TE极化、超宽带、角度可调的电磁波角度选择透明结构制造技术

本发明专利技术公开了一种TE极化、超宽带、角度可调的电磁波角度选择透明结构。主要由多层具有不同周期的周期平板堆栈而成，每层周期平板均由位于上下方的两种等效电磁媒质紧密层叠构成；单个周期平板中，两种等效电磁媒质厚度相同；各层周期平板的厚度互不相等，且从角度选择透明结构的接收面到出射面按照等比数列依次递减，从而实现宽频段的角度选择透明结构。本发明专利技术两种媒质层叠实现随温度变化的TE极化的布儒斯特全透射，可直接实现超宽带角度选择透明，拓展到了TE极化任意角度的选择透明，推进了电磁波角度选择透明结构的实际工程应用。

【技术实现步骤摘要】
TE极化、超宽带、角度可调的电磁波角度选择透明结构
本专利技术涉及电磁波空间角度选择的一种结构，尤其是涉及一种TE极化任意角度的超宽带电磁波角度选择透明结构。
技术介绍
电磁波的选择技术一直是科学界一项很热门的技术，可以通过单频率平面电磁波的三个最基本的属性：频率，极化方向，和传播方向来选择电磁波。目前，电磁波的极化选择和频率选择技术都已经实现了巨大的发展和进步，相比而言，电磁波的方向或者说角度选择技术，才刚刚开始发展。很多科学家利用人工电磁超材料和光子晶体实现了角度选择透明，但是由于他们内在的谐振特性，只能实现频段较窄的角度选择，而在很多实际应用当中，往往需要频段较宽的角度选择。目前，麻省理工的科研小组实现了TE极化和TM极化独立的宽频段角度选择透明结构。其基本原理是一维光子晶体对TM极化波具有禁带效应以及半波片可以把TE极化波转化为TM极化波。首先该科研小组利用排列一种各向同性自然媒质和一种各向异性人工媒质得到布儒斯特角为0°的一维光子晶体，当TM极化波以0°角入射时，在两种媒质的交界面具有布儒斯特完美匹配投射特性，当以其他角度入射时，由于光子晶体的禁带效应，TM极化波会被全反射。然后，通过调节光子晶体的排列周期，使禁带能够覆盖到整个可见光频段。最后，该科研小组又在设计的角度选择系统中加入了半波片，使得TE极化波能全部转化为TM极化波，最终实现了全极化的角度选择。但是该设计存在的缺陷就是，对TE波的角度选择只能固定在0°，而且电磁波经过该选择系统后，只能得到TM波而得不到TE波。综上所述，目前对于TE极化波的角度选择存在的技术瓶颈就是仍然受限于0°，而无法实现任意角度超宽带的角度选择，其原因在于很难在自然界中找到两种介质具有TE极化布儒斯特全透射效应，即使自然界中存在这样的媒质，也很难实现可变的TE极化波全透射效应。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于构造一种TE极化、角度可调、超宽带的电磁波角度选择透明结构，找到两种介质实现了TE极化布儒斯特全透射效应，实现了可变的TE极化波全透射，能有效推进电磁波角度选择透明结构的实际工程应用。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术主要由m层具有不同厚度的周期平板堆栈而成，每层周期平板均由位于上方的等效电磁媒质A和位于下方的等效电磁媒质B紧密层叠构成；单个周期平板中，等效电磁媒质A和等效电磁媒质B的厚度相同，厚度为Pi/2，i为周期平板的层序数，Pi表示第i层周期平板的厚度；各层周期平板的厚度P1、P2、…Pn互不相等，且从角度选择透明结构的接收面到出射面按照等比数列依次递减，从而实现宽频段的角度选择透明结构。所述的等效电磁媒质A是人工构造的电各项异性的人工材料，等效电磁媒质B是人工构造的电、磁均各项异性的人工材料。所述的等效电磁媒质A是由结构、形状、尺寸均相同的多层上下紧密层叠的第一周期单元构成，每层第一周期单元是由第一基底材料和布置在第一基底材料上的钛酸锶圆形片构成，其中第一基底材料为聚四氟乙烯的方形板，钛酸锶圆形片等间隔周期阵列布置在第一基底材料上；等效电磁媒质A的电磁参数满足：其中，εA表示等效电磁媒质A的介电常数，μA表示等效电磁媒质A的磁导率；分别表示等效电磁媒质A的介电常数在y轴和z轴的分量，z轴为周期平板堆栈方向，x轴和y轴为垂直于周期平板堆栈方向的平面上的两个相互垂直方向，等效电磁媒质A的介电常数在x轴和y轴的分量相等；所述的等效电磁媒质B是由结构、形状、尺寸均相同的多层上下紧密层叠的第二周期单元构成，每层第二周期单元是由第二基底材料和布置在第二基底材料上的金属环构成；第二基底材料包括多个聚四氟乙烯的圆环板，圆环板等间隔阵列均布，相邻行或列的圆环板之间通过聚四氟乙烯的条形板固接，形成网状结构；每个圆环板上布置金属环，金属环和圆环板的形状和尺寸相同；等效电磁媒质B的电磁参数满足：其中，εB表示等效电磁媒质B的介电常数，分别表示等效电磁媒质B的介电常数在y轴和z轴的分量，等效电磁媒质B的介电常数在x轴和y轴的分量相等；μB表示等效电磁媒质B的磁导率，分别表示等效电磁媒质B的磁导率在y轴和z轴的分量，等效电磁媒质B的磁导率在x轴和y轴的分量相等。所述的等效电磁媒质A的介电常数随温度变化，等效电磁媒质A的磁导率以及等效电磁媒质B的介电常数和磁导率均不随温度变化而变化。当环境温度为250K(K为热力学温度单位：开尔文)，等效电磁媒质A和等效电磁媒质B的介电常数满足此时只有在TE极化电磁波垂直入射角度选择透明结构的条件下，才能由角度选择透明结构实现完美匹配透射；当增大入射角度时，由于A、B两种媒质的纵向电磁参数不同，TE极化电磁波会因周期结构所形成的一维光子晶体禁带效应发生全反射；当环境温度不为250K时，等效电磁媒质A和等效电磁媒质B的介电常数满足此时，在TE极化电磁波垂直入射角度选择透明结构的条件下不能由角度选择透明结构实现完美匹配透射，，只有入射角度等于等效电磁媒质A和等效电磁媒质B构成的角度选择透明结构的布儒斯特角度时，TE极化电磁波以入射角度入射才能由角度选择透明结构实现完美匹配透射，角度选择透明结构的布儒斯特角度根据以下公式确定：等效电磁媒质A和等效电磁媒质B构成的角度选择透明结构实质也是光子晶体。本专利技术进行人工电磁媒质构造，设计实现了一种电各向异性的超宽带非色散等效电磁媒质和一种电、磁均各向异性的超宽带非色散等效电磁媒质，这两种媒质层叠在一起具有随温度变化的TE极化的布儒斯特全透射效应。将这两种等效电磁媒质构成的平板与周期排列构成一维光子晶体，该结构可以在对应频带内实现窄带的TE极化电磁波随温度变化的角度选择透明；将多个不同周期的一维光子晶体结构紧密堆栈，可直接实现超宽带角度选择透明。本专利技术与
技术介绍
相比具有的有益效果是：本专利技术实现了TE极化的超宽带可调的角度选择透明，能实现任意角度超宽带的角度选择，能实现可变的TE极化波全透射，已完全符合实际应用中的要求，且国际上尚未有报道。本专利技术突破了现有研究的瓶颈，将原来仅能实现固定角度的TE极化角度选择透明的传统设计拓展到了TE极化任意角度的选择透明，推进了电磁波角度选择透明结构的实际工程应用。附图说明图1是本专利技术设计的整体结构图；图2是本专利技术设计实施例中的等效磁媒质A的具体单元结构尺寸以及电磁参数图；图2(a)是本专利技术设计实施例中的等效磁媒质A的第一周期单元结构的俯视图；图2(b)是本专利技术设计实施例中的等效磁媒质A的第一周期单元结构的侧视图；图2(c)是本专利技术设计实施例中的等效磁媒质A的介电常数以及磁导率图；图3是本专利技术设计实施例中的等效电磁媒质A的单层结构图；图3(a)是本专利技术设计实施例中的由等效电磁媒质A的第一周期单元结构构成的等效电磁媒质A的单层结构的俯视图；图3(b)是本专利技术设计实施例中的由等效电磁媒质A的第一周期单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TE极化、超宽带、角度可调的电磁波角度选择透明结构，其特征在于：主要由m层具有不同厚度的周期平板堆栈而成，每层周期平板均由位于上方的等效电磁媒质A和位于下方的等效电磁媒质B紧密层叠构成；单个周期平板中，等效电磁媒质A和等效电磁媒质B的厚度相同，厚度为P

