特异材料制造技术

一种示范性的特异材料由多个单独晶胞形成，其至少一部分相比另一部分具有不同的导磁率。所述多个晶胞的布置提供具有沿至少一个轴的梯度折射率的特异材料。该材料可用于形成例如透镜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的领域是特异材料(Metamaterial)。本专利技术的另一个领域是复合特异材料。本专利技术的另一个领域是透镜和光学元件。本专利技术的另一个领域是磁性元件。
技术介绍
现有包括本专利技术人及同事等所作出的范例，其中在本文称之为特异材料的人工构造材料中获得了在常规材料中要么目前无法观察到、要么难以实现的电磁材料响应。非常规的特异材料响应的实例可在负折射率特异材料中发现，该材料在有限频带以上同时具有负介电系数(ε)和介电系数导磁率(μ)。由于负折射率是现有材料中不可得的一种材料特征，因此负折射的基本性质成为特异材料在材料物理学中的一个关键用途。 可通过Drude-Lorentz(德鲁特-洛仑兹)模型给出对材料响应的概要说明，其给出以下ε和μ的频散形式 这些形式或极其近似的表达式不仅可用于描述常规材料响应，也可用于人工构造的特异材料的响应。在比谐振频率(ω0e或ω0m)大的频率上，ε或者μ会具有负值。 可设计出电或磁谐振方面没有等同的已知材料的特异材料。电和磁谐振可处于特异材料结构中的任何频率上。具体地，通过组合电和磁结构，可实现在一频带上ε和μ同时为负的材料。对于这种材料，由ε和μ乘积的平方根所确定的折射率是实数，表明这种材料对于辐射是透明的。但是，已示出当ε和μ都为负时，平方根的符号的正确选择是负。这样，对于ε和μ都是负的材料，也可表征为负折射率材料(NIM)。 现有技术中的特异材料包括由裂环谐振器(split ring resonator)阵列构成的宏观晶胞(macroscopic cell)的集合。这些例子在部分本专利技术人及同事的在先工作中描述。2001年3月16日申请的题为Left Handed CompositeMedia(左手复合介质)的公开号为US-2001-0038325-A1及申请号为09/811,376的美国专利在此引用作为参考。 负折射率材料的范例已证实有关负折射率材料会拥有的特征的各种理论。由于基础物理学解释总是考虑右手磁材料和正折射率，许多基础电磁学和光学原理需要重新考虑。
技术实现思路
这里提供一些本专利技术特征的概述以强调本专利技术的某些方面。其它专利技术特征可在所附实施例的描述中找到。在本专利技术的一些实施例中，特异材料用于实现光学效应。这里所说的光学元件和光学效应包括对可见光波长以及对电磁波的控制。在本专利技术的实施例中，优化负折射率材料以生成负折射率透镜。在本专利技术的另一些实施例中，修改特异材料以形成衍射光学器件。在本本专利技术的另一些实施例中，修改特异材料以形成梯度折射率光学器件。 在本专利技术的实施例中，光学器件具有可计量的效应。计量(scaling)可用于制造特异材料，包括在宽频(即从低频(RF、微波)频率到高频(mm、THz))范围内的负折射率透镜、衍射光学器件以及梯度折射率器件。本专利技术的负折射率特异材料透镜比正折射率透镜表现出减小的像差。作为示例实施例，本专利技术的一个平凹负折射率特异材料透镜，折射率值为-0.61，使像差最小化。由于本专利技术的示范特异材料由宏观晶胞形成，并由于物理特征(尺寸、电介质材料类型、相对位置、几何结构等)可改变，一般而言可使其它负折射率透镜中及本专利技术的器件中的光学效应最优化。在THz及更低时该效应更容易实现，但特异材料的性质也允许在可见波长下实现光学效应。 本专利技术的示范特异材料由多个宏观晶胞形成。这在光学和其它器件的形成中具有许多优势。在本专利技术的衍射光学器件的情况下，特异材料的表面轮廓被修正成具有更广的频率带宽(较小色差)和其它优势的衍射表面。特异材料的性质还可逐晶胞地修正晶胞以生成梯度折射率光学元件。梯度折射率透镜具有许多光学应用。特异材料的优势在于可根据需要特别修正折射率轮廓以提供聚焦、射束控制、射束成形或其它光学功能。由于特异材料基于宏观晶胞，可实现材料的逐晶胞地调整及有源控制。结合梯度折射构思以及可由有源电子器件或电磁器件实现的上述控制，可实现适应性的光学器件。 附图说明 图1示出本专利技术的一种示例性特异材料的各种视图； 图2示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图3示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图4示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图5示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图6示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图7示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图8示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图9示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图10示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图11示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图12示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图13示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图14示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图15示出本专利技术的一种示例性特异材料； 图16示出本专利技术的一种示例性特异材料； 图17示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图18示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图19示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图20示出本专利技术的一种示例性特异材料； 图21概略示出本专利技术的一种示例性特异材料的一个方面； 图22概略示出本专利技术的一种示例性特异材料的一个方面； 图23示出本专利技术的一种示例性模块特异材料； 图24概略示出在本专利技术的各种特异材料中使用的导体谐振器； 图25概略示出用于制造本专利技术的特异材料的示例性方法； 图26示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图27示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图28示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图29示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图30示出本专利技术的一种示例性特异材料的特性； 图31概略示出本专利技术的一种示例性特异材料的一个方面； 具体实施例方式 本专利技术的实施例引入极大扩展特异材料特性范围的各种新的特异材料，使得具有新的物理和光学性质，以及成为独特的电磁器件。特异材料是一种人工构造的材料，包括在一个或多个维度上构图的多个元件，每个元件在波传播方向上的物理尺寸小于入射波长或与其同量级，每个元件的结构根据所施加的电磁场表现所需的电和磁极化。在许多(但不是全部)特异材料中，这些元件由导体制成并由电介质基板支撑。这些元件的优选实施例包括直导线导体点阵和裂环谐振器点阵。 这里所用“由电介质基板(或“主体”)支撑”中的术语“支撑”指的是广义的理解，而不局限于保持在基板的表面上。例如，导体可包含或嵌入在电介质基板内而由电介质基板支撑。这里所用的术语“电介质”和“电介质主体”广义地指电绝缘材料，其介电常数大于或等于大约+1，优选大于+1。电介质主体可为气体(例如空气)，或可为基板(例如电介质聚合物、玻璃和石英等)。 示例性的特异材料包括支撑同样元件例如导体的重复排列的晶胞(即，周期结构)的电介质主体。其它示例性特异材料可由设计为在介电系数、磁导率、折射率或波阻抗这样的一个或多个有效介质参数方面形成梯度的元件的非均质集合而形成。 本专利技术是设计实现特殊功能的特异介质。例如，本专利技术的实施例是设计在折射率上体现空间变化的特异介质。本专利技术的其它实施例是制造特异介质的方法。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特异材料透镜，包括：　电介质主体，所述电介质主体支撑至少一个元件点阵并用于形成具有负导磁率和介电系数的特异材料，至少一部分所述特异材料形成用于改变入射在其上的电磁波的方向的滤栅结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维R史密斯，戴维舒里格，安东尼F斯塔尔，杰克J莫克，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]