具有非對稱傳輸特性的雙l型手征超材料的微單元結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種具有電磁特性的人工復合微結構，特別是涉及一種具有非對稱傳 輸特性的人工復合微結構，應用于電磁通信技術領域。
【背景技術】
[0002] 超材料是一種具有自然界材料所不具備的超常物理性質的一種人工復合結構。手 征超材料通過周期性排列的人工微結構，來實現一些特殊的電磁特性，比如負折射率、非 對稱傳輸。
[0003] 目前，手征超材料一般由多個疊加在一起的超材料片層構成。每一個超材料片層 由金屬微結構或介質基板構成。超材料的電磁響應是由人工微結構的形狀和結構尺寸決定 的。通過微結構之間的耦合效應，得到一些特殊的電磁響應。通常人工微結構的尺寸是產 生電磁響應的電磁波長的十分之一左右。
[0004] 隨著超材料的日益發展，人們根據不同的微結構實現了自然界材料所不具有的 電磁特性，例如負折射、隱身斗篷、完美透鏡。隨著超材料的進一步深入研宄，超材料將具 有更多的新的電磁特性。手征超材料的結構特性以及它特有的旋光效應使其為負折射材料 研宄開啟了新的篇章，成為負折射率材料研宄的一個新課題。
【發明內容】
[0005] 為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種 具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單元結構，通過L型金屬片的旋轉，獲得了不 同的位置關系，從而得到了一種新的雙L型手征結構，該結構與其鏡像不對稱，通過電磁仿 真軟件CST模擬驗證本發明微單元結構實現了良好的非對稱傳輸特性。
[0006] 為達到上述發明創造目的，本發明采用下述技術方案： 一種具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單元結構，包括介質基板、設置于 介質基板上表面的正面人工金屬微結構和設置于介質基板下表面上的背面人工金屬微結 構，正面人工金屬微結構由設置于介質基板上表面的兩個L形金屬片構成，形成平面式結 構，此兩個L型的金屬片不相連，且此兩個L形金屬片中的一個L形金屬片繞著中心點旋轉 180度后與另外一個L形金屬片重合，背面人工金屬微結構是由正面人工金屬微結構經過 空間旋轉得到的，背面人工金屬微結構和正面人工金屬微結構所在的平面形成空間平行關 系，背面人工金屬微結構和正面人工金屬微結構的結構互相保持鏡像不對稱。
[0007] 作為本發明優選的技術方案，正面人工金屬微結構在Z方向平移I. 2-2. 0mm，然后 在XY平面上旋轉90度，最后再繞著X軸旋轉180度，即得到背面人工金屬微結構。
[0008] 作為上述技術方案優選的技術方案，介質基板為介電常數為2. 65的FB4-2。
[0009] 作為上述技術方案優選的技術方案，正面人工金屬微結構和背面人工金屬微結構 的材料分別采用金、銀和銅中的任意一種單質材料或任意幾種的復合材料。
[0010] 本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點： 1. 本發明的雙L型手征超材料微結構是通過金屬結構之間的旋轉得到的，即介質基 板下表面的人工金屬微結構是上表面結構通過繞著不同的軸平移、旋轉得到，通過改變介 質基板上表面與下表面金屬結構的位置關系，從而改變了結構的形狀，使其具有特殊的電 磁特性； 2. 本發明微結構的結構簡單，易于制作，在工作頻率段內具有良好的非對稱傳輸特 性，可以廣泛的運用于光偏轉器、光旋轉器、光隔離器等光電子設備中。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發明優選實施例雙L型手征超材料的微單元結構的正面示意圖。
[0012] 圖2是本發明優選實施例雙L型手征超材料的微單元結構的背面示意圖。
[0013]圖3是本發明優選實施例雙L型手征超材料的微單元結構的電磁仿真軟件CST模 擬測試的傳輸特性結果曲線圖。
[0014]圖4是本發明優選實施例雙L型手征超材料的微單元結構的電磁仿真軟件CST模 擬測試的非對稱諧振特性結果曲線圖。
【具體實施方式】
