专利名称：特异材料的制作方法
技术领域：
本发明的领域是特异材料(Metamaterial)。本发明的另一个领域是复合特异材料。本发明的另一个领域是透镜和光学元件。本发明的另一个领域是磁性元件。
背景技术：
现有包括本发明人及同事等所作出的范例，其中在本文称之为特异材料的人工构造材料中获得了在常规材料中要么目前无法观察到、要么难以实现的电磁材料响应。非常规的特异材料响应的实例可在负折射率特异材料中发现，该材料在有限频带以上同时具有负介电系数(e )和导磁率(U )。由于负折射率是现有材料中不可得的一种材料特征，因此 负折射的基本性质成为特异材料在材料物理学中的一个关键用途。可通过Drude-Lorentz (德鲁特-洛仑兹)模型给出对材料响应的概要说明，其给出以下e和U的频散形式s(m) = -Tff■■■■■■■■■■—
m -m;e + ii^m
激2= I — —-f".........,Z
+/TmO)这些形式或极其近似的表达式不仅可用于描述常规材料响应，也可用于人工构造的特异材料的响应。在比谐振频率(或大的频率上，e或者U会具有负值。可设计出电或磁谐振方面没有等同的已知材料的特异材料。电和磁谐振可处于特异材料结构中的任何频率上。具体地，通过组合电和磁结构，可实现在一频带上e和ii同时为负的材料。对于这种材料，由e和U乘积的平方根所确定的折射率是实数，表明这种材料对于辐射是透明的。但是，已示出当e和U都为负时，平方根的符号的正确选择是负。这样，对于e和U都是负的材料，也可表征为负折射率材料(NM)。现有技术中的特异材料包括由裂环谐振器(split ring resonator)阵列构成的宏观晶胞(macroscopic cell)的集合。这些例子在部分本发明人及同事的在先工作中描述。2001年3月16日申请的题为Left Handed Composite Media (左手复合介质)的公开号为US-2001-0038325-A1及申请号为09/811，376的美国专利在此引用作为参考。负折射率材料的范例已证实有关负折射率材料会拥有的特征的各种理论。由于基础物理学解释总是考虑右手磁材料和正折射率，许多基础电磁学和光学原理需要重新考虑
发明内容
这里提供一些本发明特征的概述以强调本发明的某些方面。其它发明特征可在所附实施例的描述中找到。在本发明的一些实施例中，特异材料用于实现光学效应。这里所说的光学兀件和光学效应包括对可见光波长以及对电磁波的控制。在本发明的实施例中，优化负折射率材料以生成负折射率透镜。在本发明的另一些实施例中，修改特异材料以形成衍射光学器件。在本本发明的另一些实施例中，修改特异材料以形成梯度折射率光学器件。在本发明的实施例中，光学器件具有可计量的效应。计量(scaling)可用于制造特异材料，包括在宽频(即从低频(RF、微波)频率到高频(mm、THz))范围内的负折射率透镜、衍射光学器件以及梯度折射率器件。本发明的负折射率特异材料透镜比正折射率透镜表现出减小的像差。作为示例实施例，本发明的一个平凹负折射率特异材料透镜，折射率值为-0.61，使像差最小化。由于本发明的示范特异材料由宏观晶胞形成，并由于物理特征(尺寸、电介质材料类型、相对位置、几何结构等)可改变，一般而言可使其它负折射率透镜中及本发明的器件中的光学效应最优化。在THz及更低时该效应更容易实现，但特异材料的性质也允许在可见波长下实现光学效应。
本发明的示范特异材料由多个宏观晶胞形成。这在光学和其它器件的形成中具有许多优势。在本发明的衍射光学器件的情况下，特异材料的表面轮廓被修正成具有更广的频率带宽(较小色差)和其它优势的衍射表面。特异材料的性质还可逐晶胞地修正晶胞以生成梯度折射率光学元件。梯度折射率透镜具有许多光学应用。特异材料的优势在于可根据需要特别修正折射率轮廓以提供聚焦、射束控制、射束成形或其它光学功能。由于特异材料基于宏观晶胞，可实现材料的逐晶胞地调整及有源控制。结合梯度折射构思以及可由有源电子器件或电磁器件实现的上述控制，可实现适应性的光学器件。
