專利名稱：一種基于超材料的去極化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超材料領(lǐng)域，具體地涉及一種基于超材料的去極化器。
背景技術(shù)：
電磁波的極化是指空間某固定位置場矢量(電場、磁場)隨時間變化的特性。通常用電場強(qiáng)度E矢量末端隨時間變化的軌跡來描述波的極化。由電磁波電場分量兩個正交分量間的幅度和相位關(guān)系可以判斷波的極化方式。如果一個周期內(nèi)，E矢量僅在一個方向振動，這就稱為線極化波；如果E矢量的端點(diǎn)軌跡是一個橢圓(或圓)，這就稱為橢圓(或圓)極化波。在一些應(yīng)用場合(例如電磁屏蔽)，需要去極化，現(xiàn)有技術(shù)中，通常利用光學(xué)上的雙折射特性來實(shí)現(xiàn)去極化。但是這種技術(shù)比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種結(jié)構(gòu)簡單的基于超材料的去極化器。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是所述去極化器包括多個相互平行的片層，每一片層具有一片狀基板以及附著在片狀基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)，每一片狀基板分成多個相同的單元體，每一單元體與其上的人造微結(jié)構(gòu)組成一個電磁特性呈各向異性的單元格，每一片層中至少具有兩個光軸不平行的單元格。進(jìn)一步地，所述每一片層的所有單元格的光軸均不平行。進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)為金屬微結(jié)構(gòu)，所述每個金屬微結(jié)構(gòu)為一具有圖案的附著在片狀基板上的金屬線，所述金屬線的圖案為一非90度旋轉(zhuǎn)對稱圖形。進(jìn)一步地，所述金屬線通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在片狀基板上。進(jìn)一步地，所述金屬線呈二維雪花狀，其具有相互垂直呈“十”字的第一主線及第二主線，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個第一支線，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個第二支線。進(jìn)一步地，所述第一主線及第二主線相互平分，所述兩個第一支線的中心連接在第一主線上，所述兩個第二支線的中心連接在第二主線上。進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)呈I形。進(jìn)一步地，所述片狀基板由陶瓷、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得。根據(jù)本發(fā)明的基于超材料的去極化器，在每一超材料片層中設(shè)置至少兩個光軸不平行的單元格，使得單一極化特性的電磁波經(jīng)過超材料后，至少部分電磁波的極化特性發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)去極化的目的，并且相比于現(xiàn)有技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明所提供的去極化器第一實(shí)施例中其片層上的光軸的分布示意圖；圖2是圖1所示的光軸分布圖所對應(yīng)的一種形式的去極化器采用I形人造微結(jié)構(gòu)的排布示意圖；圖3是本發(fā)明所提供的去極化器第二實(shí)施例中其片層上的光軸的分布示意圖；圖4是圖3所示的光軸分布圖所對應(yīng)的一種形式的去極化器采用I形人造微結(jié)構(gòu)的排布示意圖；圖5是本發(fā)明所提供的去極化器第三實(shí)施例中其片層上的光軸的分布示意圖；圖6是圖5所示的光軸分布圖所對應(yīng)的一種形式的去極化器采用I形人造微結(jié)構(gòu)的排布示意圖；圖7為二維雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖8所示為片層的堆疊示意圖。
具體實(shí)施例方式“超材料"是指一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，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?！俺牧稀ň哂械娜齻€重要特征(1) “超材料"通常是具有新奇人工結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料；(2) “超材料"具有超常的物理性質(zhì)(往往是自然界的材料中所不具備的)；(3) “超材料"性質(zhì)由構(gòu)成材料的本征性質(zhì)及其中的人造微結(jié)構(gòu)共同決定。本發(fā)明利用超材料來構(gòu)建基于超材料的去極化器。具體如下如圖1至8所示，根據(jù)本發(fā)明的基于超材料的去極化器10包括多個相互平行的片層20，每一片層具有一片狀基板11以及附著在片狀基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)2，每一片狀基板11分成多個相同的單元體100(圖1中的虛線所示的方塊)，每一單元體100與其上的人造微結(jié)構(gòu)2組成一個電磁特性呈各向異性的單元格200，每一片層20中至少具有兩個光軸不平行的單元格200。此處的光軸是指每一單元格的折射率橢球30的長軸，此處的折射率橢球30指的是每一單元格的折射率的空間分布；光軸不平行的兩個單元格，在單一極化特性的入射電磁波通過后，其電場矢量在平行與光軸和垂直于光軸分解的兩個正交分量，受到的影響不一樣(相位差不再同步變化)，這樣電磁波離開這兩個單元格后，相應(yīng)地極化特性不再同步，這樣即達(dá)到了去極化的目的，即至少部分電磁波的極化特性不一樣了， 例如，入射電磁波為水平極化波，出射電磁波的一部分變成了垂直極化波，另一部分則變成了圓極化波。