[发明专利]一种汇聚电磁波的超材料

说明书

技术领域

本发明涉及超材料领域，更具体地说，涉及一种汇聚电磁波的超材料。

背景技术

目前，超材料(metamaterial)作为一种材料设计理念以及研究前沿，越来越引起人们的关注，所谓超材料，是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通的超常材料功能。

迄今发展出的“超材料”包括：“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等，超材料性质往往不主要决定与构成材料的本征性质，而决定于其中的人工结构。

实现电磁波的汇聚主要关注以下几个方面的指标：

1)高性能。电磁波的汇聚应具有较高的性能，接近所需要的发散状态。

2)低损耗。具有较高的能量汇聚效率，以实现节能降耗的目标。

3)尺寸小。不占用过多空间。

此外，电磁波的汇聚方法应易于实现，设计不应太复杂，器件成本不应过高。

超材料由介质基材和设置上基材上的多个金属微结构组成，可以提供各种普通材料具有和不具有的材料特性。单个金属微结构大小一般小于1/10个波长，其对外加电场和/或磁场具有电响应和/或磁响应，从而具有表现出等效介电常数和/或等效磁导率，或者等效折射率和波阻抗。金属微结构的等效介电常数和等效磁导率(或等效折射率和波阻抗)由单元几何尺寸参数决定，可人为设计和控制。并且，金属微结构可以具有人为设计的各向异性的电磁参数，从而产生许多新奇的现象，为实现电磁波的汇聚提供了可能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种体积小、简单、易于实现以及成本低的对电磁波进行汇聚的超材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种汇聚电磁波的超材料，包括：介质基板以及若干人造微结构，所述介质基板分成若干晶格，所述人造微结构置于所述晶格中，所述的超材料至少存在一区段，所述区段的若干人造微结构与介质基板的等效介电常数ε与等效磁导率μ之乘积存在一处最高值，或，所述区段的介质基板本身的介电常数ε与磁导率μ之乘积为最高值，其它各处的等效介电常数ε与等效磁导率μ乘积值从小到大呈渐变趋势，且，其所述渐变趋势向所述最高值所在的区位趋近。

在本发明所述的发散电磁波的超材料中，所述人造微结构在所述的晶格中呈周期性均匀分布。

在本发明所述的发散电磁波的超材料中，所述等效介电常数ε与等效磁导率μ通过在介质基板选定的情况下，通过改变人造微结构的图案、设计尺寸和/或人造微结构在空间中的排列通过仿真而获得数值，所述的图案为“工”字型或“工”字型的衍生型。

在本发明所述的发散电磁波的超材料中，所述人造微结构为附着在介质基板上的金属线，所述金属线为铜线或银线。

在本发明所述的发散电磁波的超材料中，所述金属线通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或粒子刻的方法附着在介质基板上。

在本发明所述的发散电磁波的超材料中，所述的介质基板由陶瓷材料、环氧树脂或聚四氟乙烯制得。

实施本发明的汇聚电磁波的超材料，具有以下有益效果：

1.体积小，不占用过多的空间；

2.简单、易于实现、低成本，通过超材料对电磁波加以汇聚，不依赖电磁波汇聚设备的种类及形状；

3.具有广泛的应用前景，超材料通过对电磁波的汇聚，所以可以使电磁波从一个方向转为另外一个方向、可聚焦电磁波波束、可用于制造高定向度天线、实现完美透镜、生成各种奇异的现象。

附图说明

图1是本发明第一实施例一种电磁波汇聚超材料结构方框图；

图2是本发明第二实施例一种电磁波汇聚超材料结构方框图；

图中各标号对应的名称为：

10介质基板，20人造微结构。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

电磁波的折射率跟物质的介电常数ε和磁导率μ的乘积反应有关系，当一束电磁波由一种介质传播到另外一种介质时，电磁波会发生折射，而且折射率越大的位置偏折角度越大，当物质内部的折射率分布非均匀时，电磁波就会向折射率比较大的位置偏折，通过改变折射率在材料中的分布，可以改变电磁波的传播路径。