本发明专利技术公开了一种基于超材料的折射率梯度平板聚焦透镜，是由圆盘状切片组合而成的圆柱形结构。传统聚焦透镜大多基于曲面结构，曲面给透镜的制造增加了难度。如果透镜的折射率具有圆柱坐标下径向梯度，则可以在实现相位修正的同时，保持交界面为平面，这就是一种折射率梯度透镜。超材料也称为新型人工电磁材料具有新颖特性，可以利用它制作出平板透镜。首先利用几何光学法的相关公式计算出平板透镜折射率的分布，然后选择新型人工电磁材料作为结构单元，实现透镜折射率的梯度分布。此外，得益于新型人工电磁材料的优异特性，此平板聚焦透镜还具有稳定性高，损耗小，工作频带宽等优良性能。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于超材料的折射率梯度平板聚焦透镜，是由圆盘状切片组合而成的圆柱形结构。传统聚焦透镜大多基于曲面结构，曲面给透镜的制造增加了难度。如果透镜的折射率具有圆柱坐标下径向梯度，则可以在实现相位修正的同时，保持交界面为平面，这就是一种折射率梯度透镜。超材料也称为新型人工电磁材料具有新颖特性，可以利用它制作出平板透镜。首先利用几何光学法的相关公式计算出平板透镜折射率的分布，然后选择新型人工电磁材料作为结构单元，实现透镜折射率的梯度分布。此外，得益于新型人工电磁材料的优异特性，此平板聚焦透镜还具有稳定性高，损耗小，工作频带宽等优良性能。【专利说明】一种基于超材料的折射率梯度平板聚焦透镜
本专利技术属于微波成像领域，涉及一种微波三维聚焦装置。
技术介绍
传统意义上的透镜一般由均匀折射率的媒质构成，传统透镜与空气的交界面具有 特定的曲面。在光学波段，透镜由硬质玻璃或石英制成，其曲面需要特殊的打磨加工。在微 波频段，透镜一般由人工树脂或者聚苯乙烯等材料利用模具加工成，不规则的曲面给透镜 的制造加工带来了不小的难度。 本专利技术设计了一个三维平板折射率梯度的透镜，放置于其焦点的点源发射的球面 波透过平板透镜之后再次汇聚，重新聚焦成一个点，实现了成像的效果。折射率梯度有三种 形式，第一种是轴向梯度，这种透镜的折射率在与轴向垂直的切面上保持一致，采用轴向梯 度的透镜可以将原非球曲面变为球面；第二种是圆柱坐标系下径向梯度，其代表是Wood透 镜；第三种是球坐标系下径向梯度，其透镜为球体。最早的折射率梯度微波透镜可以追溯到 1854年Maxwell的鱼眼透镜和1944年的Luneburg透镜，它们均具有球坐标系下径向梯度。 最早的折射率梯度光学透镜可以追溯到1905年的Wood透镜，它是一个圆柱坐标系下径向 梯度透镜。 本专利技术充分利用超材料电磁参数可人为调控的特性，使得透镜的折射率具有圆柱 坐标下径向梯度，则可以在实现相位修正的同时，保持交界面为平面。相对于传统的曲面透 镜，平面的结构使得加工难度大大降低。本专利技术还具有性能稳定，工作频带较宽等优点，这 些都更便于将其推广到实际应用。
技术实现思路
技术问题：本专利技术充分利用了新型人工电磁材料介电常数可人为调控的特性，提 供一种能在整个X波段实现三维聚焦，整套装置易于加工，可批量生产，还可推广到米波、 毫米波、太赫兹以及光波段的基于超材料的折射率梯度平板聚焦透镜。 技术方案：本专利技术的基于超材料的折射率梯度平板聚焦透镜，为由超材料制备 的圆盘状切片叠加而成的圆柱体结构，所述圆盘状切片平行于圆柱体底面，在与圆柱体母 线平行的方向上，透镜的介电常数不变，在与圆柱形底面平行的径向上，透镜的介电常数 ε (R)按如下函数关系递减： 【权利要求】1. 一种基于超材料的折射率梯度平板聚焦透镜，其特征在于，该透镜为由超材料制备 的圆盘状切片叠加而成的圆柱体结构，所述圆盘状切片平行于圆柱体底面，在与圆柱体母 线平行的方向上，透镜的介电常数不变，在与圆柱形底面平行的径向上，透镜的介电常数 ε (R)按如下函数关系递减：其中，η。为透镜中心处的相对折射率，t为透镜的厚度，单位为毫米，f为平板聚焦透镜 的焦距，单位为毫米，ε (R)为透镜上一点的介电常数，R为该点到透镜中心轴线的距离，单 位为毫米。2. 根据权利要求1所述的一种基于超材料的折射率梯度平板聚焦透镜，其特征在于， 所述圆盘状切片的厚度为透镜工作波长的十二分之一到八分之一。3. 根据权利要求2所述的一种基于超材料的折射率梯度平板聚焦透镜，其特征在于， 所述圆盘状切片的厚度为透镜工作波长的十分之一。4. 根据权利要求1、2或3所述的一种基于超材料的折射率梯度平板聚焦透镜，其特征 在于，所述透镜的圆柱体结构中，当一个切片采用单一介电常数材质不能满足介电常数递 减关系时，则该切片由介电常数从内向外依次减小的多个环形片材拼接而成。5. 根据权利要求4所述的一种基于超材料的折射率梯度平板聚焦透镜，其特征在于， 所述圆盘状切片根据等效媒质理论被分割成等大的单元块，每个单元块的中心都加工有用 以减小介电常数的通孔。【文档编号】H01P3/20GK104157945SQ201410401944【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日 【专利技术者】蒋卫祥, 戈硕, 崔铁军 申请人:东南大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于超材料的折射率梯度平板聚焦透镜，其特征在于，该透镜为由超材料制备的圆盘状切片叠加而成的圆柱体结构，所述圆盘状切片平行于圆柱体底面，在与圆柱体母线平行的方向上，透镜的介电常数不变，在与圆柱形底面平行的径向上，透镜的介电常数ε(R)按如下函数关系递减：ϵ(R)=(nc-2·R2+(2f-t2)2-(2f-t2)t)2]]>其中，nc为透镜中心处的相对折射率，t为透镜的厚度，单位为毫米，f为平板聚焦透镜的焦距，单位为毫米，ε(R)为透镜上一点的介电常数，R为该点到透镜中心轴线的距离，单位为毫米。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋卫祥，戈硕，崔铁军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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