专利名称：一种超材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及超材料领域，特别是涉及ー种能将多频电磁波中的特定单频电磁波分束的超材料。
背景技木超材料是指ー些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料；通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料由介质基板和设置在基板上的多个人造微结构单元组成，其中，每个人造微结构包含ー个人造微结构；每个人造微结构大小一般小于1/10个波长，其对外加电场和/或磁场具有电响应和/或磁响应，从而具有表现出等效介电常数和/或等效磁导率。人造 微结构的等效介电常数和等效磁导率由其拓扑结构和几何尺寸參数决定，可人为设计和控制。并且，人造微结构可以具有人为设计的各向异性的电磁參数。电磁波(又称电磁辐射)是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效地传递能量和动量。电磁福射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等。人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。光的色散指复色光分解为単色光而形成光谱的现象。光的色散可以利用棱镜或光栅等作为“色散系统”的仪器来实现。复色光进入棱镜后，由于它对各种频率的光具有不同折射率，各种色光的传播方向有不同程度的偏折，因而在离开棱镜时就各自分散，形成光谱。几列波在媒质中传播，它们的频率不同，传播速度亦不同，这种现象叫色散，在物理学中，把凡是与波速、波长有关的现象，叫作色散；电磁波的色散是指包含多个频率的多频电磁波分解为几个单频电磁波，多频电磁波在通过介质时，因为介质对各个单频电磁波的折射率不同，所以多频电磁波会产生色散；但是一般的，多频电磁波是连续频率的电磁波，即是某个频率段的电磁波，各个单频电磁波的频率都是逐渐变化的，所以在通过介质吋，偏折角也是逐渐变化的。现有技术中，能色散多频电磁波，但是对于各个单频电磁波之间的相对变化是微小的，不能达到分束多频电磁波的效果，即如果需要将ー个多频电磁波中某一个或者某几个特定频率的单频电磁波分束，现有技术是难以做到的。
发明内容本发明提供了一种能将多频电磁波中的特定单频电磁波分束的超材料，能使ー个多频电磁波中某一个或者某几个特定频率的单频电磁波分束。ー种超材料，其特征在干，该超材料包括基板和多个设置在基板上的人造微结构単元，该人造微结构単元有至少ー个人造微结构。本发明提供的超材料，通过设计多个谐振频率各不相同的人造微结构，从而使得多频电磁波通过超材料时，能使该多频电磁波中与人造微结构的谐振频率相同频率的单频电磁波产生谐振，发生色散，从而达到将ー个多频电磁波中某一个或者某几个特定频率的单频电磁波分束的目的。
图I是本发明实施例一超材料的示意图；图2是本发明实施例一中组成超材料的人造微结构的示意图；图3是本发明实施例ニ超材料的示意图；图4是本发明实施例ニ中组成超材料的人造微结构的示意图； 图5是本发明实施例ニ中组成超材料的另一人造微结构的示意图；图6是本发明应用例中组成超材料的人造微结构的示意图；图7是本发明应用例超材料的不意图。
具体实施方式本发明实施例提供了ー种超材料，该超材料包括基板和多个设置在基板上的具有一个或者多个谐振点的人造微结构单元组成。下面进行详细说明。请參阅图I、图2，本发明实施例中ー种超材料的第一实施例包括如图I所示，超材料11由基板12和多个均匀分布在基板12上的人造微结构单元13组成，其中，人造微结构单元13有至少ー个人造微结构。如图2中的人造微结构21和人造微结构22所示；其中金属结构21和人造微结构22的谐振频率不同，即各有一个谐振点；人造微结构与基板结合可以等效为LC振荡电路，当电磁波入射时会发生电磁谐振，并对不同频率的电磁波产生不同的电磁响应，当电磁波发生谐振时，因为不同频率的电磁波的偏折不同，所以电磁波会发生色散，从而能使电磁波分束。在本实施例中，通过设计多个谐振频率各不相同的人造微结构，从而使得多频电磁波通过超材料时，能使该多频电磁波中与人造微结构的谐振频率相同频率的单频电磁波产生谐振，发生色散，从而达到将ー个多频电磁波中某一个或者某几个特定频率的单频电磁波分束的目的。