图I (a) -I (d)示出本发明的一种示例性特异材料的各种视图；图2示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图3示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图4示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图5示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图6示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图7示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图8示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图9示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图10示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图11示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图12示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图13示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图14示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图15 (a)-15 (c)示出本发明的一种示例性特异材料；图16示出本发明的一种示例性特异材料；
图17(a) - 17(b)示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图18示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图19示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图20示出本发明的一种示例性特异材料；图21 (a) -21 (b)概略示出本发明的一种示例性特异材料的一个方面；图22概略示出本发明的一种示例性特异材料的一个方面；图23(a)_23(e)示出本发明的一种示例性模块特异材料；图24(a)_24(d)概略示出在本发明的各种特异材料中使用的导体谐振器；
图25(a)_25(i)概略示出用于制造本发明的特异材料的示例性方法；图26(a)_26(b)示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图27示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图28示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图29示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图30示出本发明的一种示例性特异材料的特性；图31概略示出本发明的一种示例性特异材料的一个方面；
具体实施例方式本发明的实施例引入极大扩展特异材料特性范围的各种新的特异材料，使得具有新的物理和光学性质，以及成为独特的电磁器件。特异材料是一种人工构造的材料，包括在一个或多个维度上构图的多个元件，每个元件在波传播方向上的物理尺寸小于入射波长或与其同量级，每个元件的结构根据所施加的电磁场表现所需的电和磁极化。在许多(但不是全部)特异材料中，这些元件由导体制成并由电介质基板支撑。这些元件的优选实施例包括直导线导体点阵和裂环谐振器点阵。这里所用“由电介质基板(或“主体”)支撑”中的术语“支撑”指的是广义的理解，而不局限于保持在基板的表面上。例如，导体可包含或嵌入在电介质基板内而由电介质基板支撑。这里所用的术语“电介质”和“电介质主体”广义地指电绝缘材料，其介电常数大于或等于大约+1，优选大于+1。电介质主体可为气体(例如空气)，或可为基板(例如电介质聚合物、玻璃和石英等)。示例性的特异材料包括支撑同样元件例如导体的重复排列的晶胞(S卩，周期结构)的电介质主体。