本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及一種超材料成像裝置，包括將物體表面漫反射的回波匯聚成像的第一超材料；第一超材料包括一功能層，所述功能層包括多個(gè)相互平行的片層，每一片層包括片狀基板和附著在片狀基板上陣列排布的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述片狀基板分成多個(gè)單元塊，每一人造微結(jié)構(gòu)與其所占據(jù)的單元塊構(gòu)成一個(gè)單元格，每一片層沿第一方向排布的多個(gè)單元格分成第一中間區(qū)域以及位于第一中間區(qū)域兩側(cè)的多個(gè)第一帶狀區(qū)域，每一第一帶狀區(qū)域的折射率均向第一中間區(qū)域連續(xù)增大，且相鄰兩個(gè)第一帶狀區(qū)域的折射率不連續(xù)。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的超材料成像裝置，使用了具有匯聚功能的第一超材料代替凸透鏡實(shí)現(xiàn)成像，具有加工工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于超材料領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種超材料成像裝置。
技術(shù)介紹
微波成像，就是先向目標(biāo)發(fā)射電 磁波(微波波段)，再接收目標(biāo)的散射回波進(jìn)行成像。現(xiàn)有技術(shù)，將電磁波通過(guò)透鏡匯聚到所測(cè)物體上，再將漫反射出來(lái)的部分電磁波通過(guò)透鏡匯聚成像，透鏡的匯聚是靠透鏡的球面形狀的折射來(lái)實(shí)現(xiàn)匯聚的，這種方法要得到高分辨率的成像圖就需要制造的高精度的匯聚透鏡，從加工工藝上來(lái)說(shuō)是很難實(shí)現(xiàn)的。而且透鏡的介質(zhì)容易老化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種超材料成像裝置，該裝置用具有匯聚功能的超材料代替透鏡，具有加工工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。本專(zhuān)利技術(shù)解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種超材料成像裝置，所述裝置包括將物體表面漫反射的回波匯聚成像的第一超材料；所述第一超材料包括一功能層，所述功能層包括多個(gè)相互平行的片層，每一片層包括片狀基板和附著在片狀基板上陣列排布的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述片狀基板分成多個(gè)單元塊，每一人造微結(jié)構(gòu)與其所占據(jù)的單元塊構(gòu)成一個(gè)單元格，所述每一單元格具有各向異性的電磁參數(shù)，每一片層沿第一方向排布的多個(gè)單元格分成第一中間區(qū)域以及位于第一中間區(qū)域兩側(cè)的多個(gè)第一帶狀區(qū)域，每一第一帶狀區(qū)域的折射率均向第一中間區(qū)域連續(xù)增大，且相鄰兩個(gè)第一帶狀區(qū)域的折射率不連續(xù)。進(jìn)一步地，同一片層沿垂直于第一方向的第二方向排布的多個(gè)單兀格其折射率相同。進(jìn)一步地，所述第一超材料處于由第一方向與第二方向組成的平面上的多個(gè)單元格其中心位置的單元格的折射率最大，以此中心位置為圓心，處于同一圓環(huán)上的單元格的折射率相同，任一直徑上的多個(gè)單元格其分成第二中間區(qū)域以及分布在第二中間區(qū)域兩側(cè)的多個(gè)第二帶狀區(qū)域，每一第二帶狀區(qū)域的折射率均向第二中間區(qū)域連續(xù)增大，且相鄰兩個(gè)第二帶狀區(qū)域的折射率不連續(xù)。進(jìn)一步地，所述第一中間區(qū)域兩側(cè)的單元格的折射率以第一中間區(qū)域?yàn)橹行膶?duì)稱(chēng)分布，所述第二中間區(qū)域兩側(cè)的單元格的折射率以第二中間區(qū)域?yàn)橹行膶?duì)稱(chēng)分布。進(jìn)一步地，每一片層上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)具有相同的圖形，并且沿第一方向排布的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)中尺寸最大的人造微結(jié)構(gòu)位于第一中間區(qū)域，每一第一帶狀區(qū)域的人造微結(jié)構(gòu)的尺寸均向第一中間區(qū)域連續(xù)增大，且相鄰兩個(gè)第一帶狀區(qū)域的人造微結(jié)構(gòu)尺寸不連續(xù)。