第一實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)施例中，只有一個單元格其光軸Iiel不同于其它處，ne2表示其它單元格的光軸，從圖中可以看出，I^1與\2不平行。圖2所示為采用I形結(jié)構(gòu)的人造微結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)圖1所示的光軸平面分布。本實(shí)施例中，單一極化特性的電磁波通過所有單元格后， 通過光軸為的單元格的部分電磁波的極化特性將與其它不同。圖1只是本實(shí)施例一個片層的平面示意圖，其它片層可以與圖1所示的片層具有相同的光軸分布，也可以不同，只要滿足出射電磁波部分發(fā)生極化特性改變即可。圖8所示為片層的堆疊示意圖。
第二實(shí)施例如圖3所示，本實(shí)施例中，光軸nel發(fā)生了旋轉(zhuǎn)的部位處于超材料的左上角和右下角，表示其它光軸，nel與不平行。圖4所示為采用I形結(jié)構(gòu)的人造微結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)圖 3所示的光軸平面分布。本實(shí)施例中，單一極化特性的電磁波通過所有單元格后，通過光軸為I^1的單元格的部分電磁波的極化特性將與其它不同。同樣地，圖3只是本實(shí)施例一個片層的平面示意圖，其它片層可以與圖3所示的片層具有相同的光軸分布，也可以不同，只要滿足出射電磁波部分發(fā)生極化特性改變即可。圖8所示為片層的堆疊示意圖。第三實(shí)施例如圖5所示，本實(shí)施例中，如圖3所示，本實(shí)施例中，同一片層上的所有單元格的折射率橢球的光軸均不平行。圖6所示為采用I形結(jié)構(gòu)的人造微結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)圖5所示的光軸平面分布。當(dāng)入射的電磁波通過第一個片層時，在不同單元格，其電場均可以在單元格的折射率橢球內(nèi)分解為兩個互相垂直的電場分量(一個與光軸平行，一個與光軸垂直)。通過將本發(fā)明的去極化器設(shè)計成每一單元格都是各向異性的，并且保證不同位置的單元格其折射率橢球的光軸取向不相同，從而使得單一特性的極化波電場矢量分解后的兩個正交分量 (一個在與光軸平等，一個與光軸垂直)幅度大小不會相同，并且相位差也不相同，從而其極化特性被削弱。每一片層均可以將前一片層的電磁波進(jìn)行再次弱極化，從而經(jīng)過多個片層后，極化電磁波就轉(zhuǎn)化為非極化波或部分極化波，整體來看，此時出射的電磁波的電矢量振動方向就會變成雜亂無章的，從而達(dá)到了去極化的目的。同樣地，圖5只是本實(shí)施例一個片層的平面示意圖，其它片層可以與圖5所示的片層具有相同的光軸分布，也可以不同，只要滿足出射電磁波部分發(fā)生極化特性改變即可。圖8所示為片層的堆疊示意圖。本發(fā)明中，所述人造微結(jié)構(gòu)2為金屬微結(jié)構(gòu)，所述的每個金屬微結(jié)構(gòu)為一具有圖案的附著在片狀基板11上的金屬線。所述金屬線的圖案為一非90度旋轉(zhuǎn)對稱圖形，非90 度旋轉(zhuǎn)對稱圖形是90度旋轉(zhuǎn)對稱的相對概念，所謂90度旋轉(zhuǎn)對稱是指，一圖形沿其對稱中心向任意方向旋轉(zhuǎn)90度后都與原圖形重合，具有此圖形的金屬微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的單元格表現(xiàn)出各向同性(即單元格空間內(nèi)的電磁參數(shù)每點(diǎn)都相同)。反之，具有非90度旋轉(zhuǎn)對稱的圖形的金屬微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的單元格則表現(xiàn)為各向異性(即單元格空間內(nèi)并不是每點(diǎn)的電磁參數(shù)張量均相同)。當(dāng)然在某些情況下，還有二維的各向同性的概念，即單元格的某一平面的電磁參數(shù)具有各向同性，電磁波從這個面入射時，具有相同的電磁參數(shù)。金屬微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的單元格若表現(xiàn)為各向異性，則會影響通過其中的電磁波的電場矢量，使得電磁波通過每一個單元格時，所述兩個正交分量都會受到影響，只是由于人造微結(jié)構(gòu)具有各向異性的電磁特性，兩個正交分量受到的影響不一樣，即兩個正交分量的振動會有快有慢，因此兩個正交分量產(chǎn)生了相位差的變化，而在電磁波離開超材料轉(zhuǎn)換器時，其經(jīng)過了多個單元格，相位差得到累加，若最終相位差Δ θ不等于入射前的相位差，則兩個正交分量的合成后的電場矢量(出射電磁波的電場矢量)將相對于入射前發(fā)生了極化特性的改變，實(shí)現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換。但是，如果每一單元格的光軸均不平行，則單一極化特性的電磁波所受的影響并不同步，出射時，電磁波的極化特性將變的散亂無章，實(shí)現(xiàn)了去極化。上述三個實(shí)施例采用的是I形的金屬微結(jié)構(gòu)。I形為非旋轉(zhuǎn)90度對稱圖形，具有此圖形的金屬微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的單元格表現(xiàn)為各向異性。因此通過旋轉(zhuǎn)I形圖案的金屬微結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)光軸的旋轉(zhuǎn)。I形為比較容易得到的金屬微結(jié)構(gòu)圖形，加工相當(dāng)簡單。
