本发明专利技术涉及一种超材料成像装置，包括将物体表面漫反射的回波汇聚成像的第一超材料；第一超材料包括一功能层，所述功能层包括多个相互平行的片层，每一片层包括片状基板和附着在片状基板上阵列排布的多个人造微结构，所述片状基板分成多个单元块，每一人造微结构与其所占据的单元块构成一个单元格，每一片层沿第一方向排布的多个单元格分成第一中间区域以及位于第一中间区域两侧的多个第一带状区域，每一第一带状区域的折射率均向第一中间区域连续增大，且相邻两个第一带状区域的折射率不连续。本发明专利技术的超材料成像装置，使用了具有汇聚功能的第一超材料代替凸透镜实现成像，具有加工工艺简单的优势。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超材料领域，更具体地说，涉及一种超材料成像装置。
技术介绍
微波成像，就是先向目标发射电 磁波(微波波段)，再接收目标的散射回波进行成像。现有技术，将电磁波通过透镜汇聚到所测物体上，再将漫反射出来的部分电磁波通过透镜汇聚成像，透镜的汇聚是靠透镜的球面形状的折射来实现汇聚的，这种方法要得到高分辨率的成像图就需要制造的高精度的汇聚透镜，从加工工艺上来说是很难实现的。而且透镜的介质容易老化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种超材料成像装置，该装置用具有汇聚功能的超材料代替透镜，具有加工工艺简单的优势。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种超材料成像装置，所述装置包括将物体表面漫反射的回波汇聚成像的第一超材料；所述第一超材料包括一功能层，所述功能层包括多个相互平行的片层，每一片层包括片状基板和附着在片状基板上阵列排布的多个人造微结构，所述片状基板分成多个单元块，每一人造微结构与其所占据的单元块构成一个单元格，所述每一单元格具有各向异性的电磁参数，每一片层沿第一方向排布的多个单元格分成第一中间区域以及位于第一中间区域两侧的多个第一带状区域，每一第一带状区域的折射率均向第一中间区域连续增大，且相邻两个第一带状区域的折射率不连续。进一步地，同一片层沿垂直于第一方向的第二方向排布的多个单兀格其折射率相同。进一步地，所述第一超材料处于由第一方向与第二方向组成的平面上的多个单元格其中心位置的单元格的折射率最大，以此中心位置为圆心，处于同一圆环上的单元格的折射率相同，任一直径上的多个单元格其分成第二中间区域以及分布在第二中间区域两侧的多个第二带状区域，每一第二带状区域的折射率均向第二中间区域连续增大，且相邻两个第二带状区域的折射率不连续。进一步地，所述第一中间区域两侧的单元格的折射率以第一中间区域为中心对称分布，所述第二中间区域两侧的单元格的折射率以第二中间区域为中心对称分布。进一步地，每一片层上的多个人造微结构具有相同的图形，并且沿第一方向排布的多个人造微结构中尺寸最大的人造微结构位于第一中间区域，每一第一带状区域的人造微结构的尺寸均向第一中间区域连续增大，且相邻两个第一带状区域的人造微结构尺寸不连续。进一步地，每一片层沿第二方向排布的多个人造微结构其尺寸相同。进一步地，所述第一超材料处于由第一方向与第二方向组成的平面上的多个人造微结构中尺寸最大的人造微结构位于第二中间区域，处于同一圆环上的人造微结构尺寸相同，每一第二带状区域的人造微结构的尺寸均向第二中间区域连续增大，且相邻两个第二带状区域的人造微结构尺寸不连续。 进一步地，所述人造微结构为平面的工字形结构或平面雪花状结构。进一步地，所述第一超材料还包括设置在功能层入射面和/或出射面上的阻抗匹配层。进一步地，所述装置还包括辐射检测电磁波的辐射器以及将检测电磁波汇聚到待成像物体表面的汇聚元件，所述汇聚元件为凸透镜，或为与第一超材料功能结构相同的第二超材料。实施本专利技术的超材料成像装置，用具有汇聚功能的第一超材料代替了加工工艺要 求极高的透镜，因此加工艺简单，可以大大节省加工时间，提高加工效率。附图说明图I是本专利技术的超材料成像装置的结构示意图；图2是本专利技术的一种形式的单元格的结构示意图；图3是本专利技术的第一超材料其功能层的结构示意图；图4是本专利技术的第一超材料其功能层的电磁波汇聚示意图；图5为本专利技术的第一超材料其功能层在XZ平面上的折射率分布示意图。图6是本专利技术所提供的第一超材料其功能层与阻抗匹配层的组装示意图；图7是平面雪花状的人造微结构构成的单元格的示意图；图8是三维雪花状的人造微结构构成的单元格的示意图。