[发明专利]一种三维放大透镜

说明书

技术领域

本发明属于微波成像领域，涉及一种微波三维放大装置。 

背景技术

随着纳米科学和生命科学的研究不断深入，希望获得更高的空间分辨率的要求也变得更为突出。由于凋落波迅速衰落，其所携带的高频信息就无法在自由空间中进行传输，所以传统的显微镜的分辨率都被限制在半个波长。如何克服衍射限制超越传统的分辨极限，是当前非常重要的一个热点研究问题。 

为了打破这个瓶颈，一系列的基于超材料的超透镜应运而生，但是这些超透镜都有个共同的缺点就是工作频段比较窄，而且仅仅存在在实验阶段，很难推广到具体应用。本发明利用一个改善的内嵌式透镜很好的解决了这些问题，性能稳定，工作频带较宽，这些都更便于将其推广到实际应用。 

发明内容

技术问题：本发明提供一种充分利用了新型人工电磁材料调控电磁波的特性，可将分辨率提升到原来的4倍，在整个X波段都起作用，整套装置易于加工可批量生产，还可推广到米波毫米波太赫兹以及光波段的三维放大透镜。 

技术方案：本发明的三维放大透镜为半球形结构，包括位于中心且介电常数恒定的半球形的放大部分和位于放大部分外部的匹配部分，匹配部分界面的介电常数与放大部分的介电常数相同，外界面的介电常数与空气的介电常数相同，匹配部分的介电常数沿半球形的径向，按如下函数关系递减： 

ϵb=(br)2·ϵ0---(1)]]>

其中ε_b为匹配部分上距离球心为r一点的介电常数，ε₀为外部空气的介电常数，r为匹配部分上一点距离球心的距离，b为球心到匹配部分外界面的距离。 

本发明中，放大部分的介电常数表达式为： 

ϵa=(ba)2·ϵ0---(2)]]>

其中ε_a为放大区域的介电常数，a为球心到放大部分和匹配部分分界面的距离。 

本发明的优选方案中，透镜的半球形结构由平行于底面的圆盘状切片叠加而成，切片上位于匹配部分的区域加工有用以减小介电常数的通孔，通孔在切片上的设置和分布方式满足匹配部分的介电常数递减关系。 

本发明的上述优选方案中，透镜的半球形结构中，当一个切片采用单一介电常数材质不能满足匹配部分的介电常数递减关系时，则该切片由介电常数从内向外依次减小的多个环形片材拼接而成。 

本发明是根据光学变换的理论设计的，利用光学变换，我们把介电常数、磁导率等张量和空间变换进行等效。整个变换实际上是人眼所看到的等效空间和实际客观存在的物理空间一种映射关系，在变换前后，空间没有发生变化，只是材料的电磁参数发生了转化。换言之，空间的扭曲完全等效为材料电磁参数的变换。经过一系列的公式推导，最终得到透镜折射率分布的参数表达式为(推导过程在具体实施方式中详细介绍)：