其它示例性特异材料可由设计为在介电系数、磁导率、折射率或波阻抗这样的一个或多个有效介质参数方面形成梯度的元件的非均质集合而形成。本发明是设计实现特殊功能的特异介质。例如，本发明的实施例是设计在折射率上体现空间变化的特异介质。本发明的其它实施例是制造特异介质的方法。本发明的实施例可在光学元件和透镜以及其它领域中得到有用的应用。可理解这里所用的术语“光学元件”和“透镜”是广义的理解，不局限于只在光波长上应用的装置。例如，“透镜”可包括可用于控制例如不在可见频率的电磁波的装置。本发明的特异介质(包括特异介质透镜)与传播中的自由空间波相互作用，不限于任何维度方向。通过以下示例性实施例进一步讨论和说明本发明。A在负折射率特异材料表面上的光栅的增强衍射
本发明的一个方面是负折射率材料，其表面特性被优化以调整折射和衍射。已发现在正的和负的折射率材料之间的界面上与衍射光束的耦合得以增强。由于衍射光学元件实质上是构图光栅(patterned grating),本发明的实施例采用负折射率材料的特殊光栅作为透镜元件。光栅的设计可根据下式I。用这种关系，负折射率光栅透镜可用常规的光学方法最优化。本发明的该实施例的一个重要好处在于采用特异材料的效率高得多，使得可实现比现有技术现有透镜更紧凑的透镜。—个示范实施例包括在任何合适频率上形成并成型为设计成聚焦或者控制光或其它电磁波的光栅结构的负折射率材料。在负折射率特异材料光楔样本上的测量以及数值仿真表明，折射界面的不可避免的台阶——由于特异材料固有的有限晶胞尺寸造成的——可产生负折射光束之外的轮廓分明的衍射光束。衍射光束的方向与基本衍射理论一致；但是，与较高阶光束的耦合比正折射率材料的情况大得多。最近具有负折射率(n)的人造材料的示范开启了应用这些材料的探索，以研究新 的物理学及发展新的应用。在负折射材料中预测出现如此多的奇异非凡的电磁现象，如反Cerenkov福射和反Doppler频移，因此对于负折射率介质，甚至最基本的电磁和光学现象也必须认真地重新验证。例如，在分析n=-l的平板的成像性质时,预计可实现超过任何正折射率光学元器件的解析度。制造出由两个散布的导体元件点阵组成的人造介质，并且报告其具有负的折射率。该材料组成的光楔样品，如图I所示，已证实为以与负折射率材料一致的方式折射微波。该介质由在两个维度上布置的传导裂环谐振器(SRR)和导线带(wire strip)组成,传导裂环谐振器在 11. OGHz到11. 5GHz的频带上提供等效负导磁率，导线带在更大并重叠的频率范围上提供负导磁率的频带。SRR和线带都由电介质基板支撑。在所用样本中，5mm的晶胞尺寸大约小于自由空间波长的六分之一，使得材料可期待被有效的介质理论适当表征。但是，有限的晶胞尺寸导致不可避免的表面台阶为实现18. 4度的折射表面,如图1(a)所示,特异介质表面台阶被切成每一个晶胞三个晶胞的台阶。所得表面C的台阶为X/2的量级。图1(a)是用于证实负折射率的特异材料光楔的示意图。如图中白线所示，该结构在两个维度上布图。图1(b)是示出本发明的特异材料光楔的一个晶胞的示意图。该示范性光楔由尺寸为2. 5_的晶胞制成，只沿所示的一个维度(S卩，列)成型。图1(c)是图1(a)所用的 SRR 的不意图，尺寸为 s=2. 63mm; c=0. 25mm;b=0. 3mm, g=0. 46mm ；w=0. 25mm ;图 I (d)是图1(b)的特异材料中所用的本发明的一个单元SRR的示意,其尺寸为s=2. 2mm, c=0. 2mm,b=0. 15mm, g=0. 3mm, w=0. 14mm。所用的电介质基板是0. 25mm厚的FR4电路板(e =3. 8),铜厚度为大约0. 014mm。特异材料样本上的表面台阶构成光栅，该光栅将产生包括零级衍射光束在内的衍射光束。产生零级和更高级光束的条件可根据以下公知的光栅公式确定sjn + ifsin (I )
d其中0m是从介质侧相对于界面法线的入射角，0是折射角。式I把折射(第二项)和衍射(第一项)都考虑到了。
