一种新型网状结构的零折射率超材料

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一种基于改进渔网型结构的宽带近零折射率电磁超材料[发明专利]

专利名称：一种基于改进渔网型结构的宽带近零折射率电磁超材料
专利类型：发明专利
发明人：李伟明,任武,薛正辉,许芳杰,姜昊,曾庆运,房书韬,杨诗怡,贺天皓,孙胜凯,姚增利
申请号：CN201810326677.2
申请日：20180412
公开号：CN108666761A
公开日：
20181016
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种基于改进渔网型结构的宽带近零折射率电磁超材料，由多个长方体结构的单元组成，每个单元自上到下依次为改进型渔网结构金属层、介质层和改进型渔网结构金属层；改进型渔网结构金属层为边缘加工有周期性交错槽线的渔网结构的金属板；本发明在保证良好的空间匹配度的同时实现相对宽带范围内的近零折射率特性。

申请人：北京理工大学
地址：100081 北京市海淀区中关村南大街5号
国籍：CN
代理机构：北京理工大学专利中心
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科学家构建出零折射率“超材料”

科学家构建出零折射率“超材料”
佚名
【期刊名称】《科技创新与生产力》
【年(卷),期】2011(000)008
【摘要】据美国物理学家组织网2011年7月11日报道，一个国际科研团队研制出了一种新的光纳米结构，使科学家能操纵光的折射率并且完全控制光在空气中的传播。

最新研究证明，光（电磁波）能通过人造媒介，从A点无任何相变地传播到B点，好像该传播媒介完全在空气中消失一样。

这是科学家首次在芯片规模和红外线波长上实现同相传递和零折射率。

【总页数】1页(P112-112)
【正文语种】中文
【中图分类】O435.1
【相关文献】
1.科学家构建出零折射率“超材料” [J],
2.科学家研制零折射率“超材料”新纳米结构能完全操控光的传播 [J], 无
3.科学家研制零折射率“超材料” [J], 无
4.科学家构建出零折射率“超材料”新纳米结构能完全操控光的传播 [J],
5.密度为零的零折射率声学超材料研究 [J], 蓝君;李义丰
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零折射率超材料

零折射率超材料一类折射率为零的超材料由于材料的独特特性而迅速引起了科学家的兴趣，在哈佛大学领导一个研究超材料的研究小组解释说，这种材料在用光照射时会以一种特殊的方式表现。

例如，指向平面平板的光只有在其入射角恰好为90度时才能通过。

光线会在材料中产生响应，因此与入射电磁场相结合，材料中的场在整个材料中具有相同的相位——就像电影中马车的轮子由于相互作用而出现静止状态一样旋转的频率和电影的频率,空间中的这种完全相干性导致光具有无限波长和无限相速度。

由于光的相位在所有超材料中都是相同的，看起来正弦场的波长被拉伸到无穷大，并且相位瞬间传播。

这两个特性允许在光学芯片上非常小的可用空间内以前所未有的方式控制光；它可以通过极其狭窄的通道或波导，绕过尖角而不会损失能量。

在芯片上制造这种超材料可以与其他纳米制造技术集成以进行片上光操纵。

研究团队合作者创建了一个超材料层，该层由嵌入聚合物基质中的硅柱组成，两面都覆盖有金膜，沉积在硅基板上。

这种零折射率超材料层可以填补工程师在通往未来光子芯片的道路上可能面临的许多坑洼，研发道路上的障碍之一是将光耦合到光学芯片上的小结构中——小于光的衍射极限，该团队设计了“超级耦合器”的概念，其中光通过可以处理小尺寸和锐角的零折射率材料传输，这将减小光学连接的尺寸，并消除传输中的损耗。

如果我们将零折射率超材料放入由镜子制成的波导中，无论波导的长度、挤压、形状、扭曲或弯曲如何，我们都可以实现高效传输，这些是无法通过使用常规波导在微波和光学系统中实现的现象，”。

第二个应用是非线性光学中的相位匹配，这是研究由与光强度不成比例的光引起的物质现象,光学处理将需要单独的光束彼此相互作用，只有当出射光子的动量与入射光子的动量相匹配时，两束光束只能通过非线性过程相互作用。