具体实施例方式“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"所具有的三个重要特征(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(往往是自然界的材料所不具备的)；(3) “超材料"性质由构成材料的本征性质及其中的人造微结构共同决定。本专利技术利用超材料技术来构建一种超材料成像装置。具体如下如图I所示，根据本专利技术的超材料成像装置，包括辐射检测电磁波的辐射器200、将检测电磁波汇聚到待成像物体表面的汇聚元件300以及将物体表面漫反射的回波汇聚成像的第一超材料400。所述汇聚元件300为凸透镜，或为与第一超材料400功能结构相同的第二超材料。本实施例中，优选为第二超材料3。此处的功能结构相同，指的是第二超材料能够将辐射器200发出的电磁波汇聚到物体表面P。本专利技术中，辐射器200发出的检测电磁波由第二超材料3汇聚后，射到待成像物体的表面P，在待成像物体的表面P发生漫反射，漫反射的部分电磁波再通过第一超材料I汇聚成像。上面的辐射器可以是类似天线的发射机等装置。如图I至图3所示，本专利技术的第一超材料包括一功能层10，所述功能层10包括多个相互平行的片层1，每一片层I包括片状基板2和附着在片状基板2上阵列排布的多个人造微结构3，所述片状基板2分成多个单元块V，每一人造微结构3与其所占据的单元块V构成一个单元格4，每一片层I沿第一方向排布的多个单元格分成多个分布在第一中间区域SI两侧的第一带状区域D1，每一第一带状区域Dl的折射率均向第一中间区域SI连续增大，且相邻两个第一带状区域的折射率不连续。第一中间区域SI由一个单元格或由相同折射率的多个单元格组成。此处的折射率不连续是指，折射率不是连续增大，在相邻位置有个突变的过程，即相邻的两个第一带状区域的邻接位置的单元格的折射率向第一中间区域SI方向是突然减小的。例如，某两个相邻的第一带状区域Dl其折射率分别为2至5(连续增大)与3至6 (连续增大)，折射率为5的单元格与折射率为3的单元格相邻，则折射率先是2至5连续增大，再突变到3，没有连续增大，即可视为折射率不连续。每一单元块可以是完全相同的方块，可以是立方体，也可是长方体，每一单元块V的长、宽、高尺寸为入射电 磁波波长的五分之一以下(通常为波长的十分之一)，以使得整个超材料对电磁波具有连续的电场和/或磁场响应。所述每一单元格可以是各向同性，也可以是各向异性。对于具有平面结构的人造微结构，各向同性，是指对于在该二维平面上以任一角度入射的任一电磁波，上述人造微结构在该平面上的电场响应和磁场响应均相同，也即介电常数和磁导率相同；对于具有三维结构的人造微结构，各向同性是指对于在三维空间的任一方向上入射的电磁波,每个上述人造微结构在三维空间上的电场响应和磁场响应均相同。当人造微结构为90度旋转对称结构时，人造微结构即具有各向同性的特征。对于二维平面结构，90度旋转对称是指其在该平面上绕一垂直于该平面且过其对称中心的旋转轴任意旋转90度后与原结构重合，如图7所示的平面雪花状的人造微结构，当其中间呈十字垂直交叉的两根线相等且外侧垂直相交的四个分支也相等时，则由此人造微结构所构成的单元格表现出二维的各向同性；对于三维结构，如果具有两两垂直且共交点(交点为旋转中心)的3条旋转轴，使得该结构绕任一旋转轴旋转90度后均与原结构重合或者与原结构以一分界面本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超材料成像装置，其特征在于，所述装置包括：将物体表面漫反射的回波汇聚成像的第一超材料；所述第一超材料包括一功能层，所述功能层包括多个相互平行的片层，每一片层包括片状基板和附着在片状基板上阵列排布的多个人造微结构，所述片状基板分成多个单元块，每一人造微结构与其所占据的单元块构成一个单元格，每一片层沿第一方向排布的多个单元格分成第一中间区域以及位于第一中间区域两侧的多个第一带状区域，每一第一带状区域的折射率均向第一中间区域连续增大，且相邻两个第一带状区域的折射率不连续。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，季春霖，岳玉涛，
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：
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