引出式I的基本观点不能确定入射束到各种可能的出射束的相对耦合。在正负折射率材料之间，光栅衍射的平面波的理论分析预测出衍射级的增强耦合。该增强耦合可由以下论点理解。入射在周期性构图的表面上的波可耦合到任何透射和反射波，其沿界面的波矢量匹配入射波的波矢量(kx)到对等的点阵向量内(即kx+mll/d，其中m是整数)。这组模式包括两个传播分量一零级折射波和更高的衍射级一以及(kx+m n /d) > /c的渐逝分量。在正负折射率介质之间的表面上产生的渐逝波的反射和透射系数比在两个同样折射率符号的介质之间产生的具有大得多的幅度。在某种意义上，光栅调制引起入射光束与所有衍射光束之间的耦合，其由消散分量作为媒介。由于这些分量在正负介质间可具有非常大的幅度，入射光束与更高级之间的耦合也相应地大得多。为检测负折射率样本中的衍射光束性质，我们仿真一束波入射在负折射率光楔和自由空间之间的界面上，如图3所示。用基于有限元的电磁模式解算器中的被动解法(driven solution)进行这种仿真。除了该光楔被当作具有负e和U的均质材料而非SRR和导线阵列外，仿真的几何结构与实验中所用的类似。通过驱动6cm宽、I cm高、与吸收剂排成行的通道的一端，建立有限宽度的入射光束。该吸收剂将波导向样本光楔的平表面。对 于光楔样本具有光滑折射界面的情况，不论折射率是正还是负，在由Snell定律决定的角度上总是观察到一个折射光束(即，非衍射光束)。加到正折射率光楔的表面台阶产生与光滑光楔一样的单个折射束；而加到图2所示负折射率光楔的表面台阶导致出现第二光束。图2是示出在负折射率光楔的台阶界面上的折射和衍射光束的场图。对于该仿真中的光楔，￡=-5.09，11=-1.41，使得11=-2.68。仿真的频率是11.5GHz。沿光楔折射面的台阶的尺寸是15mm乘5mm。与实验类似，受电边界条件(平行于页面)约束，仿真Icm高(在垂直于页面方向上)和6cm宽的导向区域。与式I 一致,折射和衍射的光束分别以-58°和+30°射出板。用在式I中时，图2所示仿真中的几何参数显示相对表面法线-58°的零级折射光束，以及角度取决于视在(apparent)光栅长度的第一级衍射光束。式I表明，光楔的折射率保持常数的情况下，入射光束波长的变化使第一级光束的偏转角漂移，但零级光束不会变化。这可在图3所示角度幂光谱(angular power spectra)中看出。图3示出以40mm的半径远离图I的台阶负折射率光楔表面的仿真角度幂光谱。每条曲线相应于不同的入射波长(频率)。所有角度都是相对于折射表面法线。图3中不同的曲线相应于不同的入射激励频率值，在其它所有参数保持不变的情况下，该频率从9. OGHz变化到11. 75GHz。作为频率(或波长)的函数，第一级峰的峰角可用于经验地确定d值，其倒数作为系数代入式I中波长。尽管表面台阶物理尺寸为15X5mm，建议为cTl6mm，对图3数据的拟合表明视在光栅台阶尺寸为d=19mm。该导出的d值在从11. 75GHz到大约IOGHz的频率上与所观测的仿真数据良好拟合。在8. 5GHz以下，式I的右侧超过单位1，衍射光束不再可能。于是可以预测衍射光束的耦合强度在该频率附近将接近零，这与仿真结果一致。图3的数值分析指示出入射波到零级和第一级光束的相对耦合。衍射峰比折射峰的相对大小随着波长变小而增加，直到衍射峰可主导散射光谱。在频率保持常数而表面台阶尺寸变化的情况下，类似的数值研究表明与图3相似的结果。
尽管这里所述的仿真基于连续、均质的材料，人造的负折射率特异材料也可近似为连续材料。于是可以相信并期望在这种特异材料中的表面台阶会导致与均质、台阶光楔样本上的上述仿真中发现相同的衍射现象。上述仿真表明对于图1(a)所用的样本，折射率为负时，频率状态中应观察到第二光束。在最初的实验中没有报道第二光束，但在类似的实验中观察到了。由于样本的设计细节，各板分开大致2mm，大于IOmm (0. 4英寸)的标准X波段间距，造成该实验中一个变化源。为了进一步实验研究和明确更高级次光束的情况，我们进行作为频率的函数的由两个不同的特异材料光楔样本中的每一个传输的场的角度分散映射。其中一个样本是图1(a)所用的，尺寸如图1(c)所示。另一个光楔样本采用图1(d)所示新的晶胞设计。该实验所用装置基于已知的板形波导。通过将来自X波段同轴电缆-波导适配器(HP X281A)的微波耦合到板形波导的通道中，产生具有最小横向相变的入射束。对吸收器 (Microsorb Tecnologies Inc. MTL-73)构图，使得沿光路从0. 9〃的适配器宽度逐渐扩宽，形成大约15cm (6")的出口光阑。