零折射率材料使这变得特别容易，因为零折射率材料中光的动量矢量为零，这放松了对纳米级非线性光学过程的一些限制。

光学量子计算机中的应用可能很有前景，因为零折射率材料中的所有光发射器都必须同相振荡。

零折射率超材料研究进展

近年来，近零折射率光子学（在具有零参量的结构中光与物质的相互作用）的研究引起大家的广泛关
基金项目：广东省自然科学基金资助项目（２０１５Ａ０３０３１１０１８；２０１７Ａ０３０３１３０３５）
作者简介：许军（１９９２），男，硕士研究生，主要从事光学研究。
第４２卷第３期２０１８年５月
激光技术ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．３Ｍａｙ，２０１８
文章编号：１００１３８０６（２０１８）０３０２８９０６
零折射率超材料研究进展
许军，陈溢杭
（华南师范大学物理与电信工程学院，广州５１０００６）
摘要：近年来，具有自然界中天然媒质所不具备的特殊性质的电磁超材料在很多领域引起了广泛关注。零折射率超材料（ＺＲＩＭ）是一种相对介电常数和磁导率为零的特征材料，在光学领域具有很多独特的特征，主要表现在波长拉伸、相位一致以及隧道效应等方面。介绍了几种典型的ＺＲＩＭ结构以及ＺＲＩＭ结构中实现的性质，包括无限大波长、均匀场分布等。讨论了ＺＲＩＭ结构的实现在物理光学中的重要应用，比如定向发射、发射增强、边界态分析以及光的捕获。基于零折射率的性质以及特征的研究，为新器件开发、新光学元件的基础研究提供了相应的参考和指导。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｚｅｒｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘ；ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ；ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ；ｔｕｎｎｅｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔ；ｅｍｉｓｓｉｏｎ；ｌｉｇｈｔｔｒａｐｐｉｎｇ
引言
纳米光子学的主要目的是对光在纳米尺度上的操作以及控制，并在通信技术和能源管理中发挥关键作用。然而，由于光与物质间的相互作用通常较弱，因此需要通过使用适当的超材料结构［１３］对光进行控制：包括弯曲、聚焦、移动，甚至捕获与存储，以及实现全光信息处理任务。

颠覆未来作战的前沿技术——超材料

超材料是通过在材料关键物理尺寸上的结构有序设计，突破某些表观自然规律的限制，获得超出自然界原有普通物理特性的超常材料的技术。

超材料是一个具有重要军事应用价值和广泛应用前景的前沿技术领域，将对未来武器装备发展和作战产生革命性影响。

新型材料颠覆传统理论尽管超材料的概念出现在2000年前后，但其源头可以追溯到更早。

1967年，苏联科学家维克托·韦谢拉戈提出，如果有一种材料同时具有负的介电常数和负的磁导率，电场矢量、磁场矢量以及波矢之间的关系将不再遵循作为经典电磁学基础的“右手定则”，而呈现出与之相反的“负折射率关系”。

这种物质将颠覆光学世界，使光波看起来如同倒流一般，并且在许多方面表现出有违常理的行为，例如光的负折射、“逆行光波”、反常多普勒效应等。

这种设想在当时一经提出，就被科学界认为是“天方夜谭”。

随着传统材料设计思想的局限性日渐暴露，显著提高材料综合性能的难度越来越大，材料高性能化对稀缺资源的依赖程度越来越高，发展超越常规材料性能极限的材料设计新思路，成为新材料研发的重要任务。

● 2000年，首个关于负折射率材料的报告问世；● 2001年，美国加州大学圣迭戈分校的科研人员首次制备出在微波波段同时具有负介电常数和负磁导率的超材料；● 2002年，美国麻省理工学院研究人员从理论上证实了负折射率材料存在的合理性；●2003年，由于超材料的研究在世界范围内取得了多项研究成果，被美国《科学》杂志评为当年全球十项重大科技进展之一。

此后，超材料研究在世界范围内取得了多项成果，维克托·韦谢拉戈的众多预测都得到了实验验证。

现有的超材料主要包括：负折射率材料、光子晶体、超磁材料、频率选择表面等。

与常规材料相比，超材料主要有3个特征：一是具有新奇人工结构；二是具有超常规的物理性质；三是采用逆向设计思路，能“按需定制”。

负折射率材料具有介电常数与磁导率同时为负值的电磁特性，电磁波在该介质中传播时，电场强度、磁场强度与传播矢量三者遵循负折射率螺旋定则，因此存在负折射效应、逆多普勒效应、逆切仑科夫辐射和理想透镜等多种奇特物理现象。

