[发明专利]一种空间色散的全角度吸波材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种空间色散的全角度吸波材料及其制备方法。包括吸波材料单元结构，吸波材料单元结构由非均匀材料通过切割曲线进行切割后拉伸得到，并且在切割去除的空间采用介电常数为1的材料填充，使得吸波材料单元结构沿正向传播方向的等效介电常数曲线符合空间Krammers‑Kronig曲线。本发明构造出的空间色散的全角度吸波材料，实现了全角度的无反射吸波，可应用于各种人工吸波领域。

技术领域

本发明涉及人工电磁吸波领域的一种吸波材料，尤其是涉及了一种空间色散的全角度吸波材料及其制备方法。

背景技术

作为电磁学和光学的一个基本现象，材料吸收已经被广泛研究了数个世纪。然而无论是传统吸波材料还是新型人工电磁吸波材料，其优化设计的条件均是考虑垂直入射。因此在大角度斜入射条件下，上述两种吸波材料的吸波性能均会随着入射角度的变大急剧恶化。虽然PML理论上可以完美吸收任意角度入射的电磁波，但PML参数模型要求其在轴向方向上必须具有增益特性，因而全参数PML材料迄今尚未实现。对转换光学的研究表明，如果不涉及增益介质，这种全角度的无反射吸收是不容易实现的。但最近转换光学的设计技术已经取得了重大进展，为提供了一种寻找不均匀的，各向异性的材料(转换介质)的策略，无论条件场如何，它都不反射。2015年，英国科学家Horsley在Nature Photonics上发表理论文章，提出了一种符合空间Krammers-Kronig关系的无源空间色散的全角度吸波材料设计方法，这种材料可以在半平面内实现任意角度完美匹配吸波。基于这种无源空间色散的全角度吸波材料的设计方法，2017年浙江大学叶德信副教授在Nature Communications[Naturecom.,8,51,2017]提出了一种通过构造符合空间域-频域Krammers-Kronig关系的非均匀人工电磁材料来实现全角度完美匹配吸波材料的方法，并在千兆赫兹频率范围内实验观察全角度的无反射吸收，与理论分析和全波模拟很好地吻合。

到目前为止，全角度吸波材料的研究仍存在吸波角度、吸波频带范围较窄等问题，尚未有通过切割非均匀材料来获得满足空间K-K分布的材料从而实现全角度吸波的相关研究。

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空间色散的全角度吸波材料及其制备方法，可实现全角度无反射的吸波。

本发明研究成果对突破传统吸波材料存在的大角度入射时吸波效率差、吸波频带较窄的瓶颈具有极其重要意义。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括吸波材料单元结构，吸波材料单元结构由非均匀材料通过切割曲线进行切割后拉伸得到，并且在切割去除的空间采用介电常数为1的材料填充，使得吸波材料单元结构沿正向传播方向的等效介电常数曲线符合空间Krammers-Kronig曲线，即使得吸波材料单元结构的介电常数满足空间K-K分布。

所述的正向传播方向为一预先确定的方向，为电磁波传播而来的大致方向。

所述的吸波材料单元结构为二维结构拉伸后形成的三维结构。

所述的切割曲线的横纵坐标为沿正向传播方向的位置和切割后非均匀材料在每处位置所保留的尺寸比例。

所述的非均匀材料的介电常数是非均匀分布的，且介电常数始终大于2。因为只有这样才能利用非均匀材料制备获得全角度吸波材料。

优选地，非均匀材料在沿任一正向传播方向的各处介电常数不同，在沿任一垂直于正向传播方向的各处介电常数相同。

优选地，非均匀材料在沿任一正向传播方向的各处介电常数不同，在沿任一垂直于正向传播方向的各处介电常数相同。

优选地，所述的切割曲线为，