本发明涉及超声波
技术领域：
，尤其涉及一种声学超表面及声涡旋波发生器。
背景技术：
超材料是一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或者复合材料，在自然界中，携带着角动量的涡旋现象十分常见，例如我们熟悉的水涡及气旋等。声涡旋与光涡旋类似。声波由于在传播过程中的相位奇异性而发生螺旋状扭转，出现中心轴上声强为零的现象称之为声涡旋。目前是通过采用有源的声学超表面共振原理来产生声涡旋波，但是现有的结构模型结构较复杂，且产生的效果不够明显，器件的结构性质不够稳定。技术实现要素：本申请实施例提供了一种声学超表面及声涡旋波发生器，实现了当入射声波入射进声涡旋波发生器后产生具有绕传播方向环形排列的相位阵列，且结构简单。本申请实施例提供了一种声学超表面及声涡旋波发生器，为圆柱腔体结构；圆柱腔体结构包括：至少4个相位单元，每个相位单元为扇形柱体，至少4个扇形柱体基于圆柱腔体结构的中心轴围成圆柱腔体结构；至少4个相位单元的按照相位梯度递增的方式在0至2π上环线排列。可选地，相位单元的侧视二维图形为轴对称图形；每个相位单元高度h和宽度l一致，两两相邻相位单元通过实心板连接；每个相位单元的侧视二维图形的形状大体为由左边界和右边界形成的中括号的形状，左边界和右边界内部为至少一个用于产生偏转相位的横隔板对应的矩形。可选地，相位单元为6个，具体包括：第一相位单元、第二相位单元、第三相位单元、第四相位单元、第五相位单元和第六相位单元；第一相位单元产生的偏转相位为0°～5°、第二相位单元产生的偏转相位为60°～65°、第三相位单元产生的偏转相位为120°～126°、第四相位单元产生的偏转相位为176°～180°、第五相位单元产生的偏转相位为233°～240°和第六相位单元产生的偏转相位为297°～300°。可选地，入射入声学超表面的入射波的波长为λ。可选地，第一相位单元、第二相位单元的所有横隔板对应的矩形的厚度l0和宽度l1均对应一致；第三相位单元、第四相位单元、第五相位单元和第六相位单元的所有横隔板对应的矩形的宽度l1为第一相位单元、第二相位单元的横隔板对应的矩形的宽度l1的一半。可选地，第一相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第一w1＝0.14λ～0.15λ；第一相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第一h1＝0.057λ～0.059λ；第一相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第一w2＝0.01λ～0.04λ。可选地，第二相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第二w1＝0.19λ～0.21λ；第二相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第二h1＝0.057λ～0.059λ；第二相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第二w2＝0.01λ～0.04λ。可选地，第三相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第三w1＝0.125λ～0.145λ；第三相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第三h1＝0.108λ～0.115λ；第三相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第三w2＝0.01λ～0.04λ；第三相位单元包括2个横隔板。可选地，第四相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第四w1＝0.15λ～0.175λ；第四相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第四h1＝0.108λ～0.11λ；第四相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第四w2＝0.01λ～0.04λ；第四相位单元包括2个横隔板。可选地，第五相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第五w1＝0.175λ～0.185；第五相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第五h1＝0.108λ～0.11λ；第五相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第五w2＝0.01λ～0.04λ；第五相位单元包括2个横隔板。