一种发散电磁波的超材料制造技术

本发明专利技术公开了一种发散电磁波的超材料，包括：介质基板以及若干人造微结构，所述介质基板分成若干晶格，所述人造微结构置于所述晶格中，所述超材料存在一个以上的区段，所述区段中部若为若干人造微结构与介质基板，所述的若干人造微结构与所述介质基板等效介电常数ε与等效磁导率μ之乘积为最低值，或，所述区段中部若为介质基板，所述介质基板本身的介电常数ε与磁导率μ之乘积为最低值，其它各处的等效介电常数ε与等效磁导率μ乘积值自中部起为从小到大呈渐变趋势。本发明专利技术的发散电磁波的超材料体积小、简单、易于实现、成本低、具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超材料领域，更具体地说，涉及一种发散电磁波的超材料。
技术介绍
目前,超材料(metamaterial)作为一种材料设计理念以及研究前沿,越来越引起人们的关注，所谓超材料，是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通的超常材料功能。迄今发展出的“超材料”包括“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等，超材料性质往往不主要决定与构成材料的本征性质,而决定于其中的人工结构。 实现电磁波的发散主要关注以下几个方面的指标I)高性能。电磁波的发散应具有较高的性能，接近所需要的发散状态。2)低损耗。具有较高的能量发散效率，以实现节能降耗的目标。3)尺寸小。不占用过多空间。此外，电磁波的发散方法应易于实现，设计不应太复杂，器件成本不应过高。超材料由介质基材和设置上基材上的多个金属微结构组成，可以提供各种普通材料具有和不具有的材料特性。单个金属微结构大小一般小于1/10个波长，其对外加电场和/或磁场具有电响应和/或磁响应，从而具有表现出等效介电常数和/或等效磁导率，或者等效折射率和波阻抗。金属微结构的等效介电常数和等效磁导率(或等效折射率和波阻抗)由单元几何尺寸参数决定，可人为设计和控制。并且，金属微结构可以具有人为设计的电磁参数，从而产生许多新奇的现象，为实现电磁波的发散提供了可能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种体积小、简单、易于实现以及成本低的对电磁波进行发散的超材料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种发散电磁波的超材料，包括介质基板以及若干人造微结构，所述介质基板分成若干晶格，所述人造微结构置于所述晶格中，所述超材料存在一个以上的区段，所述区段中部若为若干人造微结构与介质基板，所述的若干人造微结构与所述介质基板等效介电常数e与等效磁导率y之乘积为最低值，或，所述区段中部若为介质基板，所述介质基板本身的介电常数e与磁导率y之乘积为最低值，其它各处的等效介电常数e与等效磁导率y乘积值自中部起为从小到大呈渐变趋势。在本专利技术所述的一种发散电磁波的超材料中，所述人造微结构在所述的晶格中呈周期性均匀分布。在本专利技术所述的一种发散电磁波的超材料中，所述等效介电常数e与等效磁导率U通过在介质基板选定的情况下，通过改变人造微结构的图案、设计尺寸和/或人造微结构在空间中的排列通过仿真而获得数值，所述的图案为“工”字型或“工”字型的衍生型。在本专利技术所述的一种发散电磁波的超材料中，所述人造微结构附着在介质基板上的金属线，所述金属线为铜线或银线。在本专利技术所述的一种发散电磁波的超材料中，所述金属线通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或粒子刻的方法附着在介质基板上。在本专利技术所述的一种发散电磁波的超材料中，所述的介质基板由陶瓷材料、环氧树脂或聚四氟乙烯制得。实施本专利技术的发散电磁波超材料，具有以下有益效果 I.体积小，不占用过多的空间；2.简单、易于实现、低成本，通过超材料对电磁波加以发散，不依赖电磁波发散设备的种类及形状；3.具有广泛的应用前景，超材料通过对电磁波的发散，所以可以使电磁波从一个方向转为另外一个方向、可发散电磁波波束、可用于生成各种奇异的现象。附图说明图I是本专利技术第一实施例一种电磁波发散超材料结构方框图；图2是本专利技术第二实施例一种电磁波发散超材料结构方框图；图3是本专利技术第一实施例另一电磁波发散超材料结构方框图；图4是本专利技术第二实施例另一电磁波发散超材料结构方框图；图中各标号对应的名称为10介质基板,20人造微结构。具体实施例方式为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。