[发明专利]一种太赫兹频段的全角度透明传输材料

说明书

本发明公开了一种太赫兹频段的全角度透明传输材料。全角度透明传输材料由人工媒质电磁谐振单元通过空间电磁耦合，阵列形成在电磁谐振单元所在平面的电磁谐振层构成；电磁谐振单元包括衬底和衬底平面上的正方形金属传输线边框，以及在正方形金属传输线边框的对称中心的圆形金属盘，在电磁波入射下能同时被电场和磁场激发产生电谐振和磁谐振；电磁谐振层在太赫兹频段电磁波任意角度入射的情况下，具有任意入射角下全透射特性。本发明构造出的全角度透明传输材料，首次实现利用人工媒质构造太赫兹波段的全角度透明传输材料，并且结构简单，可广泛应用于各种人工媒质领域。

技术领域

本发明涉及人工媒质领域，尤其是涉及了人工媒质领域的一种涉及单层平面工艺构造的太赫兹频段的全角度透明传输材料。

背景技术

人工媒质的物理本质，是通过密集排列的亚波长谐振单元，模拟自然媒介中原子的电磁极化，以在所需频段获得特定的频率色散。科学界一直致力于利用改变亚波长谐振单元的结构特性来改变媒质的电磁参数，从而获得具有没有反射的等效媒质，即完美匹配层(PML)。PML是计算电磁学中通过数学定义的一种假想的物质模型。1994年，Berenger首次提出PML的概念，后被广泛用于科研及工程领域的有限域数值计算。任意极化的电磁波以任意入射角入射到PML表面时，无任何反射地进入PML内部。当PML具有较大损耗时，透射的电磁波能量会被迅速吸收，成为一种理想的吸波材料；当PML具有损耗较小时，透射的电磁波能量可以几乎没有损耗的从PML出射，成为一种理想的透明材料。利用无损耗PML概念，可以得到媒质本身的“自我隐身”，实现“完美”理想天线罩等新奇应用。

目前基于频率选择表面(FSS：Frequency selective surface)的宽频带天线罩研究已有很多报道，但由于FSS的较大单元、强烈的各向异性条件的限制，并未能实现全角度的透明传输特性。2016年，浙江大学叶德信博士利用3D打印技术，提出基于人工媒质电磁参数的精确控制，实现了一种等效介电常数和磁导率与自由空间接近的无损耗人工PML媒质，并且对任意极化、任意入射角的横电波(TE)波呈现接近于1的相对折射率和波阻抗，实现微波频段的全角度透明传输。2016年，苏州大学杭志宏教授利用光子晶体理论同样实现微波波段的TE波全角度透明传输材料。

到目前为止，全角度透明传输材料的研究仍限于微波频段，因为微波频段谐振单元的结构尺寸相对于太赫兹波段谐振单元尺寸较大，容易实现加工，同时在微波波段，材料的本征损耗相对较小，更容易实现无损耗的等效媒质。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提出了一种太赫兹频段的全角度透明传输材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、电磁谐振单元：

所述的电磁谐振单元由三部分组成，包括衬底以及布置在衬底上表面的环形金属传输线边框和圆形金属盘，环形金属传输线边框布置在衬底上表面周围边缘，圆形金属盘布置在衬底上表面的中心。同时衬底采用本征高阻硅片，环形金属传输线边框和圆形金属盘均采用铜。

具体实施的电磁谐振单元包括材质为本征高阻硅片的衬底，衬底平面上材质为金属铜的正方形金属传输线边框，以及材质同样为金属铜的在正方形金属传输线边框的对称中心的圆形金属盘。

所述的电磁谐振单元结构如图1所示。所述的谐振单元的边长尺寸小于自由空间中波长的四分之一，在电磁波入射下能同时被电场和磁场激发产生电谐振和磁谐振，其中环形金属传输线边框影响电谐振，圆形金属盘影响磁谐振。

所述的电磁波的电场方向可在电磁谐振层所在平面的任意方向，即横电波。

二、一种太赫兹频段的全角度透明传输材料：

所述的太赫兹频段的全角度透明传输材料由人工媒质电磁谐振层构成，电磁谐振层是由多个电磁谐振单元在自身所在平面阵列并通过空间电磁耦合形成。