可选地，第六相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第六w1＝0.18λ～0.20λ；第六相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第六h1＝0.0285λ～0.029λ；第六相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第六w2＝0.02λ～0.04λ；第六相位单元包括3个横隔板。从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：本申请实施例的声学超表面，通过圆柱腔体结构，且由至少4个扇形柱体结构的相位单元基于圆柱腔体结构的中心轴围成，同时至少4个相位单元的按照相位梯度递增的方式在0至2π上环线排列，实现了当入射声波入射进由声学超表面具有绕传播方向环形排列的相位阵列，且结构简单。本申请实施例还公开了声涡旋波发生器，实现了声平面波到声涡旋波的转换，实现了对声波相位的调控。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本申请实施例提供的一种声学超表面的一个相位单元的侧视二维示意图；图2(a)和图2(b)为本申请实施例提供的一种声学超表面的第一相位单元的侧视二维示意图和对应的三维图；图3(a)和图3(b)为本申请实施例提供的一种声学超表面的第二相位单元的侧视二维示意图和对应的三维图；图4(a)和图4(b)为本申请实施例提供的一种声学超表面的第三相位单元的侧视二维示意图和对应的三维图；图5(a)和图5(b)为本申请实施例提供的一种声学超表面的第四相位单元的侧视二维示意图和对应的三维图；图6(a)和图6(b)为本申请实施例提供的一种声学超表面的第五相位单元的侧视二维示意图和对应的三维图；图7(a)和图7(b)为本申请实施例提供的一种声学超表面的第六相位单元的侧视二维示意图和对应的三维图；图8为声波传播原理图；图9为本申请实施例提供的一种声涡旋波发生器的仿真前，整体模型示意图；图10为本申请实施例的声学超表面的6个相位单元的偏转相位图；图11(a)为本申请实施例的声涡旋波发生器仿真后声压表面图；图11(b)为本申请实施例的声涡旋波发生器仿真后出射空气柱的截面图；图11(c)为本申请实施例的声涡旋波发生器仿真后截面图的绝对声压图；图12为本申请实施例的声涡旋波发生器仿真后出射空气柱由远及近的截面图；图13为本申请实施例的声涡旋波发生器仿真后随着入射频率发生改变时，在能将平面波转化成涡旋波的前提下的透射率图；图14为本申请实施例的声涡旋波发生器入射声波的频率在0.35mhz、0.37mhz、0.39mhz、0.41mhz的仿真结构图；图15为本申请实施例的声涡旋波发生器内填充物分别为空气和co2时，在能实现将平面波转化为斡涡旋波前提下，不同入射声波频率下的投射率图；图16(a)为声涡旋波发生器在f＝0.5mhz的入射声波下，产生的声涡旋波图；图16(b)为图16(a)的相位图；图17(a)为图16(a)的声涡旋波发生器顺时针扭转30°在f＝0.5mhz的入射声波下，产生的声涡旋波图；图17(b)为图17(a)的相位图；图18为声涡旋波发生器顺时针扭转不同的角度，相位逆时针方向偏转的角度的示意图；图19为声涡旋波发生器填充物为空气，在不同的温度下，相位发生了不同角度的逆时针偏转示意图；图20为声涡旋波发生器在填充物空气在不同的温度下，发生的相位偏转示意图；图21(a)为两个声涡旋波发生器在入射声波频率为0.382mhz的声涡旋波示意图；图21(b)为图21(a)两个声涡旋波发生器中的一个顺时针扭转30°的声涡旋波图；图22为图21的相位图；图23为三个声涡旋波发生器的组合的的声涡旋波示意图；图24为声学超表面的结构示意图。具体实施方式本申请实施例提供了一种声学超表面及声涡旋波发生器，实现了当入射声波入射进声涡旋波发生器后产生具有绕传播方向环形排列的相位阵列，且结构简单。为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。参考附图，本申请实施例提供了一种声学超表面的实施例包括：为圆柱腔体结构；圆柱腔体结构包括：至少4个相位单元，每个相位单元为扇形柱体，至少4个扇形柱体基于圆柱腔体结构的中心轴围成圆柱腔体结构；至少4个相位单元的按照相位梯度递增的方式在0至2π上环线排列。可选地，相位单元的侧视二维图形为轴对称图形，如图1所示；每个相位单元高度h和宽度l一致，两两相邻相位单元通过实心板连接；每个相位单元的侧视二维图形的形状大体为由左边界和右边界形成的中括号的形状，左边界和右边界内部为至少一个用于产生偏转相位的横隔板对应的矩形。可选地，相位单元为6个，具体包括：第一相位单元、第二相位单元、第三相位单元、第四相位单元、第五相位单元和第六相位单元(参考图2至图7)；所有的侧视二维图形(参考图2(a)至图7(a))都是轴对称图形，既左右对称也上下对称。