Thin Fresnel zone plate lenses for focusing underwater sound

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作者
David C. Calvo,Abel L. Thangawng,Michael Nicholas,Christopher N. Layman
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:107 (1) 被引量:88
标识
DOI:10.1063/1.4926607
摘要

A Fresnel zone plate (FZP) lens of the Soret type creates a focus by constructive interference of waves diffracted through open annular zones in an opaque screen. For underwater sound below MHz frequencies, a large FZP that blocks sound using high-impedance, dense materials would have practical disadvantages. We experimentally and numerically investigate an alternative approach of creating a FZP with thin (0.4λ) acoustically opaque zones made of soft silicone rubber foam attached to a thin (0.1λ) transparent rubber substrate. An ultra-thin (0.0068λ) FZP that achieves higher gain is also proposed and simulated which uses low-volume fraction, bubble-like resonant air ring cavities to construct opaque zones. Laboratory measurements at 200 kHz indicate that the rubber foam can be accurately modeled as a lossy fluid with an acoustic impedance approximately 1/10 that of water. Measured focal gains up to 20 dB agree with theoretical predictions for normal and oblique incidence. The measured focal radius of 0.68λ (peak-to-null) agrees with the Rayleigh diffraction limit prediction of 0.61 λ/NA (NA = 0.88) for a low-aberration lens.

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