[发明专利]一种超材料

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其涉及一种超材料。 

背景技术

光，作为电磁波的一种，其在穿过玻璃的时候，因为光线的波长远大于原子的尺寸，因此我们可以用玻璃的整体参数，例如折射率，而不是组成玻璃的原子的细节参数来描述玻璃对光线的响应。相应的，在研究材料对其他电磁波响应的时候，材料中任何尺度远小于电磁波波长的结构对电磁波的响应也可以用材料的整体参数，例如介电常数ε和磁导率μ来描述。通过设计材料每点的结构使得材料各点的介电常数和磁导率都相同或者不同从而使得材料整体的介电常数和磁导率呈一定规律排布，规律排布的磁导率和介电常数即可使得材料对电磁波具有宏观上的响应，例如汇聚电磁波、发散电磁波等。该类具有规律排布的磁导率和介电常数的材料我们称之为超材料。 

由于超材料的介电常数和磁导率的分布完全是人为制定的，因此针对不同的功能，可制定不同的介电常数和磁导率分布。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种能汇聚电磁波的超材料，且该超材料使得水平极化的电磁波和垂直极化的电磁波在通过该超材料时汇聚于不同的点。 

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种超材料，其包括：一层或多层折射率分布相同的超材料片层，每一超材料片层被划分多个超材料单元，每一超材料单元包括基材单元以及附着于基材单元上的人造微结构；所有 的超材料单元以所述超材料片层中心点为圆心呈圆形分布，同一圆上的超材料单元折射率相等；随着半径的增大，对应半径的圆上的超材料单元折射率随之减小且相邻半径圆上的超材料单元折射率变化值随之增大；所述人造微结构对相同入射方向、不同极化方式的电磁波具有不同的电磁响应。 

进一步地，所述超材料单元尺寸为入射电磁波波长的十分之一至五分之一。 

进一步地，所述人造金属微结构在超材料片层上的排布规律为：所有的人造微结构以所述超材料片层中心点为圆心呈圆形分布，同一圆上的人造微结构尺寸相等；随着半径的增大，对应半径的圆上的人造微结构尺寸随之减小且相邻半径圆上的人造微结构尺寸变化值随之增大。 

进一步地，所述人造微结构为人造金属微结构，包括相互平行的第一金属分支，连接所述第一金属分支的第二金属分支；所述第一金属分支即不垂直于水平方向也不垂直于竖直方向。 

进一步地，所述第二金属分支为连接所述第一金属分支中点的直线型金属分支。 

进一步地，所述人造微结构为人造金属微结构，包括相互垂直的第一金属分支和第二金属分支，设置于第一金属分支两端且垂直于第一金属分支的第三金属分支，设置于第二金属分支两端且垂直于第二金属分支的第四金属分支；所述第一金属分支和所述第二金属分支长度不相等。 

进一步地，所述人造微结构为人造金属微结构，包括相互垂直的第一金属分支和第二金属分支，设置于第一金属分支两端且垂直于第一金属分支的第三金属分支，设置于第二金属分支两端且垂直于第二金属分支的第四金属分支；所述第三金属分支和所述第四金属分支面积不相等。 

进一步地，所述第三金属分支和所述第四金属分支面积不相等。 

进一步地，所述基材单元由陶瓷、高分子聚合物、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。 

进一步地，所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或粒子 刻附着于所述基材单元。 

本发明通过在基材上周期排布人造金属微结构，使之对入射电磁场产生响应以构成超材料，且人造金属微结构满足排布规律：所有的人造金属微结构以所述超材料片层中心点为圆心呈圆形分布，同一圆上的人造金属微结构尺寸相等；随着半径的增大，对应半径的圆上的人造金属微结构尺寸随之减小且相邻半径圆上的人造金属微结构尺寸变化值随之增大，使得电磁波通过该超材料时能够被汇聚。进一步地，本发明的人造金属微结构对入射方向相同但极化方向不同的电磁波具有不同的电磁响应，使得不同极化方向的电磁波在通过该超材料时能汇聚于不同的焦点。 

附图说明

图1为本发明一种超材料的结构示意图； 

图2为本发明一种超材料XY平面的折射率分布示意图； 

图3为本发明超材料上附着的人造金属微结构的第一较佳实施方式； 

图4为本发明超材料上附着的人造金属微结构的第二较佳实施方式。 

图5为图4所示人造金属微结构拓扑图案的第一衍生图； 

图6为图4所示人造金属微结构拓扑图案的第二衍生图。 

具体实施方式