[发明专利]一种宽带低色散的高折射率超材料

说明书

本发明公开了一种宽带低色散的高折射率超材料，包括若干阵列分布的高折射率单元，每个所述高折射率单元包括由上至下设置的上金属层、介质层和下金属层，所述上金属层和下金属层分别贴合在所述介质层的两面上，所述上金属层和下金属层的结构相同，所述上金属层包括环形金属贴片和双工字型金属贴片，所述双工字型金属贴片设置在所述环形金属贴片内部。通过改变相邻两个高折射率单元之间间隔的大小、双工字型金属贴片的结构参数以及环形金属贴片的结构参数，可以调节等效折射率的值、带宽以及平坦度，使本发明的应用领域更宽，实用性更强。

技术领域

本发明涉及电磁超材料技术领域，尤其涉及一种宽带低色散的高折射率超材料。

背景技术

近年来，超材料在国内外引起了巨大的研究热潮，这一概念由美国德克萨斯州立大学的Rodger M.Walser在1999年首次提出。超材料是由周期性排列的亚波长尺度的结构单元组成的人造材料，通过合理设计结构单元，可以实现任意介电常数和磁导率，使之具有自然材料所不具备的电磁特性。

高折射率超材料凭借其独特的电磁特性在各领域引起了极大的关注。利用高折射率材料可以有效增大显微镜的数值孔径，从而大大增加显微镜的分辨率。同时，在一个宽频域内均能保持高折射率的超材料还会产生慢光效应，这样可以增强延迟线的存储能和干涉仪的光谱灵敏度。但是，目前提出的高折射率超材料，只能在很窄的频带内实现高折射率，而且还具有较强的色散特性，这在实际应用中很受限制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种宽带低色散的高折射率超材料，其高折射率单元是基于环型结构和双工字型结构形成的复合结构。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种宽带低色散的高折射率超材料，包括若干阵列分布的高折射率单元，每个所述高折射率单元包括由上至下设置的上金属层、介质层和下金属层，所述上金属层和下金属层分别贴合在所述介质层的上下两面上，所述上金属层和下金属层的结构相同，所述上金属层包括环形金属贴片和双工字型金属贴片，所述环形金属贴片和双工字型金属贴片均贴合安装在介质层上，所述双工字型金属贴片设置在所述环形金属贴片内部。

进一步，所述上金属层和下金属层互为镜像设置。

进一步，所述高折射率单元的形状为正方形。

进一步，所述双工字型金属贴片设置在所述环形金属贴片中间，所述双工字型金属贴片与所述环形金属之间的缝隙宽度为0.2mm。

进一步，所述金属层材料为铜。

进一步，所述介质层的材料为FR4，相对介电常数为4.3。

本发明的有益效果：

本发明提出了由上金属层和下金属层及介质层构建的高折射率超材料，其中在磁谐振点上，双层超表面的反向表面电流与介质层中的位移电流形成电流环，且环形电流产生的磁矩与外界磁场方向相同，从而形成顺磁效应。这种顺磁效应使得磁导率得到大大的提高，最终实现折射率的提高。并且，通过改变相邻两个高折射率单元之间间隔的大小、双工字型金属贴片的结构参数以及环形金属贴片的结构参数，可以调节等效折射率的值、带宽以及平坦度，使本发明的应用领域更宽，实用性更强。

附图说明

图1是本发明实施例提供的宽带低色散的高折射率超材料的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的宽带低色散的高折射率超材料的高折射率单元的主视图；

图3是本发明实施例提供的宽带低色散的高折射率超材料的高折射率单元的侧视图；

图4是本发明实施例中的高折射率单元在磁谐振点9.86GHz的表面电流分布图；

图5是本发明实施例的仿真s参数的幅值曲线；