[发明专利]具有90°极化偏转特性的手征超材料的微单元结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种微结构材料，特别是具有电磁特性的人工复合微结构材料，应用于电磁通信技术领域。

背景技术

超材料是一种具有自然界材料所不具备的超常物理性质的一种人工复合结构。手征超材料通过周期性排列的人工微结构,来实现一些特殊的电磁特性,比如负折射率、极化偏转特性等。目前,手征超材料一般由多个叠加在一起的超材料片层构成。每一个超材料片层由金属微结构及介质基板构成。超材料的电磁响应是由人工微结构的形状和结构尺寸决定的。通过微结构之间的耦合效应，得到一些反常的电磁响应。通常人工微结构的尺寸是产生电磁响应的电磁波长的十分之一左右，所以称之为微结构材料。

随着超材料的日益发展,人们根据不同的微结构实现了自然界材料所不具有的电磁特性,例如负折射、非对称传输特性，可用于制作隐身斗篷、完美透镜等。随着超材料的进一步深入研究,超材料将具有更多的新的电磁特性。手征超材料的结构特性以及它特有的极化偏转特性使其为负折射材料研究开启了新的篇章，成为负折射率材料研究的一个新课题，但目前制备的手征超材料的极化偏转特性还不够理想。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有90°极化偏转特性的手征超材料的微单元结构，通过金属短截线与十字交叉线的旋转，沿传输方向获得了不同的位置关系，从而得到了一种新的金属短截线与十字交叉线组合的手征结构，该结构与其镜像不对称，通过电磁仿真软件CST模拟验证本发明微单元结构实现了良好的90°极化偏转特性。

为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：

一种具有90°极化偏转特性的手征超材料的微单元结构，包括介质基板、设置于介质基板上表面的上层人工金属微结构和设置于介质基板下表面上的底层人工金属微结构，上层人工金属微结构由设置于介质基板上表面的上层金属短截线阵列和上层十字交叉线构成，形成平面式结构，上层金属短截线阵列由4条直线型的短截线金属片构成，分别为以其中一条短截线金属片绕着对称中心旋转0°、90°、180°和270°而形成的不同的短截线金属片，上层金属短截线阵列的各短截线金属片与上层十字交叉线均不相连，上层十字交叉线位于由上层金属短截线阵列的4条短截线金属片围成的区域内，上层十字交叉线由互相垂直的两条直条型金属片构成，上层十字交叉线的任意一条直条型金属片与上层金属短截线阵列任意一条短截线金属片之间保持45°的偏转角度位置关系，底层人工金属微结构和上层人工金属微结构所在的平面形成空间平行关系，底层人工金属微结构和上层人工金属微结构的结构互相保持镜像不对称，底层人工金属微结构的各部分是由上层人工金属微结构的各对应部分分别经过空间旋转和平移得到的，底层人工金属微结构由设置于介质基板下表面的下层金属短截线阵列和下层十字交叉线构成，其中下层金属短截线阵列是由上层金属短截线阵列沿Y轴旋转180°并沿着Z轴平移与介质基板厚度相同的距离而形成的，下层十字交叉线是上层十字交叉线在XY平面上围绕Z轴顺时针旋转30°并沿着Z轴平移与介质基板厚度相同的距离而成的。

作为本发明优选的技术方案，介质基板的厚度为1.2-2.0mm，即底层人工金属微结构和上层人工金属微结构之间的距离为1.2-2.0mm。

作为上述技术方案优选的技术方案，上层金属短截线阵列的各条短截线金属片和上层十字交叉线的各条直条型金属片的宽度皆相同。

作为上述技术方案优选的技术方案，上层金属短截线阵列的对称中心与上层十字交叉线的对称中心重合。

作为上述技术方案优选的技术方案，底层人工金属微结构和上层人工金属微结构采用金、银和铜中的任意一种单质材料或任意几种金属的复合材料制成。

作为上述技术方案优选的技术方案，介质基板采用介电常数为2.65的FB4-2材料制成。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明的金属短截线手征超材料微结构是通过金属结构之间的旋转得到的，即介质基板下表面的人工金属微结构是上表面结构通过绕着不同的轴平移、旋转得到，通过改变介质基板上表面与下表面金属结构的位置关系，从而改变了结构的形状，使其具有特殊的电磁特性；

2.本发明微结构的结构简单，易于制作，在工作频率段内具有良好的90^o极化偏转特性，可以广泛的运用于光偏转器、光旋转器等光电子设备中。

附图说明

图1是本发明优选实施例微单元结构的上层人工金属微结构示意图。