近几十年来,人工结构调控声波传播及声场分布,为声波操控提供了有效的方法而受到越来越多的关注。如利用相位调控实现声波聚焦,利用超材料实现物体的声学“隐身”,利用拓扑声子晶体实现由拓扑保护的边缘运输等。由于人工结构的快速发展,人们开始利用人工结构调控声场做进一步的实际应用研究,如利用人工结构板调控声场分布实现微粒的捕获、旋转和自组装,细胞分离和筛选等,以及利用人工结构声透镜实现超声聚焦、成像等。相比于利用换能器的声波调制,人工结构操控声波具有灵活性,因此可利用人工结构获得单阵元超声换能器难以实现的复杂声场。此外,利用人工结构调控的声场进行声辐射力操控,为实现粒子捕获和自组装等提供了新的操控方法。本论文中,我们首先设计声人工结构,实现特殊的声场分布,然后分析了声场内粒子的声辐射力效应,为实现诱导声场对粒子的超声传输提供了新的思路和方法。我们又通过设计人工结构声透镜实现了超声的多功能聚焦,最后,研究了声透镜的高频聚焦特性及与脉冲激光相结合的光声成像。具体的研究内容包括如下几个部分:1.利用单侧刻有栅高度梯度变化的声子晶体板实现单粒子的往返运动基于栅结构声子晶体板的共振和反常透射特性,设计了一维周期栅结构声子晶体板。通过分析栅高度不同的声子晶体板的共振频率,发现栅高度不同,对应的共振频率不同。因此设计并制备了栅高度梯度变化的一维声子晶体板,可通过调节频率来改变栅结构板上局域声压场的分布位置。进一步利用该声压场对粒子的声辐射力,实现了单粒子在栅结构板表面的往返运动。2.利用声子晶体构造自准直声场及内部粒子的声辐射力分析基于声波在具有平坦色散面声子晶体内自准直传播的特性,设计色散曲线为正方或矩形的声子晶体,获得声子晶体内部自准直传播的声压场。并进一步对置于声子晶体内部的粒子受的声辐射力进行分析,发现被粒子散射的声压场将会在声子晶体内部恢复其自准直传播的模式,对粒子可持续施加向前的推力,使粒子具有朝声源方向长程移动的趋势,为粒子在声子晶体内的长程运输提供了一种思路。3.利用夹层复合材料声透镜实现超声多功能聚焦设计并制备了一种由夹层复合材料圆环阵列组成的声透镜,声透镜是由树脂和硅橡胶两种材料组成的,水的声速与这两种材料纵波速相差不大,且水的声速介于这两种材料的声速之间,因此由这两种材料制作的复合结构与水的声阻抗不匹配较小,声波透过率较高。进一步通过分析发现相位与这两种材料的厚度直接相关,在整体厚度不变的情况下,改变两种材料厚度比即可实现相位从0到2?变化。基于这些原理,设计并制备了具有高透射的轴向单点和双点,以及空间的多点聚焦声透镜。4.利用菲涅尔波带片声透镜实现超声聚焦及光声成像研究基于菲涅尔波带片原理,获得了水下高频声波聚焦。通过分析菲涅尔波带片声透镜聚焦效果,发现声透镜的焦距与工作频率呈线性关系,焦距会随着频率升高呈线性递增趋势,焦斑的纵向半高宽也逐渐增加,而横向半高宽几乎保持不变。进一步利用声透镜聚焦声场与脉冲激光结合,实现了物体的光声成像。