单负超材料简介

单负材料具有一些特殊性质，因而受到广泛关注。他的双层结构可以有效成双负材料，且这种双层结构有许多有趣的性质：共振，透明，反常的隧道效应和零反射率。由单负材料构成的一维光子晶体能够形成一种具有较强稳定性的光子带隙，因而能够突破传统的衍射极限，实现次波长成像。含此类单负材料的多层结构体系不仅能够实现远距离成像，而且能够较大幅度地提高体系成像质量。

2010年，美国研究人员又由由超材料纳米线阵列开发出了一种新型纳米镜头，打破了衍射极限，获得了现有技术尚无法达到的所谓超高分辨率成像。此项研究成果发表在了2010 年的《应用物理快报》（ AppliedPhysics Letters ）上。

2011年，随着信息技术的快速发展,现代高新技术也都在向着更加精细的领域发展"尤其是对于高端纳米光学成像技术应用,如光学光刻!共聚焦显微技术!高密度光存储!纳米激光加工!生物显微成像以及生命科学等领域,常常需要有亚波长(纳米量级)的分辨本领"

然而,由于衍射极限的存在,传统光学成像技术己经不能满足实际的要求"本文基于突破传统衍射光学极限的亚波长超分辨率成像技术一双曲透镜技术,通过将传统的提高光刻分辨率技术一相移掩膜技术(phaseshiftmask,PSM)与超级透镜技术相结合,提出了一种超分辨率纳米光刻成像系统"理论分析和数值仿真表明此系统能够大幅度提高现有光刻技术的分辨率"同时,基于一种具有天然材料所不具备的超常物理性质,且其特性可根据需要人为调节的超常材料,设计了一种可实现亚波长聚焦的喇叭聚光镜"这种能够工作在不同工作波长下,聚焦光斑可以达到几个纳米的超透镜将有着重要的潜在应用价值。

另一方面，声波超材料是一种人造复合材料,通过设计组分单元的谐振,在波动载荷(声波)作用下,其在宏观等效意义匕具有传统材料所不具备〔或很难具备)的物理属性:如负等效质量、各向异性等效质量以及负等效模量等。大多数声波超材料都是负折射率超材料。声波在该类材料中传播会表现出奇异的频散特性。研究发现.经过特殊设计的声波超材料可以突破衍射极限的限制,实现声波高分辨率成像.在生物医学成像、上业无损检测等领域具有厂阔的应用前景。

基于质量弹簧模型,负等效质量的形成机制和频散特征【l],深入研究发现了服从Drude模型的声波超材料,其等效质量在某一截止频率以下均为负值【21】。在此基础上,设计出了由金属网格填充软橡胶组成的超材料,实腾测试证明在负质量频带具有良好的低频隔声性能[3]。接着，研究零质量现象，发现在其对应频率声波具有全透射功能,并且对凋落波也具有传输作用。基于该特性，设计出了具有各向异性等效质量的平板声透镜【4〕,其中平行和垂直界面方向的等效质量分别为无穷大和零,无穷大质量用于将凋落波转化为行进波,数值模拟结果表明所设计超材料透镜可以分辨物体的亚波长信息。进一步研究发现,在该模型中还存在共振遂穿效应,在遂穿频率也具有超分辨成像功能〔5〕。实验上,设计并制备出了基于共振遂穿效应的多孔平板透镜,与基于法布里一波罗共振机理的透镜相比,成像频率可以通过内部孔洞的孔径比调节.而与透镜厚度无关,实验结果表明所制备透镜可以分辨间趾小于衍射极限的两个声源。

近几年来，对于超材料在隐身领域的研究也受到了广泛的关注［3- 5 ］。由于超材料可实现与以前常规材料截然不同的折射，因此人们对隐身的研究注意力也从单纯的吸波研究扩展到了控制电磁波的绕射从而达到隐身的目的。基于

超材料的电磁隐身原理即为利用其单元结构和排列来引导入射电磁波绕过待隐身物体向前传输,使得外界无法感知有物体存在于电磁波的传播通路。超材料隐身罩正是根据这一原理并利用变换光学作为理论工具进行设计的。

2015年，我们基于超材料和压缩感知理论已经能够设计一套简便的快速成像系统，可用于毫米波及太赫兹(THz)成像，具有结构简单，成像速度快，在不同频段移植性强等优点。系统一般采用超材料结构互补(CELC)单元设计单通道成像口径，实现了对信息的物理层压缩。基于口径在不同频率辐射特性的不相关性，构造测量矩阵，以扫频方式实现对目标场景的稀疏测量，最后采用两步迭代阈值(TwIST)算法实现对目标场景的重构。

最后，在2016年西安电子科技大学学报中，针对目前尚无超材料孔径成像雷达辐射场评价体系的问题，提到了使用辐射场测量矩阵列互相关系数的一阶和二阶统计量两个指标实现辐射场自由度评价的方法，并详细分析了超材料孔径成像雷达的重建性能。首先分析了仅使用测量矩阵互相关系数均值评价指标的问题，然后引入互相关系数方差指标来完善评价体系，最后结合压缩感知理论，通过相变图在两个评价指标和成像重建精度之间建立了对应关系。仿真结果表明，所提方法可有效的对辐射场自由度进行评价，对超材料孔径成像雷达的设计具有指导作用。