專利名稱：一種超材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超材料領(lǐng)域，特別是涉及ー種能將多頻電磁波中的特定單頻電磁波分束的超材料。
背景技木超材料是指ー些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料；通過在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計(jì)，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能。超材料由介質(zhì)基板和設(shè)置在基板上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)單元組成，其中，每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)包含ー個(gè)人造微結(jié)構(gòu)；每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)大小一般小于1/10個(gè)波長，其對(duì)外加電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)具有電響應(yīng)和/或磁響應(yīng)，從而具有表現(xiàn)出等效介電常數(shù)和/或等效磁導(dǎo)率。人造 微結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率由其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何尺寸參數(shù)決定，可人為設(shè)計(jì)和控制。并且，人造微結(jié)構(gòu)可以具有人為設(shè)計(jì)的各向異性的電磁參數(shù)。電磁波(又稱電磁輻射)是由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中以波的形式移動(dòng)，其傳播方向垂直于電場(chǎng)與磁場(chǎng)構(gòu)成的平面，有效地傳遞能量和動(dòng)量。電磁福射可以按照頻率分類，從低頻率到高頻率，包括有無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外光、X-射線和伽馬射線等等。人眼可接收到的電磁輻射，波長大約在380至780納米之間，稱為可見光。只要是本身溫度大于絕對(duì)零度的物體，都可以發(fā)射電磁輻射，而世界上并不存在溫度等于或低于絕對(duì)零度的物體。光的色散指復(fù)色光分解為単色光而形成光譜的現(xiàn)象。光的色散可以利用棱鏡或光柵等作為“色散系統(tǒng)”的儀器來實(shí)現(xiàn)。復(fù)色光進(jìn)入棱鏡后，由于它對(duì)各種頻率的光具有不同折射率，各種色光的傳播方向有不同程度的偏折，因而在離開棱鏡時(shí)就各自分散，形成光譜。幾列波在媒質(zhì)中傳播，它們的頻率不同，傳播速度亦不同，這種現(xiàn)象叫色散，在物理學(xué)中，把凡是與波速、波長有關(guān)的現(xiàn)象，叫作色散；電磁波的色散是指包含多個(gè)頻率的多頻電磁波分解為幾個(gè)單頻電磁波，多頻電磁波在通過介質(zhì)時(shí)，因?yàn)榻橘|(zhì)對(duì)各個(gè)單頻電磁波的折射率不同，所以多頻電磁波會(huì)產(chǎn)生色散；但是一般的，多頻電磁波是連續(xù)頻率的電磁波，即是某個(gè)頻率段的電磁波，各個(gè)單頻電磁波的頻率都是逐漸變化的，所以在通過介質(zhì)吋，偏折角也是逐漸變化的?，F(xiàn)有技術(shù)中，能色散多頻電磁波，但是對(duì)于各個(gè)單頻電磁波之間的相對(duì)變化是微小的，不能達(dá)到分束多頻電磁波的效果，即如果需要將ー個(gè)多頻電磁波中某一個(gè)或者某幾個(gè)特定頻率的單頻電磁波分束，現(xiàn)有技術(shù)是難以做到的。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種能將多頻電磁波中的特定單頻電磁波分束的超材料，能使ー個(gè)多頻電磁波中某一個(gè)或者某幾個(gè)特定頻率的單頻電磁波分束。ー種超材料，其特征在干，該超材料包括基板和多個(gè)設(shè)置在基板上的人造微結(jié)構(gòu)単元，該人造微結(jié)構(gòu)単元有至少ー個(gè)人造微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的超材料，通過設(shè)計(jì)多個(gè)諧振頻率各不相同的人造微結(jié)構(gòu)，從而使得多頻電磁波通過超材料時(shí)，能使該多頻電磁波中與人造微結(jié)構(gòu)的諧振頻率相同頻率的單頻電磁波產(chǎn)生諧振，發(fā)生色散，從而達(dá)到將ー個(gè)多頻電磁波中某一個(gè)或者某幾個(gè)特定頻率的單頻電磁波分束的目的。

圖I是本發(fā)明實(shí)施例一超材料的示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中組成超材料的人造微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例ニ超材料的示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例ニ中組成超材料的人造微結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例ニ中組成超材料的另一人造微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是本發(fā)明應(yīng)用例中組成超材料的人造微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7是本發(fā)明應(yīng)用例超材料的不意圖。
