生产艾里光束的新型实用方法可以增强超声波

圣路易斯华盛顿大学（Washington University in St. Louis）的研究人员最近发明了一种产生超声波的技术，这种超声波可以像彩虹一样自弯曲。

艾里光束（以英国科学家George Biddell Airy的名字命名）是一类声波，它们在弯曲的拱形轨迹上移动，并且可以自动聚焦于直接位于光束路径中的障碍物周围，这使得它们非常适合生物医学成像，治疗，无损检测和粒子操作中的超声应用。

然而，在水中产生艾里光束需要大型昂贵的设备，这限制了它们在超声波中的广泛应用。

McKelvey工程学院生物医学工程副教授和医学院放射肿瘤学副教授Hong Chen及其超声实验室的成员设计并3D打印了一种灵活多样的工具，称为艾里光束驱动的二进制声学超表面（AB-BAMs），用于超声束操作。

空气光束是非飞蚀，自加速和自愈合的特殊光束，它们为超声波束操作提供了很好的机会。然而，限制艾里光束在超声波中广泛应用的一个关键障碍是缺乏简单的设备从而在水中产生艾里光束。这项工作提出了一系列支持艾里波束的二元声学超表面（AB BAM），用于生成用于水下超声束操纵的艾里波束。AB BAM由三维（3D）打印设计和制造，具有两个编码位：聚乳酸（这是常用的3D打印材料）单元充当位“1”，水单元充当位“0”。二元单元在超表面上的分布由艾里光束的模式决定。为了展示 AB BAM 的波前工程能力，设计了几个AB BAM示例，对其进行了3D打印，并结合平面单晶超声换能器进行实验验证。

研究人员通过改变AB BAM的设计，演示了AB BAM在3D空间中灵活调整焦点区域大小和光束聚焦的能力。AB BAM的焦深可以通过调整平面传感器的工作频率进行连续和电子调谐，而无需更换AB BAM。利用叠加方法可以生成复杂的声场，例如，多焦点和字母图案（例如，“W”和“U”）。更复杂的焦点模式也可以通过简单地调整工作频率来连续操纵。此外，所提出的3D打印AB BAM设计简单，易于制造，生产成本低，能够实现可调焦距，灵活的3D光束聚焦，任意多点聚焦和连续可控性，这为超声束操纵创造了巨大的潜力。

信息源于：Washington University in St. Louis

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