[发明专利]一种基于超材料的漫反射装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种漫反射装置，尤其涉及一种基于超材料的漫反射装置。

背景技术

漫反射是指电磁波被粗糙表面无规则地向各个方向反射的现象。很多物体，如植物、墙壁、衣服等，其表面粗看起来似乎是平滑，但用放大镜仔细观察，就会看到其表面是凹凸不平的，所以本来是平行的太阳光被这些表面反射后，就弥漫地射向不同方向。但对于波长较长的电磁波采用上述材料很难使其发生漫反射，需要改变材料的物理外形使其表面形成较大的锯齿状才能实现波长较长的电磁波的漫反射，对材料的表面形状和厚度有较大限制。

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.

目前常规的超材料主要是通过在基材上周期排列不同的人造金属微结构从而达到改变超材料各点的介电常数和磁导率的目的。然而想要改变超材料各点的介电常数和磁导率，在超材料基材上排列人造金属微结构并不是唯一的办法，且在超材料基材上排列人造金属微结构工艺复杂、实现困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提出一种工艺简单、成本低廉且易于实现的基于超材料的漫反射装置。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是提供一种基于超材料的漫反射装置，其包括：超材料和设置于该超材料一侧中上的反射层，该超材料由多个立方体结构单元沿三维方向叠加而成，该立方体结构单元包括基材以及在基材中形成的一个或多个小孔，每个立方体结构单元的介电常数和磁导率随机分布。

该基材由陶瓷材料、高分子材料、铁氧材料或铁磁材料制成。

该些小孔所占立方体结构单元的体积呈随机分布。

该立方体结构单元尺寸小于所需响应的电磁波波长的五分之一。

每个该立方体结构单元基材中上形成的小孔数量相同或不同。

该些小孔内填充有折射率相同或不同的介质。

该些小孔内填充有空气。

该些小孔所占立方体结构单元的体积均相同且该些小孔内填充有折射率随机分布的介质。

该反射面由金属材料制成。

该些小孔为贯通该立方体结构单元。

本发明采用打孔方式来改变超材料各点的电磁参数使得超材料整体的电磁场数呈随机分布，电磁波经过超材料后被反射层反射并再次经过该超材料而形成漫反射，具有工艺简单、成本低廉且易于实现的有益效果。

附图说明

图1为本发明基于超材料的漫反射装置第一较佳实施例第一实施方式立体结构示意图；

图2为本发明基于超材料的漫反射装置第一较佳实施例第一实施方式中构成超材料的立方体结构单元立体结构示意图；

图3为图1所示的立体结构示意图的主视图；

图4为图1所示的立体结构示意图的侧视图；

图5为本发明基于超材料的漫反射装置第一较佳实施例第二实施方式的主视图；

图6为本发明基于超材料的漫反射装置第二较佳实施例的主视图。

具体实施方式

超材料整体可看成多个立方体结构单元沿三维X-Y-Z方向叠加而成。由于超材料自身需对电磁波产生影响，因此要求立体结构单元的尺寸小于所需响应的电磁波波长的五分之一。优选地，每一立方体结构单元尺寸均相等且均为所需响应的电磁波波长的十分之一。

超材料对电磁场的响应主要取决于各个立方体结构单元对电磁场的响应，当立方体结构单元数量足够多时，每个立方体结构单元对电磁场的响应将会叠加从而从宏观上改变入射电磁波的各个物理特性。

本领域普通技术人员可知，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，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，电磁波的折射率与成正比关系，因而通过改变介电常数ε和/或磁导率μ在材料中的分布，就可达到改变电磁波的传播路径的目的。本发明同时还在超材料一侧设置有反射面，电磁波经过超材料被折射改变传播方向以后再被反射面反射，被反射的电磁波再次经过超材料并再次被折射而被改变传播方向使得本发明具有漫反射的技术效果。