當(dāng)然，金屬微結(jié)構(gòu)還可以是如圖7的二維雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)，其具有相互垂直呈“十”字的第一主線21及第二主線22，所述第一主線21的兩端垂直設(shè)置有兩個第一支線 23，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個第二支線24。所述第一主線21及第二主線22相互平分，所述兩個第一支線23的中心連接在第一主線21上，所述兩個第二支線24的中心連接在第二主線22上。圖中只是示意，實(shí)際上第一主線、第二主線、第一支線及第二支線都是有寬度的。當(dāng)然為了滿足單元格的各向異性，上述的二維雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)必須是非 90度旋轉(zhuǎn)對稱圖形(二維的)。本發(fā)明中，所述金屬線通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在片狀基板11上。當(dāng)然，還可以采用三維的激光加工工藝。所述金屬線為銅線或銀線，銅與銀的導(dǎo)電性能好，對電場的響應(yīng)更加靈敏。本發(fā)明的所述片狀基板11可以由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得。上述的高分子材料可以是聚四氟乙烯。聚四氟乙烯的電絕緣性非常好，因此不會對電磁波的電場產(chǎn)生干擾，并且具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性，使用壽命長，作為金屬微結(jié)構(gòu)附著的基材是很好的選擇。當(dāng)然，上述的高分子材料也可是FR-4、F4b等復(fù)合材料。上面結(jié)合附圖對本發(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)明宗旨和權(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
1.一種基于超材料的去極化器，其特征在于，所述去極化器包括多個相互平行的片層， 每一片層具有一片狀基板以及附著在片狀基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)，每一片狀基板分成多個相同的單元體，每一單元體與其上的人造微結(jié)構(gòu)組成一個電磁特性呈各向異性的單元格，每一片層中至少具有兩個光軸不平行的單元格。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超材料的去極化器，其特征在于，所述每一片層的所有單元格的光軸均不平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超材料的去極化器，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為金屬微結(jié)構(gòu)，所述每個金屬微結(jié)構(gòu)為一具有圖案的附著在片狀基板上的金屬線，所述金屬線的圖案為一非90度旋轉(zhuǎn)對稱圖形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于超材料的去極化器，其特征在于，所述金屬線通過蝕刻、 電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在片狀基板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于超材料的去極化器，其特征在于，所述金屬線呈二維雪花狀，其具有相互垂直呈“十”字的第一主線及第二主線，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個第一支線，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個第二支線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超材料的去極化器，其特征在于，所述第一主線及第二主線相互平分，所述兩個第一支線的中心連接在第一主線上，所述兩個第二支線的中心連接在第二主線上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于超材料的去極化器，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)呈I形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超材料的去極化器，其特征在于，所述片狀基板由陶瓷、 高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于超材料的去極化器，所述去極化器包括多個相互平行的片層，每一片層具有一片狀基板以及附著在片狀基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)，每一片狀基板分成多個相同的單元體，每一單元體與其上的人造微結(jié)構(gòu)組成一個電磁特性呈各向異性的單元格，每一片層中至少具有兩個光軸不平行的單元格。根據(jù)本發(fā)明的基于超材料的去極化器，在每一超材料片層中設(shè)置至少兩個光軸不平行的單元格，使得單一極化特性的電磁波經(jīng)過超材料后，至少部分電磁波的極化特性發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)去極化的目的，并且相比于現(xiàn)有技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G02B5/30GK102480058SQ20111008065
公開日2012年5月30日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者任春陽, 劉若鵬, 季春霖, 徐冠雄 申請人: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