所有相位单元都是等高(h)等宽(l)的。如图8所示，根据广义snell定律的公式θt是入射角，θi是折射角，nt和ni分别为声波在两种不同物质中的折射率，λ为入射波的波长，为相位梯度。因为整个模型是在空气中进行的，所以nt＝ni＝1，因此可以将公式简化为：d是声波在空腔内传播的路程，通过改变不同d的值，可以的使得透射声波有任意传播方向。进一步化简得到其中λ为定值，波长公式c/f＝λ，c为声波的在空气中的速度，f为入射声波的频率，本申请后续的仿真所有结果都是在f＝0.5mhz频率下进行的。只要改变不同d的值就可以的到，偏转角为0°-360°，梯度为60°的六个相位单元，但同时要保证高透射率的性质。所有下面的结构参数，既满足偏转角的同时，也有高透射率的性质，平均透射率达到98.3％。如图24为声学超表面的模型结构。第一相位单元产生的偏转相位为0°～5°、第二相位单元产生的偏转相位为60°～65°、第三相位单元产生的偏转相位为120°～126°、第四相位单元产生的偏转相位为176°～180°、第五相位单元产生的偏转相位为233°～240°和第六相位单元产生的偏转相位为297°～300°。最优的例如第一相位单元产生的偏转相位为0°、第二相位单元产生的偏转相位为60°、第三相位单元产生的偏转相位为120°、第四相位单元产生的偏转相位为180°、第五相位单元产生的偏转相位为240°和第六相位单元产生的偏转相位为300°。必须说明的是，此处值为固定的值，因为相位单元的尺寸已经给定，偏转相位值固定。但是可以通过调整相位单元的出入口宽度和隔板长度，实现偏差为±5°的范围，也能实现声平面波到声涡旋波的转换。且每个相位单元的透射率均在95％以上。第一相位单元、第二相位单元的所有横隔板对应的矩形的厚度l0和宽度l1均对应一致；第三相位单元、第四相位单元、第五相位单元和第六相位单元的所有横隔板对应的矩形的宽度l1为第一相位单元、第二相位单元的横隔板对应的矩形的宽度l1的一半。需要说明的是，本申请的声学超表面的材料为铜，当为环氧树脂时，也可以将声涡旋波转化为声平面波。下面将对第一相位单元、第二相位单元、第三相位单元、第四相位单元、第五相位单元和第六相位单元进行说明：图2(b)为基于图2(a)第一相位单元的左边界为旋转轴，顺时针方向旋转50°至57°形成的，度数越大，对应的透射率会更高。需要说明的是，第一相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第一w1＝0.14λ～0.15λ；第一相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第一h1＝0.057λ～0.059λ；最优的例如：第一相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第一w2＝0.01λ～0.04λ。第一相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第一w1＝0.14λ；第一相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第一h1＝0.057λ；第一相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第一w2＝0.04λ。第一相位单元产生偏转相位为0°，同时实现高透射率。通过改变参数w1，导致出入口宽度(l-2*w1)改变，可以使得透射率达到99.9％，l为单胞的宽度，是一个定值。具体的第一相位单元的结构参数如下表1所示，表1的参数具体可以参考图1所示，本申请中的参数符号一致，以图1的具体标注为参考：h0.6λl0.48λw10.14λw20.04λh10.057λl00.006λl10.2λ表1图3(b)为基于图3(a)第二相位单元的左边界为旋转轴，顺时针方向旋转50°至57°形成的，度数越大，对应的透射率会更高。第二相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第二w1＝0.19λ～0.21λ；第二相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第二h1＝0.057λ～0.059λ；第二相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第二w2＝0.01λ～0.04λ。最优的例如：第二相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第二w1＝0.19λ；第二相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第二h1＝0.057λ；第二相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第二w2＝0.04λ。