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，尤其涉及一种具有匹配层的超材料
背景技术：
超材料是指将具有一定图案形状和尺寸的人造微结构周期排列于基材上而构成的具有特殊电磁响应的新型人工合成电磁材料。基材上的人造微结构对入射电磁波产生响应以改变该点的介电常数和/或磁导率，将不同的人造微结构排布于基材上各点上，则能够改变基材各点的介电常数和/或磁导率，从而使得超材料整体的介电常数和/磁导率的分布呈一定的规律以对入射电磁波产生规律的响应，例如汇聚电磁波、偏折电磁波等。要实现上述特殊的电磁响应，超材料内部折射率的整体分布尤为重要。然而，众所周知的，当电磁波由一介质入射到另一介质时，电磁波将会发生折射，使得电磁波进入超材料的角度发生变化。通常计算超材料内部折射率分布时，以电磁波平行入射进入超材料进行近似计算，然而在实际应用中，由于上述电磁波偏折角度的变化使得近似计算的超材料分布并不准确，达不到所要实现的各类电磁波的特殊电磁响应，或者实现的效果并不理想。
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，提出一种超材料内部折射率分布更加精确、汇聚电磁波效果更加优良的超材料。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，其包括功能层与一层或多层匹配层；每一匹配层的折射率均匀分布且各匹配层折射率不相等，所述功能层由一层或多层折射率分布相同的超材料片层组成；所述超材料片层划分为多个超材料单元，每一超材料单元包括基材单元以及附着于所述基材单元的人造微结构；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，相同半径的超材料单元折射率相等；随着半径的增大，对应半径的超材料单元折射率随之减小且相邻半径的超材料单元折射率变化值随之增大；由点源发出的球面电磁波经过匹配层后其入射进入功能层的入射角度小于球面电磁波直接入射进入功能的入射角度使得球面电磁波通过功能层后以平面电磁波形式出射。进一步地，所述匹配层包括N层匹配层，各匹配层的厚度从最外侧至最内侧分别为Clpdfdn，折射率分别为ni、rvnn ;点源与功能层中心点的连线垂直于匹配层和功能层表面且所述连线与所述最外侧匹配层表面的交点为第一交点，所述第一交点与所述点源的距离为ss，所述第一交点与所述点源发出的球面电磁波入射进入最外侧匹配层的入射点的距离为％，功能层上对应y。的超材料单元的折射率为
权利要求
1.一种超材料，其特征在于包括功能层与一层或多层匹配层；每一匹配层的折射率均匀分布且各匹配层折射率不相等，所述功能层由一层或多层折射率分布相同的超材料片层组成；所述超材料片层划分为多个超材料单元，每一超材料单元包括基材单元以及附着于所述基材单元的人造微结构；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，相同半径的超材料单元折射率相等；随着半径的增大，对应半径的超材料单元折射率随之减小且相邻半径的超材料单元折射率变化值随之增大；由点源发出的球面电磁波经过匹配层后其入射进入功能层的入射角度小于球面电磁波直接入射进入功能的入射角度使得球面电磁波通过功能层后以平面电磁波形式出射。
2.如权利要求I所述的超材料，其特征在于所述匹配层包括N层匹配层，各匹配层的厚度从最外侧至最内侧分别为dpcV-dn，折射率分别为ni、rvnn ;点源与功能层中心点的连线垂直于匹配层和功能层表面且所述连线与所述最外侧匹配层表面的交点为第一交点，所述第一交点与所述点源的距离为ss，所述第一交点与所述点源发出的球面电磁波入射进入最外侧匹配层的入射点的距离为y。，功能层上对应I0的超材料单元的折射率为
3.如权利要求2所述的超材料，其特征在于在超材料片层上呈圆形分布且折射率为n(r)的超材料单元的圆半径!■为
4.如权利要求I至3任一项所述的超材料，其特征在于所述功能层厚度与所述功能层高度相等。
5.如权利要求I所述的超材料，其特征在于所述超材料单元尺寸为所述点源发出的球面电磁波波长的十分之一至五分之一。
6.如权利要求I所述的超材料，其特征在于所述人造微结构为具有平面几何拓扑形状的人造金属微结构。
7.如权利要求6所述的超材料，其特征在于所述具有平面几何形状的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金属微结构以所述超材料片层中心点为圆心呈圆形分布，相同半径的人造金属微结构的尺寸相等；随着半径的增大，对应半径的人造金属微结构尺寸随之减小且相邻半径的人造金属微结构尺寸的变化值随之增大。
8.如权利要求7所述的超材料，其特征在于所述人造金属微结构的平面几何拓扑形状为“工”字形，包括竖直的第一金属分支以及位于所述第一金属分支两端且垂直于所述第一金属分支的第二金属分支。
9.如权利要求8所述的超材料，其特征在于所述人造金属微结构还包括位于所述第二金属分支两端且垂直于所述第二金属分支的第三金属分支。
10.如权利要求7所述的超材料，其特征在于所述人造金属微结构的平面几何拓扑形状为平面雪花型，包括相互垂直的两条第一金属分支以及位于所述第一金属分支两端且垂直于所述第一金属分支的第二金属分支。
全文摘要
本发明公开一种超材料，其包括功能层与一层或多层匹配层，每一匹配层的折射率均匀分布且各匹配层折射率不相等，功能层由一层或多层折射率分布相同的超材料片层组成；超材料片层划分为多个超材料单元，每一超材料单元包括基材单元以及附着于所述基材单元的人造微结构；由点源发出的球面电磁波经过匹配层后其入射进入功能层的入射角度小于球面电磁波直接入射进入功能的入射角度使得球面电磁波通过功能层后以平面电磁波形式出射。本发明通过在功能层外设置多层匹配层使得功能层内的折射率分布对电磁波的响应更为精确。
文档编号H01Q15/02GK102810754SQ20111017954
公开日2012年12月5日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者刘若鹏, 季春霖, 岳玉涛, 李双双 申请人:深圳光启高等理工研究院, 深圳光启创新技术有限公司