一种全方向电场响应超材料制造技术

本发明专利技术提供了一种全方向电场响应超材料，该全方向电场响应超材料包括基材，所述基材包括相互平行的第一表面及第二表面，在所述第一表面上设置有多个第一人造微结构，在所述第二表面上设置有多个第二人造微结构，且每个所述第一人造微结构与一个所述第二人造微结构通过通孔连接而构成一个微结构对。根据本发明专利技术的超材料可以实现对所有方向入射的电磁波均产生电场响应，进而对该电磁波进行调制。在具体应用中，无需考虑具体电磁波的入射角度，极大地方便了使用，降低了应用难度，扩大了使用范围，为超材料的扩大使用，提供了有利支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超材料，特别是涉及一种全方向电场响应的超材料。
技术介绍
超材料(metamaterial)是21世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇,近年来经常出现在各类科学文献。超材料的三个重要特征包括 (I)超材料通常是具有新奇人工结构的复合材料；(2)超材料具有超常的物理性质(这种性质往往是自然界的材料中所不具备的)；(3)超材料的性质往往不决定于构成材料的本征性质，而主要决定于其中的人工结构。超材料是一种以人造微结构为基本单元并以特定方式进行空间排布的材料，且该材料是一种具有特殊电磁效应的新型材料，其电磁效应的特征是由其人造微结构的特征所决定。现有的超材料通常包括基材及附着在基材上的人造微结构。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以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性质的超常材料功能。超材料的一种特性表现为对电磁波的调制。例如，通过改变超材料的介电常数来实现对入射电磁波传播方向的控制。然而，在现有技术的超材料中，并不能实现对任何方向入射的电磁波均产生响应。也即，现有的超材料，对于入射电磁波的入射方向有特定要求，只有满足入射角度的电磁波，超材料才会对该入射电磁波起到调制作用，不能实现对于所有向位入射电磁波的响应，这极大的限制了超材料的应用，增大了使用超材料的困难，不利于扩大超材料的应用范围。
技术实现思路
为了提供一种可以在任何情况下使用而无需考虑入射电磁波的入射角度的超材料，本专利技术提供了一种全方向电场响应超材料，该全方向电场响应超材料包括基材，所述基材包括相互平行的第一表面及第二表面，在所述第一表面上设置有多个第一人造微结构，在所述第二表面上设置有多个第二人造微结构，且每个所述第一人造微结构与一个所述第二人造微结构通过通孔连接而构成一个微结构对。在本专利技术的实施方式中，所述通孔设置在所述基材上并且其中填充有形成所述人造微结构的材质。在本专利技术的实施方式中，所述微结构对于电场方向垂直于所述第一及第二表面的入射电磁波产生响应。在本专利技术的实施方式中，所述第一人造微结构与所述第二人造微结构具有相同数量级的几何尺寸。在本专利技术的实施方式中，所述第一人造微结构与所述第二人造微结构具有相同的几何形状。本专利技术还提供了另一种全方向电场响应超材料，该全方向电场响应超材料包括多个相互平行且堆叠在一起的超材料片层，每个超材料片层包括基材及附着在基材上的人造微结构，其中一个片层上的一个人造微结构分别与其他片层上的一个人造微结构通过通孔连接而构成一个微结构对。在本专利技术的实施方式中，所述通孔设置在所述基材上并且其中填充有形成所述人造微结构的材质。在本专利技术的实施方式中，所述微结构对于电场方向垂直于所述超材料片层的入射电磁波产生响应。在本专利技术的实施方式中，所述第一人造微结构与所述第二人造微结构具有相同数 量级的几何尺寸。在本专利技术的实施方式中，所述第一人造微结构与所述第二人造微结构具有相同的几何形状。根据本专利技术的超材料可以实现对所有方向入射的电磁波均产生电场响应，进而对该电磁波进行调制。在具体应用中，无需考虑具体电磁波的入射角度，极大地方便了使用，降低了应用难度，扩大了使用范围，为超材料的扩大使用，提供了有利支持。