進(jìn)一步地，每一片層沿第二方向排布的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)其尺寸相同。進(jìn)一步地，所述第一超材料處于由第一方向與第二方向組成的平面上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)中尺寸最大的人造微結(jié)構(gòu)位于第二中間區(qū)域，處于同一圓環(huán)上的人造微結(jié)構(gòu)尺寸相同，每一第二帶狀區(qū)域的人造微結(jié)構(gòu)的尺寸均向第二中間區(qū)域連續(xù)增大，且相鄰兩個(gè)第二帶狀區(qū)域的人造微結(jié)構(gòu)尺寸不連續(xù)。 進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)為平面的工字形結(jié)構(gòu)或平面雪花狀結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，所述第一超材料還包括設(shè)置在功能層入射面和/或出射面上的阻抗匹配層。進(jìn)一步地，所述裝置還包括輻射檢測(cè)電磁波的輻射器以及將檢測(cè)電磁波匯聚到待成像物體表面的匯聚元件，所述匯聚元件為凸透鏡，或?yàn)榕c第一超材料功能結(jié)構(gòu)相同的第二超材料。實(shí)施本專(zhuān)利技術(shù)的超材料成像裝置，用具有匯聚功能的第一超材料代替了加工工藝要 求極高的透鏡，因此加工藝簡(jiǎn)單，可以大大節(jié)省加工時(shí)間，提高加工效率。附圖說(shuō)明圖I是本專(zhuān)利技術(shù)的超材料成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本專(zhuān)利技術(shù)的一種形式的單元格的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本專(zhuān)利技術(shù)的第一超材料其功能層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本專(zhuān)利技術(shù)的第一超材料其功能層的電磁波匯聚示意圖；圖5為本專(zhuān)利技術(shù)的第一超材料其功能層在XZ平面上的折射率分布示意圖。圖6是本專(zhuān)利技術(shù)所提供的第一超材料其功能層與阻抗匹配層的組裝示意圖；圖7是平面雪花狀的人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的單元格的示意圖；圖8是三維雪花狀的人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的單元格的示意圖。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(guò)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"所具有的三個(gè)重要特征(I) “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。本專(zhuān)利技術(shù)利用超材料技術(shù)來(lái)構(gòu)建一種超材料成像裝置。具體如下如圖I所示，根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的超材料成像裝置，包括輻射檢測(cè)電磁波的輻射器200、將檢測(cè)電磁波匯聚到待成像物體表面的匯聚元件300以及將物體表面漫反射的回波匯聚成像的第一超材料400。所述匯聚元件300為凸透鏡，或?yàn)榕c第一超材料400功能結(jié)構(gòu)相同的第二超材料。本實(shí)施例中，優(yōu)選為第二超材料3。此處的功能結(jié)構(gòu)相同，指的是第二超材料能夠?qū)⑤椛淦?00發(fā)出的電磁波匯聚到物體表面P。本專(zhuān)利技術(shù)中，輻射器200發(fā)出的檢測(cè)電磁波由第二超材料3匯聚后，射到待成像物體的表面P，在待成像物體的表面P發(fā)生漫反射，漫反射的部分電磁波再通過(guò)第一超材料I匯聚成像。上面的輻射器可以是類(lèi)似天線的發(fā)射機(jī)等裝置。如圖I至圖3所示，本專(zhuān)利技術(shù)的第一超材料包括一功能層10，所述功能層10包括多個(gè)相互平行的片層1，每一片層I包括片狀基板2和附著在片狀基板2上陣列排布的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)3，所述片狀基板2分成多個(gè)單元塊V，每一人造微結(jié)構(gòu)3與其所占據(jù)的單元塊V構(gòu)成一個(gè)單元格4，每一片層I沿第一方向排布的多個(gè)單元格分成多個(gè)分布在第一中間區(qū)域SI兩側(cè)的第一帶狀區(qū)域D1，每一第一帶狀區(qū)域Dl的折射率均向第一中間區(qū)域SI連續(xù)增大，且相鄰兩個(gè)第一帶狀區(qū)域的折射率不連續(xù)。