[发明专利]汇聚电磁波的超材料

说明书

技术领域

本发明涉及电磁通讯领域，更具体地说，涉及一种汇聚电磁波的超材料。

背景技术

超材料是一种新型材料，是由非金属材料制成的基材和附着在基材表面上或嵌入在基材内部的多个人造微结构构成的。基材可以虚拟地划分为矩形阵列排布的多个立方体形基材单元，每个基材单元上附着有一个人造微结构从而形成一个超材料单元，整个超材料即是由数十万、百万甚至上亿的这样的超材料单元组成的，就像晶体是由无数的晶格按照一定的排布构成的。每个超材料单元上的人造微结构相同或者不完全相同。人造微结构是组成一定几何图形的圆柱形或扁平状金属丝，例如组成圆环形、I形的金属丝等。

由于人造微结构的存在，每个超材料单元具有不同于基材本身的等效介电常数和等效磁导率，因此所有的超材料单元构成的超材料对电场和磁场呈现出特殊的响应特性；同时，对人造微结构设计不同的具体结构和形状，可改变其单元的等效介电常数和等效磁导率，进而改变整个超材料的响应特性。

像透镜能汇聚平行光到一点上一样，人们也在寻找能够将平面电磁波汇拢甚至汇聚到一点上的超材料，只是现有技术尚未做到这一点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种汇聚电磁波的超材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种汇聚电磁波的超材料，包括分别以相互垂直的y方向和z方向为列和行而阵列排布的多个体积相同的立方形超材料单元，每一行上的各超材料单元的折射率相同，每一列上自一中间超材料单元向两端其折射率逐渐减小，且相邻超材料单元之间的折射率变化量自所述中间超材料单元向两端逐渐增大；所述超材料单元对电磁波呈各向异性。

在本发明所述的汇聚电磁波的超材料中，每一列上的各超材料单元的折射率依次为b₁，b₂，b₃，……，b_q，b_q+1，b_q+2，……，b_m，其中q为大于1的自然数，m为大于2的自然数，折射率为b_q的超材料单元为所述超材料单元，各折射率满足：

(b₂-b₁)≥(b₃-b₂)……≥(b_q-1-b_q)；

(b_q+1-b_q+2)≤(b_q+2-b_q+3)……≤(b_m-1-b_m)。

在本发明所述的汇聚电磁波的超材料中，每一列超材料单元的折射率成对称分布，即：

当m为奇数时，各折射率满足q＝(m+1)/2，b₁＝b_m，b₂＝b_m-1，……，b_q-1＝b_q+1；

当m为偶数时，各折射率满足q＝m/2，b₁＝b_m，b₂＝b_m-1，……，b_q＝b_q+1。

在本发明所述的汇聚电磁波的超材料中，所述超材料单元包括立方形的基材单元和附着在基材单元上的一个人造微结构，每个超材料单元的基材单元完全相同。

在本发明所述的汇聚电磁波的超材料中，每一行超材料单元上的人造微结构完全相同，使得其超材料单元的折射率均相同；每一列上的超材料单元自所述中间超材料单元向两端其人造微结构逐渐减小，使得其超材料单元的折射率逐渐减小。

在本发明所述的汇聚电磁波的超材料中，所述超材料包括向x、y、z三个两两垂直正交的方向阵列排布的多个超材料单元。

在本发明所述的汇聚电磁波的超材料中，沿x方向排布而构成的每一堆叠序列上的各超材料单元的折射率均相等。

在本发明所述的汇聚电磁波的超材料中，沿x方向排布而构成的每一堆叠序列上的各超材料单元，其折射率也自另一中间超材料单元向两端逐渐减小，且相邻超材料单元之间的折射率变化量自所述中间超材料单元向两端逐渐增大。

在本发明所述的汇聚电磁波的超材料中，所述超材料单元上的人造微结构为非90度旋转对称结构，使得所述超材料单元对电磁波呈各向异性。