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3D打印能帮助证明人眼里有天线吗?
都世民
龙伯透镜天线具有梯度折射率,可实现光波聚焦和定向辐射。采用液体介质与3D打印结合,液体介质的介电常数变化范围大,易混合,可用来仿制人的眼球。
在天线学科,这方面研究已成热点,研究者们有设计成平面结构和半球结构。也有制作球体结构[1-11]。有用人工电磁材料设计制作底面扁平的龙伯透镜天线。在(12.4~18 )GHz,实现宽带扫描,-90 ~ +90度全场扫描,所用材料皆为廉价、易得材料,工艺方便快捷,灵活可变。这种研究与人眼研究相距变远。本来一些研究者是瞄准麦克斯韦“鱼眼透镜”,这么一来研究方向变了。但是也有不少研究者不釆用人工电磁材料,认为这种材料不适合这种用途。用空气、液体和其他固体材料制作。其频段正向Ka波段高端发展。
这种天线设计制造要着重考虑以下问题:一是球面与馈源匹配;二是介电常数梯度化制造;制造的球面结构和选材不影响聚光特性;三是解决了馈源不匹配难题和馈源超宽带性能。选择理想的馈电单元,已有迹象表明选用单极天线和单锥天线型式,可以较好地解决球面与饋电匹配,同时也易解决超宽带问题。
研究者有釆用人工电磁材料,介电常数范围1~17.5。分17层离散化处理。用FDTD法仿真。用苯和乙腈混合液体进行测试。14120树脂作为框架层。[1]
赵圆圆等研究团队开发的纳米级的3D打印技术——超衍射多光子直写加工技术制备了聚合物三维Luneburg透镜器件,其大小仅相当于人类头发直径的1/2,第一次将真三维的Luneburg透镜的工作波段从微波推广至光波段。
理化所研究团队利用飞秒激光直写,设计并加工了基于渐变介质超材料的三维光波段Luneburg透镜,COMSOL仿真结果表明其工作波段(>6mm)位于中红外波段。在此基础上,开展了相关的实验验证工作,利用德国Neaspec公司的近场光学显微镜(SNOM)表征了三维Luneburg透镜,在平面波入射下的聚焦性质,测量的光场强度分布,展示了一个半高全宽(FWHM)为l/2的光斑形貌,验证了Luneburg透镜具有理想三维聚焦的性能。[2]
通常是将波长为2.5~25μm的红外波段划分为中红外波段。
应当指出的是,文[1]有明显错误,将工作波长写为(>6mm),应是μm单位,不是mm波。这种低级错误不应该发生在中科院网站,作重要科技新闻发表。诸多网站作了转发。是作者还是期刋或是网站出错,有关方面应该查一查!这纳米、mm、大于、激光几个关键词是不匹配的。
飞秒激光直写制备的微尺度光波段Luneburg透镜及其聚焦光场的表征分析结果[2]
用3D打印技术制作Luneburg透镜,用来人工仿制眼球,再克隆或用干细胞体外培育视细胞和网间细胞、无足细胞饋电,进行检测光波信号,验证人眼里有超级扫描天线,是非常有意义的工作。当然能源问题和控制眼球转动的分子马达的难题还有待破解。
参考文献
[1]田小永,吴玲玲,殷鸣,李涤尘,”宽频大角度新型龙勃透镜3D打印快速制造”,,来源:道客巴巴网文庫。http://www.doc88.com/p-2941000977498.html
[2]赵圆圆,郑美玲,段宣明,Three-dimensional Luneburg lens at optical frequencies”, Laser & Photonics Review. 10(4), 665-672 (2016)。
[3]宋宏远,激光光束在梯度折射率介质中的传输特性研究,来源:道客巴巴文庫。2016-04-27.
[4]曹尚文, 周永江, 程海峰 , ”变换光学透镜天线研究进展”,
[5]DRISCOLL T, LIPWORTH G, HUNT J, et al. Performance of a three dimensional transformation-optical-flattened Luneburg lens[J]. Optics Express, 2012, 20 (12): 13262–13273.
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IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 64, NO. 7, JULY 201629,pp.297l-2980.
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[10]WU L L, TIAN X Y, YIN M, et al. Three-dimensional liquid flattened Luneburg lens with ultra-wide viewing angle and frequency band[J]. Applied Physics Letters, 2013, 103 (8): 084102–4.
[11]Three-dimensional,ultra-wideband Micromachined millimetre-wave hemispherical shell antenna: theoretical concept and calibrationt,lET Microwaves, Antennas & Propagation,2016, Vol,10,Iss.5, pp 525-535. ISSN 1751-8725.
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