第一中間區(qū)域SI由一個(gè)單元格或由相同折射率的多個(gè)單元格組成。此處的折射率不連續(xù)是指，折射率不是連續(xù)增大，在相鄰位置有個(gè)突變的過(guò)程，即相鄰的兩個(gè)第一帶狀區(qū)域的鄰接位置的單元格的折射率向第一中間區(qū)域SI方向是突然減小的。例如，某兩個(gè)相鄰的第一帶狀區(qū)域Dl其折射率分別為2至5(連續(xù)增大)與3至6 (連續(xù)增大)，折射率為5的單元格與折射率為3的單元格相鄰，則折射率先是2至5連續(xù)增大，再突變到3，沒(méi)有連續(xù)增大，即可視為折射率不連續(xù)。每一單元塊可以是完全相同的方塊，可以是立方體，也可是長(zhǎng)方體，每一單元塊V的長(zhǎng)、寬、高尺寸為入射電 磁波波長(zhǎng)的五分之一以下(通常為波長(zhǎng)的十分之一)，以使得整個(gè)超材料對(duì)電磁波具有連續(xù)的電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)響應(yīng)。所述每一單元格可以是各向同性，也可以是各向異性。對(duì)于具有平面結(jié)構(gòu)的人造微結(jié)構(gòu)，各向同性，是指對(duì)于在該二維平面上以任一角度入射的任一電磁波，上述人造微結(jié)構(gòu)在該平面上的電場(chǎng)響應(yīng)和磁場(chǎng)響應(yīng)均相同，也即介電常數(shù)和磁導(dǎo)率相同；對(duì)于具有三維結(jié)構(gòu)的人造微結(jié)構(gòu)，各向同性是指對(duì)于在三維空間的任一方向上入射的電磁波,每個(gè)上述人造微結(jié)構(gòu)在三維空間上的電場(chǎng)響應(yīng)和磁場(chǎng)響應(yīng)均相同。當(dāng)人造微結(jié)構(gòu)為90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)時(shí)，人造微結(jié)構(gòu)即具有各向同性的特征。對(duì)于二維平面結(jié)構(gòu)，90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)是指其在該平面上繞一垂直于該平面且過(guò)其對(duì)稱(chēng)中心的旋轉(zhuǎn)軸任意旋轉(zhuǎn)90度后與原結(jié)構(gòu)重合，如圖7所示的平面雪花狀的人造微結(jié)構(gòu)，當(dāng)其中間呈十字垂直交叉的兩根線相等且外側(cè)垂直相交的四個(gè)分支也相等時(shí)，則由此人造微結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的單元格表現(xiàn)出二維的各向同性；對(duì)于三維結(jié)構(gòu)，如果具有兩兩垂直且共交點(diǎn)(交點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心)的3條旋轉(zhuǎn)軸，使得該結(jié)構(gòu)繞任一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)90度后均與原結(jié)構(gòu)重合或者與原結(jié)構(gòu)以一分界面本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種超材料成像裝置，其特征在于，所述裝置包括：將物體表面漫反射的回波匯聚成像的第一超材料；所述第一超材料包括一功能層，所述功能層包括多個(gè)相互平行的片層，每一片層包括片狀基板和附著在片狀基板上陣列排布的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述片狀基板分成多個(gè)單元塊，每一人造微結(jié)構(gòu)與其所占據(jù)的單元塊構(gòu)成一個(gè)單元格，每一片層沿第一方向排布的多個(gè)單元格分成第一中間區(qū)域以及位于第一中間區(qū)域兩側(cè)的多個(gè)第一帶狀區(qū)域，每一第一帶狀區(qū)域的折射率均向第一中間區(qū)域連續(xù)增大，且相鄰兩個(gè)第一帶狀區(qū)域的折射率不連續(xù)。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉若鵬，季春霖，岳玉濤，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：深圳光啟高等理工研究院，深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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