[0015] 本發明的優選實施例詳述如下： 在本實施例中，參見圖1和圖2, 一種具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單 元結構，包括介質基板1、設置于介質基板1上表面的正面人工銅微結構（2, 3)和設置于介 質基板1下表面上的背面人工金屬微結構（4, 5)，介質基板1為介電常數為2. 65的FB4-2， 正面人工金屬微結構（2,3)由設置于介質基板1上表面的兩個L形銅片構成，形成平面式結 構，此兩個L型的銅片不相連，且此兩個L形銅片中的一個L形銅片繞著中心點旋轉180度 后與另外一個L形銅片重合，背面人工金屬微結構（4, 5)是由正面人工金屬微結構（2, 3)經 過空間旋轉得到的，即正面人工金屬微結構（2, 3)在Z方向平移I. 2-2. 0mm，即介質基板的 厚度為I. 2-2. 0mm，然后在XY平面上旋轉90度，最后再繞著X軸旋轉180度，即得到背面 人工金屬微結構（4, 5)，背面人工金屬微結構（4, 5)和正面人工金屬微結構（2, 3)所在的平 面形成空間平行關系，背面人工金屬微結構（4, 5)和正面人工金屬微結構（2, 3)的結構互 相保持鏡像不對稱。本實施例雙L型手征超材料的微單元結構通過金屬結構之間的旋轉， 從而改變了結構的形狀，使其具有良好的非對稱傳輸特性。
[0016] 在本實施例中，參見圖1和圖2,本實施雙L型手征超材料的微單元結構包括三個 部分，介質基板1、背面人工金屬微結構（4, 5)和正面人工金屬微結構（2, 3)。介質基板表面 的微結構由兩個L型的金屬片構成。本實施例介質基板1上下表面人工金屬微結構互為由 介質基板不同表面人工金屬微結構通過平移、旋轉得到。各金屬片之間的相互耦合，可實現 非對稱傳輸。通過改變介質基板厚度，金屬片寬度，雙L之間縫隙寬度可調節傳輸系數幅值 以及諧振頻率大小。經過設計、CST仿真以及優化，最終得到優化的雙L型手征超材料結構 參數： L=8. 6mm,a=IOmmjw=0. 8mm; 基于以上分析設計的雙L型手征超材料，其工作頻率為4-20GHz，CST仿真結果如圖3和圖4所示。在工作頻率范圍內，傳輸系數
【主權項】
1. 一種具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單元結構，包括介質基板（1 )、設 置于介質基板（1)上表面的正面人工金屬微結構（2,3)和設置于介質基板（1)下表面上的 背面人工金屬微結構（4, 5)，其特征在于；所述正面人工金屬微結構（2, 3)由設置于所述介 質基板（1)上表面的兩個L形金屬片構成，形成平面式結構，此所述兩個L型的金屬片不相 連，且此所述兩個L形金屬片中的一個L形金屬片繞著中屯、點旋轉180度后與另外一個L形 金屬片重合，所述背面人工金屬微結構（4, 5)是由所述正面人工金屬微結構（2, 3)經過空 間旋轉得到的，所述背面人工金屬微結構（4, 5)和所述正面人工金屬微結構（2, 3)所在的 平面形成空間平行關系，所述背面人工金屬微結構（4, 5)和所述正面人工金屬微結構（2， 3)的結構互相保持鏡像不對稱。
2. 根據權利要求1所述具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單元結構，其特 征在于：所述正面人工金屬微結構（2, 3)在Z方向平移1. 2-2. 0mm，然后在XY平面上旋轉 90度，最后再繞著X軸旋轉180度，即得到所述背面人工金屬微結構（4, 5)。
3. 根據權利要求1或2所述具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單元結構， 其特征在于；所述介質基板（1)為介電常數為2. 65的FB4-2。
4. 根據權利要求1或2所述具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單元結構， 其特征在于；所述正面人工金屬微結構（2, 3)和所述背面人工金屬微結構（4, 5)的材料分 別采用金、銀和銅中的任意一種單質材料或任意幾種的復合材料。
【專利摘要】本發明公開了一種具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單元結構，包括介質基板，介質基板上表面人工金屬微結構，介質基板下表面人工金屬微結構，介質基板上表面人工金屬微結構由兩個大小尺寸相同的L型金屬片構成，兩個L型金屬片繞著中心點旋轉180度重合，介質基板下表面的人工金屬微結構是上表面結構通過繞著不同的軸平移、旋轉得到的。通過改變介質基板上表面與下表面金屬結構的位置關系，使其具有特殊的電磁特性。本發明微單元結構簡單，易于制作，在工作頻率段內具有良好的非對稱傳輸特性，可以廣泛的運用于光偏轉器、光旋轉器、光隔離器等光電子設備中。
【IPC分類】H01Q15-02
【公開號】CN104600434
【申請號】CN201410827371
【發明人】肖中銀, 劉德君, 馬孝龍, 馬全問, 徐曉雪, 王子華
【申請人】上海大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月26日