该通道连接到平板半圆中心室，特异材料样本位于该室的中心。该通道的长度(同轴电缆适配器一出口光阑)为40cm。波导检测器位于半圆板的半径上,距离样本40cm，并能扫过接近180度的角度范围。作为控制，测量从与图1(a)的样本尺寸和表面台阶大小相同的Teflon样本折射的角度幂分布。图3所示的结果表明该光束如预期地折射到正角度。没有检测到其它衍射束，尽管在所示频率范围上，式I预测可能出现第一级次模式(例如，11. 5GHz下，-63° )。与正折射率介质相反，负折射率介质本身具有频率发散性。对于图1(a)所用样本，负折射的期望频率区域是从10. 5GHz到11. 1GHz，但是由于上下板相对样本的定位，该限制某种程度上是模糊的。在本研究中，腔室板固定在I. 27cm (0.5〃)的距离。图4是对于15mmX 5mm台阶的Teflon光楔(上图)、图1(a)的光楔(中图)、以及本发明的2. 5mm的台阶表面光楔特异材料(下图)，作为频率(垂直轴)和偏离直接入射的角度(水平轴)的函数的传输功率的图。如从图4 (中图)可见，在与预期的负折射率频带一致的频率上，入射光束的确弯向负角度。另外，如式I所示，在相应于第一级衍射束的正角度上还有第二光束。衍射束的位置和发散与式I 一致，假定从图3的仿真分析导出d值。考虑到假设连续介质的理论的简单性，这种一致非常好。这些结果表明，不仅整块特异材料表现如同具有负折射率的连续的材料，而且表面台阶也提供该性质，并可如其它连续材料中的台阶一样建模。已由式I和仿真发现并证实，通过适量减小晶胞大小，有效减小折射表面光栅长度，可消除衍射束。本发明的一个实施例包括一种新的特异材料样本，其台阶表面的单元台阶大小为2. 5mm—一在传播平面中图1(a)晶胞所用的一半大小。“台阶大小”指的是每个晶胞沿3晶胞台阶长度方向上的长度，以及将每个台阶彼此分离的垂直距离。在图1(b)中示意性示出光楔样本的示意图，同时特异材料晶胞的详细尺寸在图1(d)中示出并在上面详细讨论。折射表面角度又是18. 4°，并且每一个晶胞台阶有3个晶胞。在图4(c)中示出2. 5_样本的作为频率和角度函数的传输功率的图。如从在新晶胞上仿真所得，所预测的左手波段在从11. 3GHz到12. 2GHz出现。如预期，所测频谱在该频段上表现出负折射率，最重要的是没有出现衍射波段。
这里所示的仿真与图4的实验数据一起，用于示出负折射率介质上折射实验中表面不均匀性的作用。尽管特异材料样本代表了略为复杂的系统，我们的结果和分析表明式I正确地考虑到零级和更高级光束的存在。另外，该结果证实负折射率样本提高衍射级次耦合。这种增加的耦合是正负折射率介质性质之间一个重要的区别，并表明表面周期性在后者中起到更重要的作用。B负折射率透镜像差本发明的另一个方面涉及负折射率透镜。近年来，负折射率人造材料(NIM)很引人注目。一方面是理想透镜概念。理想透镜是折射率减一的平板(flat slab)，可以用超出正折射率光学元件可能的分辨率的分辨率聚焦图像。可在负折射率介质上由曲面聚焦。由负折射率介质组成的传统球面轮廓透镜比起对应的正折射率透镜有几个优势更紧凑，可完美地匹配到自由空间。进一步地，发现它们还可具有出众的聚焦性能。本发明的示范性特异材料透镜构造为复合结构，使其电磁性质在整个复合物内空 间改变。重要的是，介电系数和导磁率都可在本发明的结构内独立地变化，产生先前未实现的光学器件。一个示范实施例是人工构造的复合特异材料，由支撑多个传导元件的电介质基板或主体材料组成，每个传导元件设计为根据电磁场表现所需电和磁极化，该复合物沿一个或多个轴在介电系数和/或导磁率上表现所需空间变化，使得至少一个元件的电或磁极化与其它元件不同。这里所用的术语“空间变化”应广义地理解为指随空间位置的变化。例如，具有空间变化的导磁率的特异材料可具有随沿特异材料中X、Y、Z轴的一个或更多轴上的位置变化的导磁率。重要的是，导磁率的空间变化与所述介电系数无关——在本发明的特异材料中，导磁率和介电系数可彼此独立地“调整”。这种特异材料可具有许多有用和有利的应用。例如，在本发明的一些示范特异材料中，导磁率与介电系数的比值被保持为大致常数，并大致等于相邻或围绕该特异材料的材料(其例包括自由空间或该复合特异材料所嵌入的第二材料)的相同比值，从而实现阻抗匹配。