附图说明图I示出了现有技术的超材料100 ；图2示出了电磁波的传播过程；图3a示出了根据本专利技术的一种能够实现对全方向入射的电磁波均产生响应的超材料200 ；图3b示出了第一人造微结构204及第二人造微结构205的几何形状；图3c示出了由第一人造微结构204及第二人造微结构205形成的一个微结构对的立体结构；图4a示出了根据本专利技术的另一种能够实现对全方向入射的电磁波均产生响应的超材料300 ；图4b示出了第一人造微结构304及第二人造微结构305的几何形状；图4c示出了由第一人造微结构304及第二人造微结构305形成的一个微结构对的立体结构；图5a示出了根据本专利技术的又一种能够实现对全方向入射的电磁波均产生响应的超材料400 ；图5b示出了由第一人造微结构、第二人造微结构、第三人造微结构及第四人造微结构形成的一个微结构对的立体结构。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。图I示出了现有技术的超材料100。该超材料100包括片状基材101以及附着在片状基材101上的多个人造微结构102，人造微结构102与其所附着的片状基材101的部分形成微结构单元103。由超材料技术可知，通过调节人造微结构102的几何形状、尺寸及其在基材101上的分布可以调整该超材料100上各微结构单元103的介电常数和/或磁导率。在这里需要说明的是，在每个微结构单元103中，组成该微结构单元103的片状基材的介电常数是确定的，在基材上设置人造微结构102后，该微结构单元103的介电常数和/或磁导率发生变化，使得微结构单元103的介电常数和/或磁导率与基材101的介电常数和/或磁导率不同。当电磁波入射到该超材料100上时，由于超材料上每个微结构单元103的介电常数和/或磁导率的不同分布，可以对该电磁波产生不同的调制。然而图I中所示的现有超材料并不能对所有入射的电磁波均产生响应，对于电场方向垂直于该超材料平面入射的电磁波，该超材料没有响应。建立三维笛卡尔坐标系，如图I中所示，假设该超材料位于该笛卡尔坐标系的X、Y轴所构成的平面内，那么图I中所示的超材料对于电场方向在Z轴方向上的入射电磁波没有响应。由电磁学可知，电磁波(又称电磁福射)是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量，并且电场、磁场的方向与电磁波的传播方向符合右手法则。图2不出了电磁波传播过 程中，电磁波传播方向与其电场、磁场传播方向的关系，其中电磁波的电场用E表不,磁场用H表不，K代表电磁波的传播方向。在超材料领域已知，不同的人造微结构会对电磁波产生不同的响应，该响应分为两类，即对电场的响应及对磁场的响应。而图I中所示的人造微结构102会对电场产生响应。对于图I中所示的超材料100，当电磁波入射到该超材料100上时，只要入射电磁波的电场E在超材料所在平面上有电场分量，该人造微结构就会对该电磁波产生响应。也即，只要入射的电磁波的电场E的方向与图I中所示方向不同，该超材料即可对该电磁波产生调制。但是对于电场E的方向垂直于该超材料，也即垂直于该人造微结构所在平面的入射电磁波，超材料对其没有响应。因而，现有技术的超材料不能实现对于所有向位入射电磁波的响应，这极大的限制了超材料的应用，增大了使用超材料的困难，不利于扩大超材料的应用范围。图3a示出了根据本专利技术的一种能够实现对全方向入射的电磁波均产生响应的超材料200。在图3a中，该超材料包括基材201，该基材201包括第一表面202及第二表面203，两个表面相互平行并且与图中X轴及Y轴所构成的平面平行，在该第一表面202上设置有多个第一人造微结构204，在该第二表面203上设置有多个第二人造微结构205，且每个第一人造微结构204与一个第二人造微结构205通过在基材201的通孔206连接而构成一个微结构对，其中在该孔中填充有与形成人造微结构材质相同的材料。图3b示出了第一人造微结构204及第二人造微结构205的几何形状。在本实施方式中，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全方向电场响应超材料，其特征在于，所述全方向电场响应超材料包括基材，所述基材包括相互平行的第一表面及第二表面，在所述第一表面上设置有多个第一人造微结构，在所述第二表面上设置有多个第二人造微结构，且每个所述第一人造微结构与一个所述第二人造微结构通过通孔连接而构成一个微结构对。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，栾琳，赵治亚，寇超锋，
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：