【技术特征摘要】
1.一种TE极化、超宽带、角度可调的电磁波角度选择透明结构，其特征在于：主要由m层具有不同厚度的周期平板堆栈而成，每层周期平板均由位于上方的等效电磁媒质A和位于下方的等效电磁媒质B紧密层叠构成；单个周期平板中，等效电磁媒质A和等效电磁媒质B的厚度相同，厚度为Pi/2，i为周期平板的层序数，Pi表示第i层周期平板的厚度；各层周期平板的厚度P1、P2、…Pn互不相等，且从角度选择透明结构的接收面到出射面按照等比数列依次递减，从而实现宽频段的角度选择透明结构。


2.根据权利要求1所述的一种TE极化、超宽带、角度可调的电磁波角度选择透明结构，其特征在于：所述的等效电磁媒质A是人工构造的电各项异性的人工材料，等效电磁媒质B是人工构造的电、磁均各项异性的人工材料。


3.根据权利要求1所述的一种TE极化、超宽带、角度可调的电磁波角度选择透明结构，其特征在于：所述的等效电磁媒质A是由结构、形状、尺寸均相同的多层上下紧密层叠的第一周期单元构成，每层第一周期单元是由第一基底材料和布置在第一基底材料上的钛酸锶圆形片构成，其中第一基底材料为聚四氟乙烯的方形板，钛酸锶圆形片等间隔周期阵列布置在第一基底材料上；
等效电磁媒质A的电磁参数满足：



其中，εA表示等效电磁媒质A的介电常数，μA表示等效电磁媒质A的磁导率；分别表示等效电磁媒质A的介电常数在y轴和z轴的分量，z轴为周期平板堆栈方向，x轴和y轴为垂直于周期平板堆栈方向的平面上的两个相互垂直方向，等效电磁媒质A的介电常数在x轴和y轴的分量相等；
所述的等效电磁媒质B是由结构、形状、尺寸均相同的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高源，李柄辉，叶德信，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33