3.4超材料应用
超材料(meta-material)是具有奇异电磁特性的人工材料,一般由远小于波长的结构单元周期性排列构成,如同时具有负折射率和负磁导率的左手材料。构成左手材料的一种基本结构是开口谐振环(Split-RingResonator,SRR),如图11a所示。
在谐振频率处会表现出强烈的非线性,呈现出负磁导率。利用SRR谐振时电场集中的特点(图11b),验证了SRR作为电磁能量收集单元的可行性。由于SRR的大小一般为,相比传统的半波长的微带贴片天线,尺寸明显减小。进一步通过仿真验证,相较于传统天线,SRR作为能量收集单元,单位面积的收集效率更高。
图11SRR结构单元谐振时的电场分布
超材料另一个引人关注的特性是利用单元结构参数的变化实现渐变的电磁参数,根据变换光学的原理来控制电磁波的传播路径。这一特性的成功应用是电磁隐身及电磁“黑洞。如图12所示,电磁黑洞可以对入射的电磁波起到汇聚效果,有望应用于电磁能量收集,提高入射波的功率密度。
图12高斯光束入射到电磁黑洞表面的数值结果