超材料微带天线的研究进展

超材料微带天线的研究进展周精浩;董焱章【摘要】汽车的智能网联化对车载雷达等智能车身传感器提出了更高的性能要求,其中内置微带天线的性能至关重要.超材料的新颖特性非常有利于提高微带天线的增益、小型化和集成化程度,这里超材料与微带天线的合理匹配是设计研究的重点.从天线结构角度来看,超材料微带天线的类型可分为超材料覆层型微带天线、超材料基板型微带天线、复合左右手传输线型微带天线.超材料微带天线在抑制天线表面波、提高天线方向性和天线多频化等方面具有很好的应用潜力.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2019(000)007【总页数】7页(P200-206)【关键词】超材料;微带天线;小型化;增益;集成化【作者】周精浩;董焱章【作者单位】汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室,湖北汽车工业学院汽车工程学院,湖北十堰 442002;汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室,湖北汽车工业学院汽车工程学院,湖北十堰 442002【正文语种】中文【中图分类】U4451953年Deschamps首次提出微带天线，然而受限于覆铜、覆金介质基片光刻技术的落后，直到20世纪70年代Munson和Howel才制造出第一个实际意义上的微带天线[1]。

微带天线具有体积小、结构简单、成本低、易与与其他电磁器件共形、方便与馈电网络和其他有源器件集成等优点。

在汽车智能网连化蓬勃发展的过程中，对车载雷达等智能车身传感器的集成化和小型化提出了更高要求，因此微带天线成为车用雷达的新选择，目前己有采用微带天线阵的汽车雷达系统[2-3]。

但是传统的微带天线的增益普遍较低、性能受介质板材影响较大，易激励表面波导致能量损耗、功率容量较低、频带较窄、馈电与辐射元之间存在着隔离差、方向性比较差等缺点制约微带天线的进一步发展和应用。

上述问题亟需新的微带天线设计理论及研究，本世纪初脱颖而出的超材料设计理念[4-7]恰逢其时，随着超材料理论不断发展，目前超材料已经在天线、雷达、滤波器等领域得到应用，并取得较好的效果。

超材料

超材料——过去十年中人类最重大的十项科技突破之一狭义上超材料即指电磁超材料,电磁超材料具有超越自然界材料电磁响应极限的特性,能够实现对电磁波传播的人为设计、任意控制。

目前该材料被应用在定向辐射高性能天线、电磁隐身、空间通信、探测技术和新型太赫兹波段功能器件等方面。

看好电磁超材料在军工、通信和智能结构等方面的应用前景电磁超材料在军工领域的应用比较广泛,目前已应用的超材料产品包括超材料智能蒙皮、超材料雷达天线、吸波材料、电子对抗雷达、超材料通讯天线、无人机雷达、声学隐身技术等。

通信领域电磁超材料最具应用前景的就是无线Wi-fi网络,目前光启已进入该领域。

电磁超材料在智能结构中的应用主要有两类:地面行进装备用智能结构和可穿戴式超材料智能结构。

智能结构用电磁超材料的市场前景非常广阔A股超材料主题相关上市公司主要包括:国民技术(300077)、龙生股份(002625)、鹏博士(600804)和鹏欣资源(600490)等,建议重点关注国民技术、鹏博士和鹏欣资源。

超材料“Metamaterial”是21世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇，近年来经常出现在各类科学文献。

拉丁语“meta-”，可以表达“超出…、亚…、另类”等含义。

对于metamaterial一词，目前尚未有一个严格的、权威的定义，各种不同的文献上给出的定义也各不相同。

但一般文献中都认为metamaterial是“具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料”。

迄今发展出的“超材料”包括：“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等。

“左手材料”是一类在一定的频段下同时具有负的磁导率和负的介电常数的材料系统(对电磁波的传播形成负的折射率)。

近一两年来“左手材料”引起了学术界的广泛关注，曾被美国《科学》杂志评为2003年的"年度十大科学突破"之一。

1原理超材料的应用与原有的材料制备有很大的区别，以往是自然界有什么材料，就能制造出什么物品，而超材料完全是逆向设计，根据针对电磁波的具体应用需求，制造出具有相应功能的材料。