另外，可控制特异材料导磁率和介电系数的符号，在某些示范特异材料中，两者都是负的以提供负折射率材料。考虑到以下示范实施例的详细讨论，这些和其它优势可对本领域技术人员显见。透镜的单色成像质量可表现为五个Seidel像差球差、慧差、像散、场曲和畸变。简单的Gaussian光学公式的这些公知校正通过波前偏离球面的第四级展开计算。(球面波前在射线光学元件中会聚到一个理想的焦点)。该展开式中的系数量化光学元件对于给定物和像位置的非理想聚焦性质。我们发现几个Seidel像差关于零折射率的不对称。考虑到相对折射率+1的界面是惰性的(inert)，而相对折射率-I的界面是强折射的，这种不对称并不令人惊讶。但是，这种不对称对负折射率透镜会产生超聚焦性质则是令人惊讶、出人意料的结果。负折射率介质必然频率发散，这意味着色差增加，带宽减小。但是，具有类似限制的衍射光学元件在窄带应用中有用。为证实分析的像差结果，研发出不依赖于折射率的符号的定制的射线追踪码，其只依赖于介电系数e、导磁率U、Maxwell方程和能量守恒，以确定射线的路径。在均匀介质中，在界面之间，射线跟随Poynting矢量的方向在直线上传播。从标号I区域到到标号2区域的界面上的折射如下。在区域2中找出满足发散关系的波解(wave solution)(由 Maxwell 方程获得)。
其中k2是区域2中的波矢量。该解还必须满足匹配入射波的边界条件，要求HX(Vk1)=O (2)其中n是界面的单位法线。如果入射波带入能量，出射、折射波则必然从表面带走
能量(P2 n) (P1 n)>0 (3)其中P=IV2Re(EXlT)是时间平均Poynting矢量。最后，由于假设该介质是无源的、无损的，该波不能指数增长或衰减，lm(k2)=0。如果存在满足以上所有条件的解，该射线 以新找到的波矢量和Poynting矢量继续。另外，由于我们只考虑各向同性介质，该解是唯一的。在光学元件文献中发现对于薄球透镜的Seidel像差，负折射率介质的表达式的形式不变。这一结论通过只用光程长定义和Fermat原理从第一原理重新推导这些表达式得以证实。我们认为如果C平行于Poynting矢量，光程长OPL= / cn (s) ds为波会沿路径C传播的相位变化(以自由空间波长为单位)。光程可具有负属性使得Poynting矢量和波矢量是反平行的，即，折射率为负。这些像差公式进一步确认了我们的射线追踪结果。波像差A OPL是一般射束与参考射束的光程长的差，其中参考射束在孔径光阑处通过光轴，而一般射束由其在孔径光阑上的坐标r和其在像平面上的坐标h确定参数，如图5所示。图5示出用于像差计算的结构。标记为AS的孔径光阑在该薄透镜(尽管透镜表示成厚的)的位置。Gaussian像平面标记为IP。孔径光阑坐标矢量r和像平面坐标矢量h不一定平行，如图所示。为符合Gaussian光学限制，即球形界面产生最佳成像，r和h必须接近O。在该参数下波像差的一系列展开如下
权利要求
1.一种形成具有空间电磁响应梯度的复合特异材料的方法，包括以下步骤 形成多个重复晶胞，每个所述晶胞包括支撑多个导体的电介质，所述多个重复的晶胞中每一个晶胞具有导体尺寸及电介质尺寸； 通过改变所述导体尺寸和所述电介质尺寸中的一个或多个，使所述重复晶胞中一部分晶胞具有与其它晶胞不同的有效导磁率；以及 布置所述一部分所述多个晶胞以形成具有沿至少一个方向的有效导磁率梯度折射率的特异材料。
2.一种复合特异材料，包括 具有两个平的相对表面的至少一个电介质基板层； 多个第一导体，所述多个第一导体在所述两个平的相对表面的法线上形成在所述至少一个电介质基板层中的多个通道中；并且 空间布置所述多个第一导体与所述至少一个电介质基板层，以限定特异材料。
3.根据权利要求2所述的复合特异材料，其中，所述至少一个电介质基板层包括由玻璃、硅、石英和聚合物中的一种或几种制成的印刷电路板，其中，所述通道包括向所述两个平的相对表面中的至少一个表面开口并由所述导体填充的过孔。
4.根据权利要求2所述的复合特异材料，其中，所述至少一个电介质基板层包括层叠布置的多个电介质基板层，并进一步包括多个第二导体，所述第二导体在所述多个第一导体的法线上形成在所述多个电介质聚合物层中至少一个电介质聚合物层的所述两个相对表面中的至少一个表面上。
