1.一种耦合声涡旋发射器,包括结构板,其特征在于,所述结构板上设置有若干按螺线分布的圆孔,若干所述圆孔的排布既位于一组逆时针旋转的螺线上,同时也位于一组顺时针旋转的螺线上。
2.根据权利要求1所述的耦合声涡旋发射器,其特征在于,所述圆孔不连续地分布在螺线上,代替连续分布的螺缝。
优选地,所述圆孔排布在M条逆时针旋转的螺线上,同时排布在M条顺时针旋转的螺线上,所述M为正整数。
优选地,位于M条逆时针旋转的螺线上的圆孔与位于M条顺时针旋转的螺线上的圆孔完全重合。
优选地,每条螺线上的圆孔数量为N,所述N为正整数,例如所述N为2SM,其中,S为螺线的扭转次数。
优选地,每条螺线上相邻圆孔的角间隔为π/M。
优选地,所述圆孔的直径为0.1‑1.6mm。
3.根据权利要求1所述的耦合声涡旋发射器,其特征在于,所述圆孔按阿基米德螺线、费马螺线或者菲涅尔螺线排布。
优选地,所述圆孔按阿基米德螺线排布,例如,所述圆孔按M条逆时针旋转的阿基米德螺线排布和/或M条顺时针旋转的阿基米德螺线排布。
优选地,逆时针旋转的阿基米德螺线的曲线方程为 其中,θ的取值范围为0≤θ≤2πS,S为当前螺线的扭转次数,S为大于等于1的正整数,λ是入射平面声波波长,M是阿基米德螺线的条数。
优选地,顺时针旋转的阿基米德螺线的曲线方程为 其中,θ的取值范围为‑2πS≤θ≤0,S为当前螺线的扭转次数,S为大于等于1的正整数,λ是入射平面声波波长,M是阿基米德螺线的条数。
4.根据权利要求1所述的耦合声涡旋发射器,其特征在于,所述M条逆时针旋转的阿基米德螺线中,位于第 根逆时针旋转的阿基米德螺线上的第 个圆孔的位置为:其中,λ是入射平面声波波长,r0是螺旋线的初始半径,S是当前螺旋线的扭转次数,S为大于等于1的正整数。
优选地,当平面声波入射到所述M条逆时针旋转的阿基米德螺线后,一个拓扑荷为M的涡旋声场可以被产生。
优选地,位于第1根逆时针旋转的阿基米德螺线上的第 个圆孔的极坐标方程为和 其中,r0是阿基米德螺旋线的初始半径,λ是入射声平面声波波长,S是当前螺旋线的扭转次数,N是当前螺线上圆孔的数目,n1的取值是从1到N的正整数。
优选地,位于同一逆时针旋转的阿基米德螺线的其他圆孔,可以由第1根逆时针旋转的阿基米德螺线上的圆孔旋转2π/M,...,(M‑1)2π/M得到。
5.根据权利要求1所述的耦合声涡旋发射器,其特征在于,所述M条顺时针分布的阿基米德螺线中,位于第 根顺时针旋转阿基米德螺线上的第 个圆孔的位置可以表示为其中,λ是入射平面声波波长,r0是螺旋线的初始半径,S是当前螺旋线的扭转次数,S为大于等于1的正整数。
优选地,当平面声波入射到所述M条顺时针旋转的阿基米德螺线后,一个拓扑荷为‑M的涡旋声场可以被产生。
优选地,位于第1根顺时针旋转的阿基米德螺线上的第 个圆孔的极坐标方程为和 其中,r0是阿基米德螺旋线的初始半径,λ是入射声平面波的波长,S是当前螺旋线的扭转次数,N是当前螺线上圆孔的数目,n1的取值是从1到N的正整数。
6.根据权利要求1所述的耦合声涡旋发射器,其特征在于,所述发射器上圆孔按费马螺线排布,所述圆孔按M条逆时针旋转的费马螺线排布和/或按M条顺时针旋转的费马螺线排布。
优选地,所述M条逆时针旋转的费马螺线中,位于第 根逆时针旋转的费马螺线的第个圆孔的位置可以表示为:其中,λ是入射平面声波波长,r0是螺旋线的初始半径,S是当前螺旋线的扭转次数。
优选地,当平面声波入射到所述M条逆时针旋转的费马螺线后,一个拓扑荷为M的涡旋声场可以被产生。
优选地,位于第1根逆时针旋转的费马螺线上的第 个圆孔的极坐标方程为和 其中,r0是费马螺旋线的初始半径,λ是
入射声平面声波波长,S是单前螺旋线的扭转次数,F是预设的焦距,N是当前螺线上圆孔的数目,n1的取值是从1到N的正整数。
7.根据权利要求1所述的耦合声涡旋发射器,其特征在于,所述M条顺时针旋转的费马螺线中,位于第 根顺时针旋转的费马螺线上的第 个圆孔的位置可以表示为:优选地,当平面声波入射到所述M条顺时针旋转的费马螺线后,一个拓扑荷为‑M的涡旋声场可以被产生。
优选地,位于第1根顺时针旋转的费马螺线上的第 个圆孔的极坐标方程为和 其中r0是费马螺旋线的初始半径,λ
是入射平面声波的波长,S是当前螺旋线的扭转次数,F是预设的焦距,N是当前螺线上圆孔的数目,n1的取值是从1到N的正整数。
8.根据权利要求1所述的耦合声涡旋发射器,其特征在于,所述圆孔按照菲涅尔螺线排布,所述圆孔按M条逆时针旋转的菲涅尔螺线排布和/或按M条顺时针旋转的菲涅尔螺线排布。
优选地,所述M条逆时针旋转的菲涅尔螺线中,位于第 根逆时针旋转的菲涅尔螺线上的第 个圆孔的位置可以表示为:其中,λ是入射平面声波的波长, 是菲涅尔螺旋线的初始半径,F是设定的焦距,S是当前螺旋线的扭转次数,N是当前螺线上圆孔的数目,m1的取值是从1到M的正整数,n1的取值是从1到N的正整数。
优选地,当平面声波入射到M条逆时针旋转的菲涅尔螺线后,一个拓扑荷为M的聚焦声涡旋声场可以被产生。
优选地,所述M条顺时针旋转的菲涅尔螺线中,位于第 根顺时针旋转的菲涅尔螺线上的第 个圆孔的位置可以表示为:其中,其中r0是菲涅尔螺旋线的初始半径,λ是入射声平面波的波长,F是预设的焦距,S是当前螺旋线的扭转次数,N是当前螺线上圆孔的数目,m2的取值是从1到M的正整数,n2的取值是从1到N的正整数。
优选地,当平面声波入射到所述M条顺时针旋转的菲涅尔螺线后,一个拓扑荷为‑M的聚焦声涡旋声场可以被产生。
9.一种权利要求1‑8任一项所述涡旋发射器在产生相反拓扑荷的声涡旋中的用途,例如产生声学花瓣波束。
10.一种形成声学花瓣波束的方法,包括将平面声波穿过所述涡旋发射器。
优选地,所述涡旋发射器位于液体介质或气体介质中。
优选地,所述声波为频率固定的声波。