超材料在隐身技术领域的应用

超材料在隐身技术领域的应用目录编者按 (1)1.超材料介绍 (1)2.超材料的隐身技术应用优势 (3)3.超材料的隐身技术军事应用进展 (4)4.超材料的隐身技术军事应用前景 (5)编者按超材料具备常规材料所不具备的超常物理性能，能够实现对光波、电磁波、声波的操控，由此带来武器装备性能的提升和设计自由度的拓展。

近年来，超材料在隐身技术领域的应用成果不断涌现。

作为提高武器系统生存与突防尤其是纵深打击能力的有效手段，超材料已成为立体化战争中最有效的突防技术手段。

1.超材料介绍超材料又名超颖材料，是指具有人工设计的结构、呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料，介于宏观与微观之间的介观微结构是超材料的基本组成单元。

它通过复杂的人造微结构设计与加工，实现了人造“原子”及其组合，可以改变原有材料对电磁场的响应。

超材料技术是一个跨学科领域，涉及电子工程、凝聚态物理、微波、光电子学、材料科学、半导体科学以及纳米技术等，其设计思想和方法成为发掘材料新功能、引领产业新方向、提高材料综合性能的重要手段，是继高分子材料、纳米材料之后新材料领域又一重大突破。

超材料是一个热门研究课题，尤其在涉及现代天线结构的领域更是如此。

今天我们就一起来认识一下。

超材料的简介超材料CmetamateriaD,其中拉丁语词根表示“超出、另类”等含义，因此一般文献中给出超材料的定义是“具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。

”指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。

简而言之，超材料是指能够实现自然界中未知特性的材料和结构的组合，是21世纪以来出现的一类新材料，其具备天然材料所不具备的特殊性质，而且这些性质主要来自人工的特殊结构。

超材料的设计思想是新颖的，这一思想的基础是通过在多种物理结构上的设计来突破某些表观自然规律的限制，从而获得超常的材料功能。

超材料的设计思想昭示人们可以在不违背基本的物理学规律的前提下，人工获得与自然界中的物质具有迥然不同的超常物理性质的“新物质”，把功能材料的设计和开发带入一个崭新的天地。

新型电磁超材料在天线中的应用

新型电磁超材料在天线中的应用电磁超材料是一种具有特殊性质的人工材料，其内部结构经过精心设计，可以在特定频率范围内呈现出负折射率、高透射率等异常特性。

这些特性使得电磁超材料在天线、隐身衣、透镜等领域具有广泛的应用前景。

电磁波是电磁场的一种波动现象，可以在空间中传播。

电磁波的产生和传播原理可以通过麦克斯韦方程组进行描述。

根据麦克斯韦第一定律，当一个导体回路中有电流通过时，就会在周围空间产生磁场。

而根据麦克斯韦第二定律，当磁场发生变化时，又会在周围空间产生电场。

这些变化相互激发，形成电磁波的传播。

金属-介质复合材料：通过将金属和介质材料相结合，实现高导电性和低损耗的特性。

人工晶体：通过在特定结构中周期性地排列介质微粒或金属微粒，实现异常折射率等特性。

频率选择表面：通过设计特定的金属或介质结构，实现在特定频率范围内的高透射率或低反射率。

制备方法：新型电磁超材料的制备方法主要包括以下几种：微纳加工技术：通过光刻、干法刻蚀等技术，在半导体基底上制造出微米或纳米级别的结构。

薄膜沉积技术：通过物理气相沉积、化学气相沉积等技术，在基底上制备出金属或介质薄膜。

3D打印技术：通过将材料逐层堆积，制造出具有特定形状和内部结构的物体。

新型电磁超材料在天线中的应用前景和潜在价值应用前景：新型电磁超材料在天线中的应用前景主要体现在以下几个方面：高性能天线：通过使用新型电磁超材料，可以提高天线的增益、带宽和极化纯度等性能指标。

