超空泡技术是一种革命性的水下减阻技术（减阻量约90%），其原理是通过在物体表面形成一层稳定的充满空气的空腔来克服水的粘性阻力，从而提高运动速度。然而，空泡在减小阻力的同时也阻碍了信息的传输。由于水下电磁波衰减得极为迅速，水声通信是水下航行器最为高效和实用的通信方式。当声波撞击水-空气界面时，由于空气和水之间巨大的阻抗差异，声波会损失约99.9%的能量。对于水下空泡而言，两层水-空气界面的存在会使得声能损失更大。因此，如何使声波突破这两层界面的限制，从而减少能量损失，成为了一个极具挑战性和研究价值的课题。

针对上述问题，西安交通大学机械工程学院马富银教授、胡桥教授与西安交通大学化学工程与技术学院黄占东副教授团队等提出了一种基于等效介质原理的叠层可调谐型超透镜装置设计方案（图1），用于实现声音在水下空气层的宽带高效传输。其中，叠层超透镜在水下空气层的宽带声传输增强与频率调制是独立实现的。

图1 基于叠层声学超透镜的水下空气层声传输增强方案

研究发现，相较于裸露的水下空气层，叠层声学超透镜在400赫兹工作频带内实现了超过30dB的声学传输增益提升。此外，所提出的叠层声学超透镜可在入射角小于80°的范围内实现透射率增强，并可灵活调节透射频率。所提出的声学超透镜成功突破两层水-空气界面的限制，能够在不破坏空气层的前提下实现透声增强。

相关研究成果以《用于增强声波穿透空气层的水下声学超透镜》（Underwater acoustic metalens for enhanced sound transmission penetration through an air layer）为题，发表在权威期刊《先进复合材料》（Advanced Composites and Hybrid Materials，IF 21.8）。西安交通大学为第一作者单位和唯一通讯单位，机械工程学院硕士生杜呈祥为第一作者，西安交通大学机械工程学院马富银教授与化学工程与技术学院黄占东副教授为共同通讯作者。西安交通大学机械工程学院博士生杨洋、汉江国家实验室杜鹏宇研究员、西安交通大学机械工程学院胡桥教授对论文做出了重要贡献。该工作得到了国家重点研发计划项目和陕西省杰出青年基金项目的支持。