Caracterização experimental de uma lente metamaterial formada por fios metálicos dobrados

Abstract

A resolução espacial dos sistemas de imaging convencionais é restringida pelo limite dedifração. Nas últimas décadas, inúmeros investigadores procuraram ultrapassar as condicionantes impostas pela difração através de sistemas que permitam manipulação do campopróximo, para que fosse possível criar sistemas de imaging com super-­resolução. De entreas alternativas mais promissoras que permitem atingir super-­resolução destacam-­se aquelas baseadas em metamateriais.Os metamateriais, em particular, os metamateriais compostos por agregados de fios metálicos, possibilitam uma enorme flexibilidade em termos de respostas eletromagnéticasrealizáveis, muito para além daquelas possíveis com os materiais que estão disponíveisna natureza. Duas das mais interessantes propriedades eletromagnéticas exibidas pelosagregados de fios metálicos são a dispersão espacial forte e a anisotropia ótica extrema.A anisotropia extrema permite que estas estruturas artificiais funcionem como lentescom super­-resolução com a capacidade de transportar e manipular o campo elétrico. Oprincípio de funcionamento destas lentes baseia-­se na transformação dos harmónicos evanescentes, em ondas propagáveis na lente, sendo essas ondas guiadas por cada um dosfios (pixel­ to­ pixel imaging principle), e possibilitando assim a reprodução da imagem nainterface de saída da lente. Este efeito denomina-­se de canalização.Nesta dissertação, realizou-­se a caracterização experimental do efeito de flexão (dobra mento) dos fios nas capacidades de imaging das lentes metamateriais de fios. Para issofoi projetada e fabricada uma lente metamaterial e as respetivas antenas de excitação, efoi utilizado um sistema de medição de campo próximo para fazer a caracterização.Foi demonstrado experimentalmente que uma lente metamaterial de fios dobrados permite a reconstrução do campo elétrico próximo com super­-resolução. Os resultados experimentais obtidos evidenciam a grande tolerância das lentes de fios metálicos ao efeito deflexão dos fios.

The spatial resolution of conventional imaging systems is constrained by the diffractionlimit. Over the last decades, countless researchers have tried to overcome the constraintsimposed by diffraction, by using systems that allow manipulating the near field, so thatit would be possible to create imaging systems with super­ resolution. Among the mostpromising alternatives that allow obtaining super-­resolution, those based on metamaterialsstand out.Metamaterials formed by arrays of metallic wires provide enormous flexibility in termsof achievable electromagnetic responses, far beyond those possible with materials available in nature. Two of the most interesting electromagnetic properties exhibited by wiremetamaterials are the strong spatial dispersion and the extreme optical anisotropy.Extreme anisotropy allows these artificial structures to work as super resolution lenseswith the ability to transport and manipulate the electric field. The operating principle ofthese lenses is based on the transformation of the evanescent harmonics into propagatingwaves in the lens, which are guided by each wire (pixel ­to­ pixel imaging principle), thusenabling the reproduction of the image on the output interface of the lens. This effect iscalled canalization.In this dissertation, it was carried out the experimental characterization of the effectsof bending the wires of such metamaterial lenses, on its imaging capabilities. It was designed and fabricated a metamaterial lens and the corresponding excitation antennas. Inorder to test the imaging capabilities of the metamaterials lens, it was used a near­fieldmeasurement system.It was experimentally demonstrated that a bent wire metamaterial lens allows the reconstruction of the near electric field with super­ resolution. The experimental results obtained showed a great tolerance of the metallic wire lens to the wire bending effect.