基于亚波长微结构阵列的超构表面为突破常规手段自由操控声波传输提供新的方式，可以实现负折射、准直、聚焦等一系列效应。然而，由于微结构本身的强色散特性，现有大多PGM都是单频响应，极大地制约其在低频可听声/高频超声波段的潜在应用能力。
近日，苏州大学徐亚东教授、南京航空航天大学伏洋洋教授等人在多波长波前调控超构表面研究中取得了新的进展，通过构建具有线性相位增量的声学单元结构,利用超胞中存在多相位自由选择特性，设计了一种能够多个波长控制波前的相位梯度超构声栅（PGM），克服了传统PGM单频响应的限制。理论研究表明：无论是在目标频率f0还是其倍频2f0下，以相同的角度入射PGM时，结构都表现出完全相同的衍射效应。理论结果得到了实验验证：当入射声波以3430Hz和6860Hz分别入射PGM时，PGM结构实现完美折射效应，并且折射方向完全一致。相关成果为新型频分复用器件研究和应用提供了新的思路。
相关研究成果以“Integer multi-wavelength gradient phase metagrating for perfect refraction: Phase choice freedom in supercell”为题发表于Journal of the Acoustical Society of America (JASA) 杂志上。
图1：理论原理：超胞中相位自由选择。（a）多波长调控的PGM结构示意图。（b）由m个子单元组成的超胞结构。（c）不同频率下超胞内的多相位覆盖。
图2：实验验证及结果。(a, c)分别在3430Hz和6860Hz时，不同入射角和透射率之间的关系。(b, d)声波在对应频率下正入射于PGM，实现了完美且相同的异常折射。
JASA是声学领域的顶级期刊之一，由美国声学学会（Acoustical Society of America）出版，在国际声学界具有很高的声誉和影响力，涵盖声学研究各个领域，包括声学基础理论、线性和非线性声学、空气声学、水声和声学海洋学、超声波和量子声学、建筑和结构声学与振动、生物声学、工程声学等。
该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金的支持。
论文链接：https://pubs.aip.org/asa/jasa/article/156/5/2982/3318575/Integer-multi-wavelength-gradient-phase
