一种宽带低色散的高折射率超材料制造技术

本实用新型专利技术公开了一种宽带低色散的高折射率超材料，包括若干阵列分布的高折射率单元，每个所述高折射率单元包括由上至下设置的上金属层、介质层和下金属层，所述上金属层和下金属层分别贴合在所述介质层的两面上，所述上金属层和下金属层的结构相同，所述上金属层包括环形金属贴片和双工字型金属贴片，所述双工字型金属贴片设置在所述环形金属贴片内部。通过改变相邻两个高折射率单元之间间隔的大小、双工字型金属贴片的结构参数以及环形金属贴片的结构参数，可以调节等效折射率的值、带宽以及平坦度，使本实用新型专利技术的应用领域更宽，实用性更强。

A Broadband Low Dispersion High Refractive Index Metamaterial

【技术实现步骤摘要】
一种宽带低色散的高折射率超材料
本技术涉及电磁超材料
，尤其涉及一种宽带低色散的高折射率超材料。
技术介绍
近年来，超材料在国内外引起了巨大的研究热潮，这一概念由美国德克萨斯州立大学的RodgerM.Walser在1999年首次提出。超材料是由周期性排列的亚波长尺度的结构单元组成的人造材料，通过合理设计结构单元，可以实现任意介电常数和磁导率，使之具有自然材料所不具备的电磁特性。高折射率超材料凭借其独特的电磁特性在各领域引起了极大的关注。利用高折射率材料可以有效增大显微镜的数值孔径，从而大大增加显微镜的分辨率。同时，在一个宽频域内均能保持高折射率的超材料还会产生慢光效应，这样可以增强延迟线的存储能和干涉仪的光谱灵敏度。但是，目前提出的高折射率超材料，只能在很窄的频带内实现高折射率，而且还具有较强的色散特性，这在实际应用中很受限制。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的是提供一种宽带低色散的高折射率超材料，其高折射率单元是基于环型结构和双工字型结构形成的复合结构。本技术通过以下技术手段解决上述技术问题：一种宽带低色散的高折射率超材料，包括若干阵列分布的高折射率单元，每个所述高折射率单元包括由上至下设置的上金属层、介质层和下金属层，所述上金属层和下金属层分别贴合在所述介质层的上下两面上，所述上金属层和下金属层的结构相同，所述上金属层包括环形金属贴片和双工字型金属贴片，所述环形金属贴片和双工字型金属贴片均贴合安装在介质层上，所述双工字型金属贴片设置在所述环形金属贴片内部。进一步，所述上金属层和下金属层互为镜像设置。进一步，所述高折射率单元的形状为正方形。进一步，所述双工字型金属贴片设置在所述环形金属贴片中间，所述双工字型金属贴片与所述环形金属之间的缝隙宽度为0.2mm。进一步，所述金属层材料为铜。进一步，所述介质层的材料为FR4，相对介电常数为4.3。本技术的有益效果：本技术提出了由上金属层和下金属层及介质层构建的高折射率超材料，其中在磁谐振点上，双层超表面的反向表面电流与介质层中的位移电流形成电流环，且环形电流产生的磁矩与外界磁场方向相同，从而形成顺磁效应。这种顺磁效应使得磁导率得到大大的提高，最终实现折射率的提高。并且，通过改变相邻两个高折射率单元之间间隔的大小、双工字型金属贴片的结构参数以及环形金属贴片的结构参数，可以调节等效折射率的值、带宽以及平坦度，使本技术的应用领域更宽，实用性更强。附图说明图1是本技术实施例提供的宽带低色散的高折射率超材料的结构示意图；图2是本技术实施例提供的宽带低色散的高折射率超材料的高折射率单元的主视图；图3是本技术实施例提供的宽带低色散的高折射率超材料的高折射率单元的侧视图；图4是本技术实施例中的高折射率单元在磁谐振点9.86GHz的表面电流分布图；图5是本技术实施例的仿真s参数的幅值曲线；图6是本技术实施例的仿真s参数的相位曲线；图7是通过反演算法得到的本技术实施例的等效介电常数曲线；图8为通过反演算法得到的本技术实施例的等效磁导率曲线；图9为通过反演算法得到的本技术实施例的等效折射率曲线。其中，高折射率单元1、介质层11、环形金属贴片12、双工字型金属贴片13。具体实施方式以下将结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明：如图1-图3所示，本技术的一种宽带低色散的高折射率超材料，包括若干阵列分布的高折射率单元1，每个所述高折射率单元1包括由上至下设置的上金属层、介质层11和下金属层，所述上金属层和下金属层分别贴合在所述介质层11的上下两面上，所述上金属层和下金属层的结构相同，所述上金属层包括环形金属贴片12和双工字型金属贴片13，所述环形金属贴片12和双工字型金属贴片13均贴合安装在介质层11上，所述双工字型金属贴片13设置在所述环形金属贴片12内部。