基于非谐振原理的宽波段、低损耗人工结构材料研究

人工结构材料具有自然材料所不具有的奇异特性。现有人工结构材料主要基于电磁谐振机制实现对电磁波的非常规调制，而电磁谐振本质将导致现有人工结构材料具有频段窄、损耗大的问题。发展基于非谐振原理的宽波段、低损耗人工结构材料不仅具有重要的理论意义，同时也在人工结构材料迈向实用化方面具有重要的应用价值。本项目通过研究不同形貌、不同尺度以及排列方式的亚波长结构对人工材料电磁谐振频率和等离子体频率的调制规律，探索构造非谐振情况下人工结构材料的物理模型，发展适用于非谐振人工结构材料的逆向设计方法；在此基础上，完成基于非谐振原理的人工结构材料的设计，加工和检测，并对非谐振人工结构材料的相关特性进行全面的评价。最终获得具有宽波段、低损耗材料特性的非谐振人工结构材料。

本项目经过近3年的研究，重点在“三维宽波段、低损耗人工结构材料及其实验测试研究”、“基于金属孔的两维宽波段、低损耗人工结构、器件及相关实验研究”、“宽波段范围内的可重构人工结构材料及实验研究”、“基于人工结构材料的功能器件设计理论与方法”等四个方面开展了研究，建立了基于金属微纳结构的二维、三维低损耗人工结构材料物理模型。基于上述物理模型设计并制作了相应的人工结构材料，最后通过实验对发展的各种材料特性进行验证。实验结果证明：课题组发展的人工结构原型材料透过率可达60%，利用该材料构建的成像器件在实验中可获得良好的光学成像。本课题发展的低损耗人工结构在微波、红外乃至光波段构造新型功能器件方面具有重要应用价值。