各向异性零折射率超构材料的设计与研究

The capability of the controlling of the electromagnetic(EM) propagation is enabled by the evanescent waves induced in a class of inhomogeneous anisotropic media with a near-zero permittivity component(AZIMs). But it is difficult to realize the EM capability by a natural material experimentally because of the complicated EM parameters of the AZIMs. The project for the problem of the AZIMs, explores a new AZIMs structure made of a labyrinth metal resonator to the realize some special EM phenomena by two concerns: (1) constructing an AZIMs model that composed of a labyrinth metal resonator, whose EM parameters satisfy that εy=μz=0,εx>1 for TM polarization; (2) using the etching technology processing to product the AZIMs samples, and carrying out the EM properties of the AZIMs by utilizing the test platform in the experiment. Through the method of combination of theory and experiment, the basic research on the EM characters of the AZIMs are conducted, that solves the problem of the designing of the AZIMs and verifies the manipulation of the EM propagating in the experimental.

电磁波入射在各向异性零折射率超构材料（简称AZIMs）表面发生散射后会诱导出倏逝波，但是由于AZIMs对材料的电磁参数的要求较为苛刻（介电常数或磁导率不全为零），使得不易找到符合这类AZIMs条件的材料去实现任意调控电磁波的目的。针对这个难题，本项目构建一种迷宫式金属共振结构单元组成的AZIMs实现任意控制电磁波传播的电磁功能。主要分两步对这类AZIMs展开基础性研究：（1）从理论上设计一种迷宫式金属共振结构组成的AZIMs；（2）利用刻蚀技术加工制备样品，并采用测试平台对AZIMs的电磁特性进行实验验证。通过理论与实验相结合的方法对AZIMs开展基础性研究，解决AZIMs功能器件在材料设计方面的难题，实现任意调控电磁波的现象。

本项目以超分辨率成像为背景，针对传统各向异性零折射率超构材料（简称AZIMs）无法实现异常完美透射，提出了一种新的“迷宫式”AZIMs新结构，为高分辨率光学成像的探索提供了一种新的途径。.本项目的研究内容：.（1）研究完成了电磁参数满足 ey=uz=0 and ex＞1条件的AZIMs的电磁传输理论，从理论上证明了该AZIMs可实现超分辨率成像及异常完美透射的电磁现象；（2）完成了“迷宫式”AZIMs结构的总体方案设计，使其电磁参数满足 ey=uz=0 且ex＞1条件；（3）设计并加工制作了一系列不同尺寸的AZIMs结构，研究了AZIMs结构的不同尺寸对电磁波传输性能的影响。.通过本项目的实施，取得了如下研究成果：（1）根据超分辨率成像对AZIMs电磁参数的要求，建立了理论模型，验证了特殊的电磁传输特性；（2）设计了“迷宫式”AZIMs结构，电磁参数满足要求；（3）加工了AZIMs结构，并分析了不同尺寸对电磁特性的影响，验证了在频率为5.1GHz处电磁参数可实现 ey=uz=0，且ex最大可接近5；（4）通过调节“迷宫式”结构中心的长方形，可任意调节在x方向上的介电常数，实现介电常数最大接近5的尺寸。通过仿真、实验和理论推导，证明所设计的AZIMs结构不但可以实现超分辨率成像，且这种获得高分辨率光学成像的机制对损耗和阻抗失配不是很敏感，可以与完美透镜和超透镜进行互补，能够为高分辨率光学成像的探索提供了一种新的途径。