请參阅图3、图4、图5，本发明实施例中ー种超材料的第二实施例包括如图3所示，超材料31由基板32和多个均匀分布在基本32上的人造微结构单元33组成，其中，人造微结构単元33包含ー个人造微结构34，如图4所示，人造微结构有ー个谐振点，即有ー个谐振频率，当一束包含与人造微结构単元33的谐振频率相同的多频电磁波通过该超材料时，该单频率电磁波发生色散；其中，人造微结构的谐振频率是根据预先设置的谐振点对应的频率来设置的，通过改变人造微结构的介电常数和磁导率来改变人造微结构的谐振频率，预先设置的谐振点对应的频率是根据需要使之发生色散的单频电磁波的频率确定的；其中，人造微结构単元还可以包含多个人造微结构，如图5所示，人造微结构単元50包括人造微结构51、人造微结构52和人造微结构53，每个人造微结构的谐振频率都不相同，即该人造微结构単元50有三个不同的谐振点；当一束包含与人造微结构単元50的谐振点对应的频率相同的多频电磁波通过该超材料时，因为不同单频率电磁波的折射率不一样，所以该多个单频率电磁波发生色散，从而达到将ー个多频电磁波中某一个或者某几个特定频率的单频电磁波分束的目的；其中，人造微结构的谐振频率是根据预先设置的谐振点对应的频率来设置的，通过改变人造微结构的介电常数和磁导率来改变人造微结构的谐振频率，预先设置的谐振点对应的频率是根据需要使之发生色散的的单频电磁波的频率确定的；组成超材料的人造微结构在空间中是呈均匀性的周期阵列的；人造微结构具有特定形状的附着在所述基板上的金属线，所述形状为非旋转90度对称图案；在本应用例中，通过设计多个谐振频率各不相同的人造微结构，从而使得多频电磁波通过超材料时，能使该多频电磁波中与人造微结构的谐振频率相同频率的单频电磁波产生谐振，发生色散，从而达到将ー个多频电磁波中某一个或者某几个特定频率的单频电磁波分束的目的。 下面是本发明的ー个应用例，即结合图6、图7对本发明ー种超材料的做详细的描述，包括如果需要在IG赫兹到100G赫兹的多频电磁波中分出55G赫兹、70G赫兹和90G赫兹三束单频电磁波，我们需要使这三个频率的单频电磁波发生谐振，引起色散；首先，需要设计ー个由三个人造微结构组成的人造微结构単元，并且该三个人造微结构的谐振频率分别与需要分束的三束单频电磁波的频率相同；如图6所示，我们以三个雪花型组成的人造微结构单元60为例,人造微结构单元60由人造微结构61、人造微结构62以及人造微结构63组成,其中，人造微结构61、人造微结构62以及人造微结构63的介电常数和磁导率都不相同，从而使得该三个人造微结构的谐振频率都不相同人造微结构61的谐振频率为55G赫兹，人造微结构62的谐振频率为70G赫兹，人造微结构63的谐振频率为90G赫兹；将人造微结构单元均匀分布在基板上，组成了本发明实施例中的超材料；要使得电磁波色散，需要电磁波的频率与人造微结构的谐振频率相同，发生谐振，人造微结构的谐振频率可以通过人为地改变人造微结构的介电常数和磁导率来改变。如图7所示，在基板71上均匀分布多个人造微结构单元60，每个人造微结构单元由三个人造微结构组成；多频电磁波的频率段是IG赫兹到100G赫兹之间，当该多频电磁波通过该超材料吋，55G赫兹的单频电磁波、70G赫兹的单频电磁波以及90G赫兹的单频电磁波的频率分别与组成人造微结构単元60的三个人造微结构的频率相同，因为不同单频率电磁波的折射率不一样，所以上述三个单频电磁波与对应的人造微结构两者发生谐振，使得多频电磁波发生色散，从而使得频率为55G赫兹、70G赫兹以及90G赫兹的三束单频电磁波的偏折角度发生了非常大的变化，从而被明显分束。在本应用例中，通过设计多个谐振频率各不相同的人造微结构，从而使得多频电磁波通过超材料时，能使该多频电磁波中与人造微结构的谐振频率相同频率的单频电磁波产生谐振，发生色散，从而达到将ー个多频电磁波中某一个或者某几个特定频率的单频电磁波分束的目的。上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗g和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属 于本发明的保护之内。
权利要求
1.ー种超材料，其特征在于，所述超材料包括基板和多个设置在基板上的人造微结构単元，所述人造微结构単元有至少ー个人造微结构。
2.根据权利要求I所述的超材料，其特征在于，所述人造微结构単元包括至少ー个谐振频率。
3.根据权利要求2所述的超材料，其特征在于，根据预先设置的谐振点对应的频率，设置每个所述人造微结构的谐振频率。
4.根据权利要求3所述的超材料，其特征在于，所述设置每个所述人造微结构的谐振频率包括 通过改变所述人造微结构的介电常数和磁导率来设置所述人造微结构的频率。
5.根据权利要求I所述的超材料，其特征在于，所述多个人造微结构在空间中呈均匀性的周期阵列。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的超材料，其特征在于，所述人造微结构为具有特定形状的附着在所述基板上的金属线，所述形状为非旋转90度对称图案。
全文摘要
本发明实施例提供了一种能将多频电磁波中的特定单频电磁波分束的超材料，该超材料包括基板和多个设置在基板上的人造微结构单元，该人造微结构单元有至少一个人造微结构；该超材料能对不同频率的入射电磁波产生不同的电磁响应，从而导致不同频率的电磁波的偏折不同，所以电磁波会发生色散，从而能使电磁波分束。
文档编号H01Q1/36GK102683808SQ20111006611
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者刘若鹏, 栾琳, 石小红, 赵治亚 申请人:深圳光启创新技术有限公司, 深圳光启高等理工研究院