例如，在卫星通信中，使用新型电磁超材料可以增加信号的传输距离和稳定性。

宽频带天线：新型电磁超材料的频带宽度可以通过精心设计得到扩展。

这使得天线可以在更宽的频率范围内工作，适应多种通信标准和频段。

小型化天线：新型电磁超材料的特性使得天线可以具有更高的电性能，从而实现小型化设计。

这有利于设备的便携性和集成化。

潜在价值：新型电磁超材料在天线中的潜在价值主要体现在以下几个方面：军事应用：高性能和小型化的天线可以应用于各种军事设备中，提高其通信能力和隐蔽性。

零折射率超材料

一
光很难被挤压或操纵，而这种统一相
态让光变得可以拉仲、挤压或扭曲而不会
大障碍，这种零折射率材料为在不同波
损失能量。把零折射率材料整合到芯片上，
有望带来光明的应用前景。尤其是在量子计算领域。据物理学家组织网报道，零折射率的
速度会因波长被挤压而变小，进人水中后，
相速度会再变大，因为波长被拉伸。在介
质中，用折射率来表示光波波峰的速度减慢，折射率越高，对光波衍射的干扰越大，
把光束直径缩小到纳米级。该校约翰・波
尔森工程与应用科学学院（ＳＥＡＳ）物理学
自从１０年前引入纳米复合树脂，＿Ｔ程师们一直在探索如何将其他纳米技术安全
地用于牙医诊所。产品包括南碳纳米管制成的抗菌剂；应用于口腔内与癌症特异性
虑赔付保单，他们认为复合树脂材料属于
自付费用项目。
如水的折射率约是ｌ－３。而在零折射率材料中，没有波峰波谷
的相推进，这意味着光表现得不再像一种运动波，而是一种静止相，所有波峰波排成无限长的波长。波峰和波谷只作为一种时间用物理学教授埃里克・马祖尔说，这是控制光的一种很好的新方法。 “ 这种芯片一卜．超材料，为探索零折射率物理学及其在集成光学中的应用打开了大门。 ”

超材料

超材料：科学与技术发展的一种新前沿摘要：超材料指的是一些具有自然界的天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料，在近十年来已经成为了材料科学、物理、化学以及工程学等学科的前沿发展方向。

本文对超材料的基本理论与原理、最新的进展以及未来的发展方向做了详细的介绍。

首先展示了超材料的基本原理与理论以及发展历程，其次针对最新发展做了介绍，包括超透镜、隐身斗篷和光子晶体以及超材料制备等。

最后，本文对超材料研究的未来发展方向与趋势作了详细讨论。

关键字：超材料负折射完美透镜光子晶体材料制造1引言在3000多年前，人类就掌握了制铜技术，并学会了制作较高性能的铜合金的方法。

在2000多年前人们又掌握了炼铁技术。

在20世纪六十年代，半导体材料飞速发展起来。

人们在利用这些材料基本是在原子与分子级别。

近些年来纳米技术又飞速的发展，在纳米尺寸级别人类又有很多重要的发现与发明。

超材料是一种与上面所介绍的材料都不一样的全新材料。

它提供了一种可以让人们随心所欲的制造具有许多特殊物理性质的全新思路与方法。

超材料的基本设计思路是以某种具有特殊功能的人工结构为基础。

例如，材料中所呈现的一些物理性质往往和材料结构中的关键物理尺度有关，一个最直观的例子是晶体。

晶体是自然界中物质的有序结构的一个重要形式，它的有序主要存在于原子层次，正是由于在这个尺度上的有序性调制，使晶体材料形成了一些无定型态所不具备的物理特征，上面所提到的半导体材料中最重要的单晶硅即是一种典型的晶体。

由此类比，在其它层次上的有序排列则可能获得一定程度的自然界中的材料所不具备的物理性质.。

因此，人们可以通过各种层次的有序结构实现对各种物理量的调制，从而获得自然界中在该层次上无序或无结构的材料所不具备的物理性质。

2 基本原理1在电磁学理论中，介电常数与磁导率是用于描述物质电磁性质的基本物理量，决定着电磁波在物质中的传播特性。

在传统的理论中，以上两个常数都必须是为正数，负数是不具有任何物理意义的。

热学超材料研究进展

热学超材料研究进展张学骜;张森【摘要】热学超材料是超材料家族的新成员，从一开始就备受瞩目，尤其近年来得到迅猛发展。

本文以热学超材料关键技术为主线，着眼于坐标变换的基本理论和先进超材料的新奇性质，综述了近年来热学超材料的研究进展，重点关注其在热隐身、热防护、热管理和热信息等方面的应用前景。