具體實(shí)施方式本發(fā)明實(shí)施例提供了ー種超材料，該超材料包括基板和多個(gè)設(shè)置在基板上的具有一個(gè)或者多個(gè)諧振點(diǎn)的人造微結(jié)構(gòu)單元組成。下面進(jìn)行詳細(xì)說明。請(qǐng)參閱圖I、圖2，本發(fā)明實(shí)施例中ー種超材料的第一實(shí)施例包括如圖I所示，超材料11由基板12和多個(gè)均勻分布在基板12上的人造微結(jié)構(gòu)單元13組成，其中，人造微結(jié)構(gòu)單元13有至少ー個(gè)人造微結(jié)構(gòu)。如圖2中的人造微結(jié)構(gòu)21和人造微結(jié)構(gòu)22所示；其中金屬結(jié)構(gòu)21和人造微結(jié)構(gòu)22的諧振頻率不同，即各有一個(gè)諧振點(diǎn)；人造微結(jié)構(gòu)與基板結(jié)合可以等效為LC振蕩電路，當(dāng)電磁波入射時(shí)會(huì)發(fā)生電磁諧振，并對(duì)不同頻率的電磁波產(chǎn)生不同的電磁響應(yīng)，當(dāng)電磁波發(fā)生諧振時(shí)，因?yàn)椴煌l率的電磁波的偏折不同，所以電磁波會(huì)發(fā)生色散，從而能使電磁波分束。在本實(shí)施例中，通過設(shè)計(jì)多個(gè)諧振頻率各不相同的人造微結(jié)構(gòu)，從而使得多頻電磁波通過超材料時(shí)，能使該多頻電磁波中與人造微結(jié)構(gòu)的諧振頻率相同頻率的單頻電磁波產(chǎn)生諧振，發(fā)生色散，從而達(dá)到將ー個(gè)多頻電磁波中某一個(gè)或者某幾個(gè)特定頻率的單頻電磁波分束的目的。請(qǐng)參閱圖3、圖4、圖5，本發(fā)明實(shí)施例中ー種超材料的第二實(shí)施例包括如圖3所示，超材料31由基板32和多個(gè)均勻分布在基本32上的人造微結(jié)構(gòu)單元33組成，其中，人造微結(jié)構(gòu)単元33包含ー個(gè)人造微結(jié)構(gòu)34，如圖4所示，人造微結(jié)構(gòu)有ー個(gè)諧振點(diǎn)，即有ー個(gè)諧振頻率，當(dāng)一束包含與人造微結(jié)構(gòu)単元33的諧振頻率相同的多頻電磁波通過該超材料時(shí)，該單頻率電磁波發(fā)生色散；其中，人造微結(jié)構(gòu)的諧振頻率是根據(jù)預(yù)先設(shè)置的諧振點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率來設(shè)置的，通過改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率來改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的諧振頻率，預(yù)先設(shè)置的諧振點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率是根據(jù)需要使之發(fā)生色散的單頻電磁波的頻率確定的；其中，人造微結(jié)構(gòu)単元還可以包含多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，如圖5所示，人造微結(jié)構(gòu)単元50包括人造微結(jié)構(gòu)51、人造微結(jié)構(gòu)52和人造微結(jié)構(gòu)53，每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的諧振頻率都不相同，即該人造微結(jié)構(gòu)単元50有三個(gè)不同的諧振點(diǎn)；當(dāng)一束包含與人造微結(jié)構(gòu)単元50的諧振點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率相同的多頻電磁波通過該超材料時(shí)，因?yàn)椴煌瑔晤l率電磁波的折射率不一樣，所以該多個(gè)單頻率電磁波發(fā)生色散，從而達(dá)到將ー個(gè)多頻電磁波中某一個(gè)或者某幾個(gè)特定頻率的單頻電磁波分束的目的；其中，人造微結(jié)構(gòu)的諧振頻率是根據(jù)預(yù)先設(shè)置的諧振點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率來設(shè)置的，通過改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率來改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的諧振頻率，預(yù)先設(shè)置的諧振點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率是根據(jù)需要使之發(fā)生色散的的單頻電磁波的頻率確定的；組成超材料的人造微結(jié)構(gòu)在空間中是呈均勻性的周期陣列的；人造微結(jié)構(gòu)具有特定形狀的附著在所述基板上的金屬線，所述形狀為非旋轉(zhuǎn)90度對(duì)稱圖案；在本應(yīng)用例中，通過設(shè)計(jì)多個(gè)諧振頻率各不相同的人造微結(jié)構(gòu)，從而使得多頻電磁波通過超材料時(shí)，能使該多頻電磁波中與人造微結(jié)構(gòu)的諧振頻率相同頻率的單頻電磁波產(chǎn)生諧振，發(fā)生色散，從而達(dá)到將ー個(gè)多頻電磁波中某一個(gè)或者某幾個(gè)特定頻率的單頻電磁波分束的目的。 