第二相位单元产生偏转相位为60°，同时实现高透射率。只通过改变参数w1，导致出入口宽度(l-2*w1)改变，可以使得透射率达到99.6％。和第一相位单元相比，w1减少了0.05λ，也就是出入口的宽度(l-2*w1)减少了0.1λ，其他参数保持不变。具体的第二相位单元的结构参数如下表2所示，表2的参数具体可以参考图1所示，本申请中的参数符号一致，以图1的具体标注为参考：表2前述的第一相位单元和第二相位单元仅设置有一个隔板。图4(b)为基于图4(a)第三相位单元的左边界为旋转轴，顺时针方向旋转50°至57°形成的，度数越大，对应的透射率会更高。第三相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第三w1＝0.125λ～0.145λ；第三相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第三h1＝0.108λ～0.115λ；第三相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第三w2＝0.01λ～0.04λ；最优的例如：第三相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第三w1＝0.125λ；第三相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第三h1＝0.108λ；第三相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第三w2＝0.01λ；第三相位单元包括2个横隔板；第三相位单元产生偏转相位为120°，同时实现高透射率。通过增加一个隔板和改变参数w1，导致出入口宽度(l-2*w1)改变，还有改变单胞墙壁的厚度，可以使得透射率达到90.7％。和第一相位单元、第二相位单元相比，中间多了一个隔板，而且隔板的长度是第一相位单元、第二相位单元的两倍，隔板的厚度l0(0.006λ)相等。但是第三相位单元的厚度为是第一相位单元、第二相位单元的四分之一为0.01λ。隔板变成两个，出入口的宽度发生变化了，第三相位单元墙壁厚度减少了，其他参数保持不变。具体的第三相位单元的结构参数如下表3所示，表3的参数具体可以参考图1所示，本申请中的参数符号一致，以图1的具体标注为参考：h0.6λl0.48λw10.125λw20.01λh10.108λl00.006λl10.4λ表3图5(b)为基于图5(a)第四相位单元的左边界为旋转轴，顺时针方向旋转50°至57°形成的，度数越大，对应的透射率会更高。第四相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第四w1＝0.15λ～0.175λ；第四相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第四h1＝0.108λ～0.11λ；第四相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第四w2＝0.01λ～0.04λ。最优的例如：第四相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第四w1＝0.15λ；第四相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第四h1＝0.108λ；第四相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第四w2＝0.01λ；第四相位单元包括2个横隔板。具体的第四相位单元的结构参数如下表4所示，表4的参数具体可以参考图1所示，本申请中的参数符号一致，以图1的具体标注为参考：h0.6λl0.48λw10.15λw20.01λh10.108λl00.006λl10.4λ表4图6(b)为基于图6(a)第五相位单元的左边界为旋转轴，顺时针方向旋转50°至57°形成的，度数越大，对应的透射率会更高。第五相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第五w1＝0.175λ～0.185；第五相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第五h1＝0.108λ～0.11λ；第五相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第五w2＝0.01λ～0.04λ。