基于热学超材料的研究现状和发展趋势，进行了系统性的分类梳理，分析和归纳了近年来相关研究的内容与特色，给出了未来热学超材料在隐身、热管理、信息等领域的研究展望。

%As a new member of the metamaterial family, thermal metamaterial has gained much attention from the very beginning, and has been intensively investigated in recent years. Based on the key technology of thermal metamaterials, the basic theory of coordinate transformation as well as the novel properties of thermal metamaterials is introduced, and the recent progresses of thermal metamaterials, such as thermal cloaking/stealth, thermal protec-tion, thermal management, thermal Information and other aspects of applications have also been reviewed in this paper. Based on the research status and development trend of thermal metamaterials, we systematicaly classify and sort out the contents and characteristics of relevant research in recent years, and make some prospects about the future applications of thermal metamaterials in the fields of cloaking, thermal management, information and so on.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2017(044)001【总页数】15页(P49-63)【关键词】热学超材料;热隐身;热防护;热管理;热信息【作者】张学骜;张森【作者单位】国防科学技术大学理学院，长沙410073;国防科学技术大学理学院，长沙 410073【正文语种】中文【中图分类】O436;TB33国防科学技术大学理学院，长沙 410073对新材料、新器件的探索一直是人类的奋斗目标和进步手段，同时会带动相关产业和技术的迅速发展，催生出新的产业和技术领域，也是转化为新型战斗、防御技术的重要突破口。

一种高增益Vivaldi超宽带天线

一种高增益Vivaldi超宽带天线欧阳伟忠;周永刚;李博南;谢倩倩【摘要】传统的Vivaldi天线具有超宽带优点,但存在定向性较差,且在工作频带的两端增益下降严重的问题.文中提出了一种高增益的Vivaldi天线,通过对传统微带线馈电结构的Vivaldi超宽带天线加载零折射率超常介质和轴向边缘梳状结构的矩形槽缝结构,提高了天线在整个工作频段内的增益.对所提出的天线进行了设计、优化和仿真分析,并制作天线样品,仿真和测试结果吻合良好.测试与仿真结果表明,在4～11 GHz的工作频段内,天线的回波损耗优于-10 dB;与传统Vivaldi天线相比,在整个工作频段内天线增益均有所提高,其中在工作频率的低端(4～6 GHz)天线增益提高2.5 dB,高端(9～11 GHz)增益提高1.5 dB.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2015(028)008【总页数】4页(P15-17,20)【关键词】超宽带;Vivaldi天线;零折射率超材料结构;梳状结构【作者】欧阳伟忠;周永刚;李博南;谢倩倩【作者单位】南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京210016;南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京210016;南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京210016;南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TN822+.8Vivaldi天线是英国Philips研究室Gibson于1979年提出的一种指数渐变槽线天线［1］，此种天线槽线呈指数规律变化，属于行波天线，在不同的频率上，槽线不同部分发射或接收电磁波，因此理论上讲，它有很宽的带宽［2］。

虽Vivaldi天线具有超宽带等特性，但定向性相对较差，且在工作频带的低端和高端增益下降明显。

因此，目前众多学者始终致力于改善Vivaldi天线辐射性能的研究。

各向异性零折射率超材料结构(ZIM)［3］并不是自然界自然存在，而是由人工设计单元结构，并将其按照周期性排列，构造成各向异性零折射率透镜。

一种折射率近零超材料的设计、制作和表征

磁导率是用于描述物质电磁特性的基本物理参数，决定着电磁波在物质中的传播特性。早在１９６８年，
前苏联科学家Ｖｅｓｅｌａｇｏ就提出了介电常数８和磁导率可以同时为负的情况Ｉｌ１，即左手材料（ＬＨＭ）的概念，并从理论上虚构了这种负折射率材料，可惜因为自然界中不存在这种天然物质，所以该理论在很长一段时间内都没有得到人们的重视。直到２０００年，Ｐｅｎｄｒｖ［２ｌ从Ｍａｘｗｅｌｌ方程和物质本构方程中计算得出：微米粗细的金属线间距在毫米级间隔具有类似等离子体的物理行为，可实现等效介电常数为负的人工电磁材料；利用非磁性导电金属薄片构成ＳＲＲ环并组成方阵，能够实现可以调节的负的等效磁导率。这些人工材料具备自然界中天然物质无法达到的特性，从而打开了人工结构超材料的历史篇章。特别是在２００６年，Ｐｅｎｄｒｙ等人和Ｌｅｏｎｈａｒｄｔ分别提出利用变换光学的方法设计制作基于超材料的 “ 隐身斗篷 ” ，可以操纵电磁波传播并达到隐藏物体的效果［６－９１。除单负（ｅ＜０或＜０）和双负（ｅ＜Ｏ且ｌｘ＜Ｏ）材料之外，近零超材料同样是目前兴起的人工电磁材料的
第２７卷第１期