电磁波的折射率跟物质的介电常数e和磁导率U的乘积有关系，当一束电磁波由一种介质传播到另外一种介质时，电磁波会发生折射，而且折射率越大的位置偏折角度越大，当物质内部的折射率分布非均匀时，电磁波就会向折射率比较大的位置偏折，通过改变折射率在材料中的分布，可以改变电磁波的传播路径。超材料可以对电场或者磁场，或者两者同时进行相应。对电场的响应取决于超材料的介电常数e，而对磁场的响应取决于超材料的磁导率U。通过对超材料空间中每一点的介电常数e与磁导率U的精确控制，我们可以实现通过超材料对电磁波的发散。超材料的电磁参数在空间中的均匀或者非均匀的分布是超材料的重要特征之一。电磁参数在空间中的均匀分布为非均匀分布的一种特殊形式，但其具体特性，仍然是由空间中排列的各个单元结构的特性所决定。因此，通过设计空间中排列的每个结构的特性，就可以设计出整个新型超材料在空间中每一点的电磁特性。这种电磁材料系统将会具有众多奇异特性，对电磁波的传播可以起到特殊的引导作用。请参阅图I及图3，在本专利技术实例一中，一种发散电磁波的超材料，包括介质基板10以及若干人造微结构20，其中，若干人造微结构20附着在介质基板10上，根据要发散的电磁波的波长X，可将金属基板20分成若干晶格，其长度和宽度不能超过波长\的1/10，将若干人造微结构20置于晶格中。在图I中电磁波平行入射，电磁波通过所述超材料时，通过区段中部为若干人造微结构20与介质基板10组合体时，若干人造微结构20与介质基板10等效介电常数e与等效磁导率U之乘积为最低值，其它各处的等效介电常数e与等效磁导率U乘积值自中部起为从小到大呈渐变趋势。若一束电磁波通过上述的超材料，会发生光束变大的现象，即，该束电磁波内部的各波段自中部起均向折射率高的地方偏转，从而实现了电磁波的发散，电磁波光束变大了。相类似，在图3中，电磁波以集合的趋势入射，通过区段中部为若干人造微结构20与介质基板10，若干人造微结构20与介质基板10等效介电常数e与等效磁导率U之乘积为最低值，其它各处的等效介电常数e与等效磁导率U乘积值自中部起为从小到大呈渐变趋势，电磁波内部的各波段自中部起均向折射率高的地方偏转，故集合趋势的电磁波渐向中部发散，最后平行发射出去，从宏观看，电磁波光束又变大了。 请参阅图2及图4，在本专利技术的实施例二中，一种发散电磁波的超材料，包括介质基板10以及若干人造微结构20,结构与实施例一大部分相同，不同的是若干人造微结构20间留有空隙，在图2中，电磁波以平行的方式入射，通过所述超材料时，通过区段中部为介质基板10本身，介质基板10介电常数e与磁导率U之乘积为最低值，其它各处的等效介电常数e与等效磁导率y乘积值自中部起为从小到大呈渐变趋势。若一束电磁波通过上述的超材料，会发生光束变大的现象，即该束电磁波内部的各波段自中部起均向折射率高的地方偏转，从而实现了电磁波的发散。相类似，在图4中，电磁波以集合的方式入射，通过所述超材料时，通过区段中部为介质基板10本身，介质基板10介电常数e与磁导率U之乘积为最低值，其它各处的等效介电常数e与等效磁导率y乘积值自中部起为从小到大呈渐变趋势，电磁波内部的各波段自中部起均向折射率高的地方偏转，故集合趋势的电磁波渐向中部发散，最后平行发射出去，从宏观看，电磁波光束又变大了。人造微结构20在所述的晶格中呈周期性均匀分布为较佳的选择，人造微结构20附着在介质基板10上的金属线，其尺寸不能超过介质基板10的晶格，所述金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发散电磁波的超材料，其特征在于，包括介质基板以及若干人造微结构，所述介质基板分成若干晶格，所述人造微结构置于所述晶格中，所述超材料存在ー个以上的区段，所述区段中部若为若干人造微结构与介质基板，所述的若干人造微结构与所述介质基板等效介电常数ε与等效磁导率μ之乘积为最低值，或，所述区段中部若为介质基板，所述介质基板本身的介电常数ε与磁导率μ之乘积为最低值，其它各处的等效介电常数ε与等效磁导率μ乘积值自中部起为从小到大呈渐变趋势。2.如权利要求I所述的发散电磁波的超材料，其特征在于，所述人造微结构在所述的晶格中呈周期性均匀分布。3.如权利要求I所述的发散电磁波的超材...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，李岳峰，徐冠雄，季春霖，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院，深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：