最优的例如：第五相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第五w1＝0.175λ；第五相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第五h1＝0.108λ；第五相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第五w2＝0.01λ；第五相位单元包括2个横隔板。具体的第五相位单元的结构参数如下表5所示，表5的参数具体可以参考图1所示，本申请中的参数符号一致，以图1的具体标注为参考：h0.6λl0.48λw10.175λw20.01λh10.108λl00.006λl10.4λ表5前述的第四相位单元和第五相位单元，产生偏转相位为180°，240°，同时实现高透射率。第四相位单元和第五相位单元的透射率分别为99.9％，99.2％，99.9％。第四相位单元和第五相位单元相比，只改变了出口宽度，其他参数保持不变。第三个相位单元，第四相位单元和第五相位单元都有两个中间隔板，只是通过改变w1来改变出入口(l-2*w1)大小，既得到设计的相位的同时，也实现了高透射率的效果。图7(b)为基于图7(a)第六相位单元的左边界为旋转轴，顺时针方向旋转50°至57°形成的，度数越大，对应的透射率会更高。第六相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第六w1＝0.18λ～0.20λ；第六相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第六h1＝0.0285λ～0.029λ；第六相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第六w2＝0.02λ～0.04λ。最优的例如：第六相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第六w1＝0.18λ；第六相位单元的左边界和右边界的顶边和底边的长度第六h1＝0.0285λ；第六相位单元的左边界和右边界的边界的厚度第六w2＝0.02λ；第六相位单元包括3个横隔板。第六相位单元中间有三个隔板，所有隔板的厚度都是相等的，长度为第一相位单元和第二相位单元都是0.2λ，第三相位单元，第四相位单元，第五相位单元，第六相位单元都是0.4λ。第六相位单元和第一相位单元、第二相位单元，第三相位单元，第四相位单元，第五相位单元相比，出了开口变化外(w1＝0.18λ)，下底板的厚度(h1)也发生减小了。具体的第六相位单元的结构参数如下表6所示，表6的参数具体可以参考图1所示，本申请中的参数符号一致，以图1的具体标注为参考：h0.6λl0.48λw10.18λw20.01λh10.0285λl00.006λl10.4λ表6本申请实施例还公开了一种声涡旋波发生器，2个空气柱，前述实施例提及的声学超表面；声学超表面的声波入射端和声波出射端各连接有一个空气柱。下面将对本申请实施例的声涡旋波发生器的仿真进行详细的描述：如图9所示，为声涡旋波发生器的声学超表面，即6个相位单元围成的，在声学超表面声波入射端和声波出射端设置有空气柱。不具有涡旋效应的平面声波进入结构体中，出来后产生了涡旋声波。进入的声波频率f＝0.5mhz，从一个环形的空气柱中进入，从一个环形的空气柱中射出，整个仿真实验是在空气中进行。如图10所示，第一相位单元、第二相位单元，第三相位单元，第四相位单元，第五相位单元、第六相位单元的相位图，偏转的相位分别为5°，60°，126°，176°，233°，297°，横轴数表示依次为第一相位单元、第二相位单元，第三相位单元，第四相位单元，第五相位单元、第六相位单元，纵轴为对应的偏转的相位角。如图11(a)的声压表面图，为出射空气腔，从此图可以清楚的看出产生了涡旋声波，此图为归一化图像，图11(b)为出射空气柱的截面图，为涡旋声波的相位图，图11(c)为截面图的绝对声压图，从图11(c)可以知道，中间有声压奇异点。也是涡旋波一个重要特征，最中间的声压值最低。如图12所示，出射空气柱由近及远的截面图，分别为0.1λ，0.2λ，0.5λ，0.75λ，1λ处的相位图，从图中可以看出，随着距离的远离，相位发生了顺时针方向上的偏转。如图13所示，随着入射频率发生改变时，在能将平面波转化成涡旋波的前提下的透射率图，横轴表示入射声波的频率，纵轴表示在不同的入射声波频率下的透射率。从图中可以看出，在某些频率下，透射率可以达到100％。图9的声涡旋波发生器的特点：(1)有频率展宽效应，也就是在靠近中心频率的一定范围内，都能产生声涡旋波。中心频率为某个入射频率，在这个频率下λ固定，超表面的尺寸固定。当入射波的频率改变(此频率在中心频率附近)，还能实现声涡旋波。(2)有高透射率效果，在某些入射声波频率下可以很高的透射率，甚至是全透。透射率＝出射声波功率/入射声波功率。(3)结构简单，只有6个相位梯度为60°的简单相位单元，而且相位单元比其他能够产生声涡旋波的声涡旋波发生器的简单，更易于制作和生产。