超材料是什么

超材料是什么超材料，顾名思义，是一种具有超常规性能的材料。

它们可以在某些方面表现出特殊的性质，例如负折射率、负抗性、负热膨胀等。

这些特性使得超材料在光学、声学、热学等领域具有广泛的应用前景。

超材料最早是在20世纪90年代由英国物理学家约翰·潘德里格斯和大卫·史密斯提出的。

他们提出了一种新型材料，这种材料具有负折射率，即光在这种材料中传播时会出现反常的折射现象。

这一概念引起了科学界的广泛关注，也开启了超材料研究的新篇章。

超材料的特殊性质源于其微观结构的设计和调控。

通常情况下，超材料由人工制备的微纳结构组成，这些结构的尺寸远小于光波长或声波波长，因此可以表现出与自然材料不同的性质。

通过合理设计这些微纳结构的形状、尺寸和排列方式，可以实现对光、声、热等波的控制，从而实现超材料的特殊功能。

超材料在光学领域的应用是最为广泛的。

由于其负折射率的特性，超材料可以制备出折射率为零的透镜，这种透镜可以消除球面像差，实现超高分辨率的成像。

此外，超材料还可以用于制备超透镜，实现超分辨率成像，甚至可以突破衍射极限，实现纳米尺度的成像。

除了光学领域，超材料在声学和热学领域也有着重要的应用。

在声学领域，超材料可以实现声波的负折射率和声波的透镜效应，从而可以用于声波成像和声波隔离。

在热学领域，超材料可以实现负热膨胀和热传导的控制，可以用于制备热辐射控制材料和热绝缘材料。

总的来说，超材料是一种具有特殊性质的材料，它们可以通过微观结构的设计和调控实现对光、声、热等波的控制，具有广泛的应用前景。

随着超材料研究的不断深入和发展，相信它们将会在各个领域展现出更多令人惊奇的应用。

超材料简介

向，使这些光不可见。另一方面，从象素的平面阵列过来的光，不可见地通过每根光纤，在三维空间的特定位置上发光。通过在空间中对数以千计这种象素的排列，可以使得3-D 显示简单地浮现在空中。
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1.2超材料的分类
（1）左手材料（2）光子材料
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二.左手材料
2.1左手材料的概念
左手材料”是指一种介电常数和磁导率同时为负值的材料。电磁波在其传播时，波矢k、电场E和磁场H之间的关系符合左手定律，因此称之为“左手材料”
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在生物界中，也不乏光子晶体的踪影。以花间飞舞的蝴蝶为例，其翅膀上的斑斓色彩，其实是鳞粉上排列整齐的次微米结构，选择性反射日光的结果.
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3.2光子晶体的原理
晶体内部的原子是周期性有序排列的，这种周期势场的存在，使运动的电子受到周期势场的布拉格散射，从而形成能带结构，带与带之间可能存在带隙。电子波的能量如果落在带隙中，就无法继续传播。
1.2.2超材料可吸收所有光线 “当光线打击材料介质时会出现三种情况：光线被反射，比如光线照
射镜面时；光线被传播，比如光线照射在玻璃窗户上时；最后一种情况就是光线被吸收并转换成热量。这种最新设计的超材料可以确保光线既不被反射，也不在其中传播，而是将光线完全吸收转换成热量
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1.2.3超材料用于3D显示光从“超材料”制造的空心光纤投射下来，周围的光绕着管道改变方
操纵光的折射率并且完全控制光在空气中的传播。最新研究证明，光（电磁波）能通过人造媒介，从A点无任何相变地传播到B点，好像该传播媒介完全在空气中消失一样
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（2）科学家们将正折射率和负折射率结合在一起，实现了对光子相位的精确控制。自然界中所有已知材料的折射率均为正。科学家们通过对这些人造亚波长的纳米结构进行蚀刻，实现了对光传播的控制，使该媒介中出现了一个负折射率。科学家们接着将该折射率为负的媒介同一个折射率为正的媒介串联在一起，使得最终得到的纳米结构表现得好似其折射率为零。