具体的，所述上金属层和下金属层互为镜像设置，所述上金属层和下金属层关于介质层对称，所述高折射率单元1的形状为正方形，所述双工字型金属贴片13设置在所述环形金属贴片12的中心位置上，所述双工字型金属贴片13与所述环形金属之间12的缝隙宽度为0.2mm。具体的，所述金属层材料为铜，所述介质层11的材料为FR4，相对介电常数为4.3。参照图2所示，每个高折射率单元1的周期为p，环形金属贴片12的边长为L1，宽度为W3，双工字型金属贴片13两端的距离为L2，双工字型金属贴片13其中一端的长度为L3，双工字型金属贴片13其中一端的宽度为W1,双工字型金属贴片13中心宽度度为W2，参照图3所示，介质层11的厚度为d，上金属层和下金属层的厚度为t，并定义相邻两个高折射率单元1之间的间隔为g＝P-L1。通过查阅现有技术文献可知，可以通过改变介质层11的厚度d来改变两层金属之间的电耦合，十分有利于调节结构单元的电磁特性，同时，通过改变相邻两个高折射率单元1之间的间隔g的大小来改变单元之间的电耦合，从而调节等效介电常数的大小，实现了对等效折射率的调节。具体的，本实施例建立如表1中所述尺寸的高折射率单元1结构模型，表1高折射率单元的尺寸单位(mm)PL1L2L3W1W2W3dt65.853.60.510.21.50.035进行软件仿真，得到如图5所示的s参数的幅值图，和图6所示的s参数的相位图，其中，s参数为散射参数，并通过反演算法得到的如图7所示的本实施例结构的等效介电常数曲线、图8所示的本实施例结构的等效磁导率曲线和图9所示的本实施例结构的等效折射率曲线。如图5和图7所示，本实施例中的高折射率单元结构模型的电谐振发生在6.54GHz处，且此处等效介电常数的峰值为381。如图5和图8所示，磁谐振发生在7.27GHz和9.86GHz处，且此处等效磁导率的峰值分别为14.39和20.37。由于同时出现一个电谐振和两个磁谐振，且在谐振频率处产生了高介电常数或者高磁导率，从而实现了宽频带内的高折射率现象。图4表示为在磁谐振点(9.86GHz)处，上金属层和下金属层的表面电流分布，它与介质层11中的位移电流形成电流环，该环形电流产生的磁矩与外界磁场方向相同，形成顺磁效应，这大大提高了等效磁导率。通过数值仿真分析及电磁参数提取，可以得出如下结果：1.等效介电常数由图7可知，在6.54GHz处，本实施例的等效介电常数的峰值为381，且在7GHz-10GHz宽频段内，介电常数在100左右。2.等效磁导率由图8可知，本实施例的等效磁导率的峰值点在7.27GHz和9.86GHz处，等效磁导率分别为14.39和20.37，且在7GHz-10.6GHz宽频段内有效磁导率都大于6。3.等效折射率根据麦克斯韦关系，由相对等效介电常数和相对等效磁导率可得到折射率的值。由图9可知，本实施例的等效折射率的值在6.55GHz-10.32GHz宽频段内为27左右，且表现为低色散特性。综上，在6.55GHz-10.32GHz范围内，本实施例的高折射率单元结构模型的等效折射率高于27(相对带宽为45％)，且平坦度好，表现出低色散特性。综上所述，本技术提出了由上金属层和下金属层及介质层构建的高折射率超材料，其中在磁谐振点上，上金属层和下金属层的反向表面电流与介质层11中的位移电流形成电流环，且环形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带低色散的高折射率超材料，其特征在于：包括若干阵列分布的高折射率单元，每个所述高折射率单元包括由上至下设置的上金属层、介质层和下金属层，所述上金属层和下金属层分别贴合在所述介质层的上下两面上，所述上金属层和下金属层的结构相同，所述上金属层包括环形金属贴片和双工字型金属贴片，所述环形金属贴片和双工字型金属贴片均贴合安装在介质层上，所述双工字型金属贴片设置在所述环形金属贴片内部。

【技术特征摘要】
1.一种宽带低色散的高折射率超材料，其特征在于：包括若干阵列分布的高折射率单元，每个所述高折射率单元包括由上至下设置的上金属层、介质层和下金属层，所述上金属层和下金属层分别贴合在所述介质层的上下两面上，所述上金属层和下金属层的结构相同，所述上金属层包括环形金属贴片和双工字型金属贴片，所述环形金属贴片和双工字型金属贴片均贴合安装在介质层上，所述双工字型金属贴片设置在所述环形金属贴片内部。2.根据权利要求1所述的一种宽带低色散的高折射率超材料，其特征在于：所述上金属层和下金属层互为镜像设置。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：高喜，余发龙，李海鸥，首照宇，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：新型
国别省市：广西,45