如图14所示，波长公式c/f＝λ，此图为当结构体尺寸固定在f＝0.5mhz下，改变入射声波的频率，能够产生拓扑何数发生变化的声涡旋波，拓扑荷数为单位波长内声波旋转变化的次数。图14的四个仿真结构图，入射腔的长度都是相同的为3λ，出射腔的长度也都是相同的为9λ。如图15所示，固定结构尺寸f＝0.5mhz，声学超表面内填充物分别为空气和co2时，不同入射声波频率下的透射率。实线线条为填充物为空气，虚线线条填充物为co2。横轴代表不同的入射声波频率，纵轴代表透射率。从图中可以看出，不同入射频率下，透射率不一样，在某些范围内的透射率可以达到90％以上。相位属性是涡旋最基本的特征。当声波具有沿圆周角均匀变化的相位，便会形成涡旋。相位ψ(r,θ,z)＝lθ,其中(r,θ,z)是笛卡尔坐标，z是涡旋的中心路径，l是带符号的整数，称为拓扑荷数(也就是本专利中的m值)，该参数表示一个波长中声波扭转的次数，拓扑荷数越大，波束沿中心轴旋转的越快，角动量越大，产生的力矩也越大，它的正负号决定了螺旋的方向。涡旋声波具有角动量，产生的力矩可以操控微粒的运动。(可以对动物血管中的细胞进行非侵入式操控，简单介绍下，方便理解)图14，不同的入射声波频率入射，频率不同的，波长就会不同。超表面对不同波长声波的偏转相位不同，从而导致沿圆周角均匀变化的相位不同，所以图14表示的意义是实现了拓扑荷数可以调控的声涡旋波。图15当超表面内填充空气和co2时，空气和co2对声波的折射率不一样，配合频率范围的改变，都能够实现在环线上0-2π上的排布。所以能够将声平面波转化为声涡旋波的频率范围会不一样。如图16和图17所示，图16(a)为f＝0.5mhz的入射声波下，声涡旋波发生器产生的声涡旋波，相位如图16(b)。当把声学超表面顺时针扭转30°如图17(a)，发现相位逆时针偏转了30°如图17(b)所示。图16(b)和图17(b)是在相同的位置上，在距离声涡旋波发生器的声学超表面z＝0.25cm的位置处的横截面图，从图17(b)的相位可以明显的看出发生逆时针方向上的偏转。如图18为将声涡旋波发生器的声学超表面顺时针扭转不同的角度，相位逆时针方向偏转的角度。横轴为声涡旋波发生器的声学超表面顺时针扭转的角度，纵轴为相位逆时针偏转的角度。下面通过调控声学超表面的填充物温度来调控声涡旋波的相位。如图19所示，(a)填充物为空气，在不同的温度下，相位发生了不同角度的逆时针偏转。(b)为在相同位置处z＝2.5λ，f＝0.384mhz，结构体的结构参数都按表1的波长λ设计。如图20所示，基于图19在填充物空气在不同的温度下，发生的相位偏转，横轴表示填充物空气的不同温度，纵轴表示不同的偏转相位角。通过调控声学超表面的填充物温度来调控声涡旋波的相位可以理解的是：(1)拓扑何数之前只能通过改变频率来改变，此处可以改变填充物的温度来改变声涡旋波的拓扑何数。(2)通过改变温度，来改变声涡旋波的相位。如图21(a)和图21(b)所示，声学超表面内填充物均为空气，右边的声学超表面和左边的声学超表面完全相同，入射频率为0.382mhz，尺寸固定。从图21(a)可以看出产生了两个旋转方向相反的声涡旋波，也就是通过两个声学超表面的组合的方式来控制声涡旋波的旋转方向。图21(b)为在距离左边声学超表面z＝0.5cm处的相位图，通过将图21(a)中右边的声学超表面顺时针扭转30°，同样也产生了旋转方向相反的声涡旋波，且右边的声涡旋波的相位发生了顺时针偏转60°的结果。特点：(1)通过两个声学超表面的组合来控制声涡旋波。(2)可以实现声涡旋波的旋转方向的调控。(3)准确的计算出旋转的相位角度和扭转声学超表面的关系。前面图18为单个超表面旋转时，当超表面旋转某一角度时，声涡旋波也跟着扭转相同的角度。但是图22，当扭转某一角度时，声涡旋波扭转的角度为某一角度的两倍。图18超表面旋转一周，声涡旋波也旋转了一周。图22右边的超表面旋转一周，声涡旋波旋转了两周。这样就可以用两个声超表面组合的方式，来提高相位调控的速度。当声涡旋波转递给某个吸声物体时，声涡旋波将扭转动量传递给吸声物体，吸物体会转动起来。扭转的角度不同，吸声物体的扭转速度也会不同。图18是顺时针转动，图22为将顺时针转动转化为逆时针转动，扭转的方向发生了改变，相位改变的方向发生了改变。对吸声物体来说，旋转的方向就会发生改变。如图23所示，通过三个声学超表面的组合的方式，实现将声涡旋波又重新解码成声平面波。本申请实施例的声涡旋波发生器，通过圆柱腔体结构的声学超表面，且由至少4个扇形柱体结构的相位单元基于圆柱腔体结构的中心轴围成，同时至少4个相位单元的按照相位梯度递增的方式在0至2π上环线排列，实现了当入射声波入射进声涡旋波发生器后产生具有绕传播方向环形排列的相位阵列，且结构简单。以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页12