5.一种复合特异材料，包括 多个晶胞，每个晶胞包括 层叠布置的多个电介质聚合物层； 延伸通过所述多个层叠的电介质聚合物层的第一裂环导体； 支撑在所述多个电介质聚合物层中的一个电介质聚合物层上的至少一个大致直的导体元件；以及， 其中，所述多个晶胞构造为限定出特异材料。
6.根据权利要求5所述的复合特异材料，其中，所述多个晶胞在一频带上具有负的导磁率和介电系数。
7.根据权利要求5所述的复合特异材料，其中，所述多个电介质聚合物层包括至少三个电介质聚合物层，其中，所述至少一个大致直导体包括多个直导体，所述多个直导体布置在所述三个电介质聚合物层的中间电介质层的相对表面上，并在晶胞彼此相邻时互相电连通。
8.根据权利要求5所述的复合特异材料，其中，所述多个电介质聚合物层包括层叠在一起的多个电介质电路板层，其中，所述裂环谐振器通过如下方式限定 沿所述多个层叠的电介质层最上一层的顶表面的第一导体条； 沿所述多个层叠的电介质层最下一层的底表面的第二导体条； 从所述第一导体条延伸通过盲孔并在所述中间电介质层处终止于第一板处的至少一个第一导体脚； 从所述第二导体条延伸通过盲孔并在所述中间电介质层终止于与所述第一板相对的第二板处的至少一个第二导体脚； 限定于所述第一和第二板之间的间隙，所述第一和第二板与所述间隙限定出一电容；以及， 至少一个第三导体脚，所述第三导体脚延伸通过连接到所述第一或第二导体条中的至少一个的过孔。
9.根据权利要求8所述的复合特异材料，其中，所述第三导体脚延伸通过所述过孔，以将所述第一和第二导体条彼此连接。
10.根据权利要求8所述的复合特异材料，其中，所述至少一个第三导体脚从所述第一导体条延伸通过一盲孔并在所述中间电介质层终止于所述第三导体板，并进一步包括 从所述第二导体条延伸通过盲孔并在所述中间电介质层终止于与所述第三导体板相对的第四板处的第四导体脚；以及 限定于所述第三和第四板之间的间隙，所述第一和第二板与所述间隙限定出一电容。
11.一种模块特异材料，包括 至少一个大致平的基础电介质基板，其具有至少一个第一连接器； 至少一个第二大致平的电介质基板，其具有至少一个第二连接器，用于与所述至少一个第一连接器协作从而以大约90°角连接所述至少一个第二大致平的电介质基板与所述至少一个大致平的基础电介质基板；以及 所述至少一个大致平的基础电介质基板和所述至少一个第二大致平的电介质基板中的每一个都具有阵列布置的多个第一导体，其中，所述至少一个大致平的基础电介质基板和所述至少一个第二大致平的电介质基板连接到一起时形成三维特异材料。
12.根据权利要求11所述的模块特异材料，其中，所述至少一个第二大致平的电介质基板包括多个大致平的电介质基板，其中每个具有至少一个第三连接器，用于与其它所述多个第二大致平的电介质基板上的至少一个第三连接器协作，从而以大约90°的角度将所述多个第二大致平的电介质基板彼此连接。
13.根据权利要求11所述的模块特异材料，其中，每个所述第一导体包括环谐振器并围绕通过各自所述第一或第二大致平的电介质基板的通道，其中，所述第一和第二大致平的电介质基板上的所述第二导体彼此电连通，并且所述第一和第二大致平的电介质基板包括电路板。
14.一种对于具有任意入射偏振的波具有负折射率的特异材料，包括 电介质； 由所述电介质基板支撑的第一导体的阵列； 由所述电介质基板支撑的第二导体的阵列，其与所述第一导体阵列散布，每个所述第二导体相对每个所述第一导体以大约90°的角度取向； 第三大致直的导体阵列，其以网格图案布置并由所述电介质基板支撑，所述第三导体与所述第一和第二导体散布并隔开；以及， 其中，所述第一、第二和第三导体与所述电介质基板限定出在某频带上对于具有任意偏振的入射波长具有负导磁率和负介电系数的特异材料。
全文摘要
本发明提供了一种示范性的特异材料，由多个单独晶胞形成，其至少一部分相比另一部分具有不同的导磁率。所述多个晶胞的布置提供具有沿至少一个轴的梯度折射率的特异材料。该材料可用于形成例如透镜。
文档编号H01Q15/08GK102798901SQ20121013778
公开日2012年11月28日 申请日期2005年7月22日 优先权日2004年7月23日
发明者戴维.R.史密斯, 戴维.舒里格, 安东尼.F.斯塔尔, 杰克.J.莫克 申请人:加利福尼亚大学董事会