со скоростью звука от 956 до 1397 м/с и импедансом от 1,03 до 1,42.As materials of a flat thin layer can be materials, for example, based on silicone rubber [A. Cafarelli, P. Miloro, A. Verbeni, M. Carbone, F. Menciassi. Speed of sound in rubber-based materials for ultrasonic phantoms // J. Ultrasound (2016) 19: 251-256, DOI 10.1007 / s40477-016-0204-7] with a speed of sound from 956 to 1397 m / s and an impedance of 1 , 03 to 1.42.

Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет достичь поставленной задачи и обеспечить область фокусировки поверхностной упругой волны заявляемого устройства с субволновым разрешением, превышающим дифракционный предел.Thus, the combination of the claimed features allows to achieve the task and to provide a focus area for the surface elastic wave of the claimed device with a subwavelength resolution that exceeds the diffraction limit.

Claims (7)

1. Устройство субволновой фокусировки поверхностных упругих волн, содержащее акустическую линзу, состоящую из тонкого плоского слоя из упругого материала, в котором выполнено углубление, при этом слой расположен на упругой подложке, отличающееся тем, что углубление выполнено с поперечными размерами порядка длины волны используемого излучения, а толщины слоя в углублении и слоя, в котором она выполнена, связаны соотношением:1. A subwavelength focusing device for surface elastic waves, comprising an acoustic lens consisting of a thin flat layer of elastic material in which a recess is made, the layer being located on an elastic substrate, characterized in that the recess is made with transverse dimensions of the order of the wavelength of the radiation used, and the thickness of the layer in the recess and the layer in which it is made are related by the ratio: hслой=(1,36-3,18)hуглубления,h layer = (1.36-3.18) h recesses , при этом плотность материала слоя не превышает плотности материала упругой среды подложки.the density of the material of the layer does not exceed the density of the material of the elastic medium of the substrate. 2. Устройство субволновой фокусировки поверхностных упругих волн по п. 1, отличающееся тем, что углубление выполнено в виде диска.2. The subwavelength focusing device of surface elastic waves according to claim 1, characterized in that the recess is made in the form of a disk. 3. Устройство субволновой фокусировки поверхностных упругих волн по п. 1, отличающееся тем, что углубление выполнено в виде усеченного диска.3. The device subwave focusing of surface elastic waves according to claim 1, characterized in that the recess is made in the form of a truncated disk. 4. Устройство субволновой фокусировки поверхностных упругих волн по п. 1, отличающееся тем, что углубление выполнено в виде прямоугольника.4. The device subwave focusing of surface elastic waves according to claim 1, characterized in that the recess is made in the form of a rectangle. 5. Устройство субволновой фокусировки поверхностных упругих волн по п. 1, отличающееся тем, что углубление выполнено в виде треугольника.5. The device subwave focusing of surface elastic waves according to claim 1, characterized in that the recess is made in the form of a triangle.
RU2019139022U 2020-01-09 2020-01-09 Subwave focusing device for surface elastic waves RU197438U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139022U RU197438U1 (en) 2020-01-09 2020-01-09 Subwave focusing device for surface elastic waves

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139022U RU197438U1 (en) 2020-01-09 2020-01-09 Subwave focusing device for surface elastic waves

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU197438U1 true RU197438U1 (en) 2020-04-27

Family

ID=70415830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019139022U RU197438U1 (en) 2020-01-09 2020-01-09 Subwave focusing device for surface elastic waves

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU197438U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4294507A (en) * 1980-01-25 1981-10-13 International Business Machines Corporation Controllably deformed elastic waveguide elements
JPH02222834A (en) * 1988-04-13 1990-09-05 Hitachi Constr Mach Co Ltd Ultrasonic probe and manufacture thereof
US6588278B1 (en) * 1999-07-30 2003-07-08 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Ultrasonic inspection device and ultrasonic probe
DE10304435B3 (en) * 2003-02-04 2004-07-15 Dornier Medtech Systems Gmbh Lens system for a shockwave generator for treating stones, tumors and bones comprises lens elements with one element rotating about an axis of rotation within the radiation path

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4294507A (en) * 1980-01-25 1981-10-13 International Business Machines Corporation Controllably deformed elastic waveguide elements
JPH02222834A (en) * 1988-04-13 1990-09-05 Hitachi Constr Mach Co Ltd Ultrasonic probe and manufacture thereof
US6588278B1 (en) * 1999-07-30 2003-07-08 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Ultrasonic inspection device and ultrasonic probe
DE10304435B3 (en) * 2003-02-04 2004-07-15 Dornier Medtech Systems Gmbh Lens system for a shockwave generator for treating stones, tumors and bones comprises lens elements with one element rotating about an axis of rotation within the radiation path

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Liyang Yue Photonic Jet by a Near-Unity-Refractive-Index Sphere on a Dielectric Substrate with High Index Contrast // Ann. Phys. (Berlin) 2018. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU167049U1 (en) ACOUSTIC LENS FOR FORMING A FOCUS AREA DIRECTLY FOR THE SHADOW SURFACE
JP6901404B2 (en) Systems and methods for harmonic modulation of standing wave fields for spatial convergence, manipulation, and patterning
Christensen et al. Anisotropic metamaterials for full control of acoustic waves
Minin et al. Acoustojet: acoustic analogue of photonic jet phenomenon based on penetrable 3D particle
Lopes et al. Focusing acoustic beams with a ball-shaped lens beyond the diffraction limit
Dong et al. Underwater acoustic metamaterials
Minin et al. Mesoscale acoustical cylindrical superlens
RU197437U1 (en) Acoustic diode
CN111530513B (en) Acoustic tweezers based on artificial structure is dull and stereotyped
Wells Physics of ultrasound
RU197438U1 (en) Subwave focusing device for surface elastic waves
US20140121490A1 (en) Acousto-optic imaging device
Xia et al. Three-dimensional spiral motion of microparticles by a binary-phase logarithmic-spiral zone plate
RU175684U1 (en) Acoustic sensor
US9874502B2 (en) Methods and device for trapping, moving and sorting particles contained in a fluid
RU202522U1 (en) Acoustic diode (options)
RU191638U1 (en) Device for forming a photon stream
RU181086U1 (en) LENS
Minin et al. A Method to Improve the Resolution of the Acoustic Microscopy
RU2672980C1 (en) Microscope cover glass
Minin et al. The relationship between resonance scattering and the formation of an acoustojet under the interaction of ultrasound with a dielectric sphere immersed in water
Melde The Acoustic Hologram and Particle Manipulation with Structured Acoustic Fields
Lee et al. Single microparticle manipulation by an ultrasound microbeam
RU2795677C1 (en) Mesoscale cuboid plate lens
RU218305U1 (en) Device for focusing radiation into a curved region in the form of an acoustic hook