下面是本發(fā)明的ー個(gè)應(yīng)用例，即結(jié)合圖6、圖7對(duì)本發(fā)明ー種超材料的做詳細(xì)的描述，包括如果需要在IG赫茲到100G赫茲的多頻電磁波中分出55G赫茲、70G赫茲和90G赫茲三束單頻電磁波，我們需要使這三個(gè)頻率的單頻電磁波發(fā)生諧振，引起色散；首先，需要設(shè)計(jì)ー個(gè)由三個(gè)人造微結(jié)構(gòu)組成的人造微結(jié)構(gòu)単元，并且該三個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的諧振頻率分別與需要分束的三束單頻電磁波的頻率相同；如圖6所示，我們以三個(gè)雪花型組成的人造微結(jié)構(gòu)單元60為例,人造微結(jié)構(gòu)單元60由人造微結(jié)構(gòu)61、人造微結(jié)構(gòu)62以及人造微結(jié)構(gòu)63組成,其中，人造微結(jié)構(gòu)61、人造微結(jié)構(gòu)62以及人造微結(jié)構(gòu)63的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都不相同，從而使得該三個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的諧振頻率都不相同人造微結(jié)構(gòu)61的諧振頻率為55G赫茲，人造微結(jié)構(gòu)62的諧振頻率為70G赫茲，人造微結(jié)構(gòu)63的諧振頻率為90G赫茲；將人造微結(jié)構(gòu)單元均勻分布在基板上，組成了本發(fā)明實(shí)施例中的超材料；要使得電磁波色散，需要電磁波的頻率與人造微結(jié)構(gòu)的諧振頻率相同，發(fā)生諧振，人造微結(jié)構(gòu)的諧振頻率可以通過人為地改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率來改變。如圖7所示，在基板71上均勻分布多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)單元60，每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)單元由三個(gè)人造微結(jié)構(gòu)組成；多頻電磁波的頻率段是IG赫茲到100G赫茲之間，當(dāng)該多頻電磁波通過該超材料吋，55G赫茲的單頻電磁波、70G赫茲的單頻電磁波以及90G赫茲的單頻電磁波的頻率分別與組成人造微結(jié)構(gòu)単元60的三個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的頻率相同，因?yàn)椴煌瑔晤l率電磁波的折射率不一樣，所以上述三個(gè)單頻電磁波與對(duì)應(yīng)的人造微結(jié)構(gòu)兩者發(fā)生諧振，使得多頻電磁波發(fā)生色散，從而使得頻率為55G赫茲、70G赫茲以及90G赫茲的三束單頻電磁波的偏折角度發(fā)生了非常大的變化，從而被明顯分束。在本應(yīng)用例中，通過設(shè)計(jì)多個(gè)諧振頻率各不相同的人造微結(jié)構(gòu)，從而使得多頻電磁波通過超材料時(shí)，能使該多頻電磁波中與人造微結(jié)構(gòu)的諧振頻率相同頻率的單頻電磁波產(chǎn)生諧振，發(fā)生色散，從而達(dá)到將ー個(gè)多頻電磁波中某一個(gè)或者某幾個(gè)特定頻率的單頻電磁波分束的目的。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗g和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬 于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種超材料，其特征在于，所述超材料包括基板和多個(gè)設(shè)置在基板上的人造微結(jié)構(gòu)単元，所述人造微結(jié)構(gòu)単元有至少ー個(gè)人造微結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)単元包括至少ー個(gè)諧振頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超材料，其特征在于，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的諧振點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率，設(shè)置每個(gè)所述人造微結(jié)構(gòu)的諧振頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超材料，其特征在于，所述設(shè)置每個(gè)所述人造微結(jié)構(gòu)的諧振頻率包括 通過改變所述人造微結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率來設(shè)置所述人造微結(jié)構(gòu)的頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料，其特征在于，所述多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)在空間中呈均勻性的周期陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的超材料，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為具有特定形狀的附著在所述基板上的金屬線，所述形狀為非旋轉(zhuǎn)90度對(duì)稱圖案。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種能將多頻電磁波中的特定單頻電磁波分束的超材料，該超材料包括基板和多個(gè)設(shè)置在基板上的人造微結(jié)構(gòu)單元，該人造微結(jié)構(gòu)單元有至少一個(gè)人造微結(jié)構(gòu)；該超材料能對(duì)不同頻率的入射電磁波產(chǎn)生不同的電磁響應(yīng)，從而導(dǎo)致不同頻率的電磁波的偏折不同，所以電磁波會(huì)發(fā)生色散，從而能使電磁波分束。
文檔編號(hào)H01Q1/36GK102683808SQ20111006611
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者劉若鵬, 欒琳, 石小紅, 趙治亞 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院