[发明专利]一种可用温度调控工作频段的二维龙伯透镜

说明书

本发明公开了一种可用温度调控工作频段的二维龙伯透镜，该二维龙伯透镜包括交替叠设的多个第一电介质板和第二电介质板以及多对金属十字结构；多对金属十字结构中的每一对金属十字结构对称分布于相应第一电介质板的两侧；通过改变所述第一电介质板所处的温度，以改变第一电介质板本身的介电常数，实现对所述龙伯透镜工作频率的调谐。本发明通过金属－介质复合超材料实现二维龙伯透镜梯度分布的折射率，可以对二维平面内任意方向入射的平面波束实现聚焦，或者将位于二维龙伯透镜焦点处的馈源辐射的柱面波转换为具有高指向性的平面波束，另外，通过调节温度可以主动调谐龙伯透镜的工作频段，具有适用范围大、控制方便且结构稳定性高的优点。

技术领域

本发明涉及电磁波控制技术领域，特别涉及一种可用温度调控工作频段的二维龙伯透镜。

背景技术

大多数光学成像仪器都存在各向各样的像差，少数不存在像差，可以使二维或三维空间的所有点成锐像的光学仪器被称为绝对仪器，龙伯透镜就是其中的一种。另外，当引入柱面波或球面波馈源时，龙伯透镜还可以作为天线，向指定方向辐射具有高指向性的平面波束，并且允许多波束扫描。龙伯透镜的传统制造方式是通过引入一系列非均匀的同心介质壳，其介电常数离散变化，以此来满足龙伯透镜所要求的梯度分布的折射率，这对介质壳的材料参数提出了较高要求。超材料的出现为龙伯透镜提供了另一种全新的实现方案，通过引入人工构造的微结构单元，可以轻松设计超材料的等效磁导率和介电常数，实现龙伯透镜所要求的梯度折射率分布。

然而，大多超材料利用电磁谐振来实现特定的等效电磁参数，具有严重的色散特性，只能工作在较窄的频段内，其结构一旦确定，工作频段也随之固定。此外，超材料往往需要借助于支撑框架或基板来实现电磁谐振单元的特殊空间分布，这容易引起装配误差并且降低了结构稳定性，限制了龙伯透镜的应用范围。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种可用温度调控工作频段的二维龙伯透镜，该龙伯透镜的工作频段可通过改变温度来主动调谐，并且不需要额外的支撑框架或基板，具有结构简单，易于控制的特点，拓展了龙伯透镜的适用范围。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种可用温度调控工作频段的二维龙伯透镜，其特征在于，所述二维龙伯透镜为圆柱体结构，包括依次交替叠设的多个第一电介质板和第二电介质板，以及贴设于各第一电介质板和第二电介质板之间的多对金属十字结构，每对金属十字结构对称分布于相应的第一电介质板两侧与第二电介质板相接触的界面上，并且每一对金属十字结构及其所处长方体区域内的第一电介质板和第二电介质板构成了一个金属－介质复合超材料晶格单元，各金属－介质复合超材料晶格单元内，每对金属十字结构、第一电介质板和第二电介质板的中心均重合设置；通过改变所述第一电介质板所处的温度，以改变第一电介质板本身的介电常数，实现对所述龙伯透镜工作频率的调谐；

沿所述第一电介质板和第二电介质板的堆叠方向建立z轴，分别沿金属－介质复合超材料晶格单元的长度和宽度方向建立x、y轴，二维龙伯透镜的中心为坐标原点，以此构建xyz坐标系；所述二维龙伯透镜所需沿xy平面的梯度分布折射率n满足如下公式：

在电场始终在z轴方向偏振的情况下，所述龙伯透镜所需的平行于z轴方向的介电常数ε_z和垂直于z轴方向的磁导率μ_x,y分别满足如下公式：

式中，x和y分别为金属－介质复合超材料晶格单元在xyz坐标系内沿x轴方向和y轴方向的坐标；F为一常数，决定了所述二维龙伯透镜所需的介电常数ε_z和磁导率μ_x,y的分布范围，F的取值范围为2～50；R为二维龙伯透镜的半径。