基于超材料三维结构实现电磁波调制的装置及方法
阅读说明：本技术 基于超材料三维结构实现电磁波调制的装置及方法 (Device and method for realizing electromagnetic wave modulation based on metamaterial three-dimensional structure ) 是由 温良恭 宋青林 白中扬 孙浩威 于 2019-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于超材料三维结构实现电磁波调制的装置及方法,该装置包括：电磁波调制装置和阵列控制装置；用于将经过的电磁波的响应调制为设定响应,电磁波调制装置为超材料三维结构；电磁波调制装置设置于阵列控制装置内,阵列控制装置用于调整电磁波调制装置的状态,使经过电磁波调制装置的电磁波的响应被调制为设定响应。该方法包括：使电磁波入射至电磁波调制装置,获取设定响应电磁波响应；通过阵列控制装置调整电磁波调制装置的状态,获取设定电磁波响应,完成电磁波的响应调制。本发明通过提供一种机械三维调制电磁波的装置及方法,能够应对不同频段的信号调制需求,且具有强抗电磁干扰能力和稳定性。(The invention provides a device and a method for realizing electromagnetic wave modulation based on a metamaterial three-dimensional structure, wherein the device comprises: an electromagnetic wave modulation device and an array control device; the electromagnetic wave modulation device is a metamaterial three-dimensional structure; the electromagnetic wave modulation device is arranged in the array control device, and the array control device is used for adjusting the state of the electromagnetic wave modulation device so that the response of the electromagnetic wave passing through the electromagnetic wave modulation device is modulated into a set response. The method comprises the following steps: making the electromagnetic wave incident to the electromagnetic wave modulation device to obtain the response of the set response electromagnetic wave; and adjusting the state of the electromagnetic wave modulation device through the array control device to obtain the set electromagnetic wave response and finish the response modulation of the electromagnetic wave. The device and the method for mechanically and three-dimensionally modulating the electromagnetic waves can meet the signal modulation requirements of different frequency bands, and have strong anti-electromagnetic interference capability and stability.)
技术领域
本发明涉及超材料技术领域，尤其涉及一种基于超材料三维结构实现电磁波调制的装置及方法。
背景技术
超材料(Metamaterial)，又称人工特异性材料，是由一种将人工制造微纳级尺寸单元，按照一定规律进行排列分布的人工电磁媒质。由于超材料的单元尺寸要小于工作频段的波长，因此相对于工作波长而言可看作为一种性能均匀的材料。超材料相较于自然材料的最显著优点为：通过人工设计实现对材料本身的属性参数的调节，尤其是针对介电常数和磁导率进行了调节，从而获得优于甚至区别于自然材料的特性。
如今超材料已有诸多广泛应用，如隐身涂层，完美透镜以及超材料天线等。例如，基于超材料实现吸波隐身技术的原理为：由于在谐振频率和反谐振频率区域，标志材料损耗特性的复介电常数和复磁导率的虚部也达到了峰值，这意味着超材料会对电磁波表现出强烈的吸收特性，因而基于超材料可以设计出具有强吸波效应的周期性结构。另外，由于超材料可实现与常规材料截然不同的折射，从而使本领域技术人员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。
一方面，电磁波的传播性质和传输介质的折射率密切相关，如果能人工调节介质的电磁参数，如介电常数或磁导率，则可以实现对电磁波传播的控制。并基于其工作频率、介电常数和磁导率等电磁参数的易调节性，容易实现超材料的吸波层与自由空间的阻抗匹配，从而大幅度减少反射波强度罩。
另一方面，目前，实现超材料的电磁波调制，均是基于二维超材料的基础上进行的。但由于二维超材料调制具有单方向敏感性，无法实现全方位的信号调制。并且现有技术中均是以电控的方式进行电磁波调制，在调制的过程中会产生相应地电磁干扰。
发明内容
本发明实施例提供一种基于超材料三维结构实现电磁波调制的装置及方法，用以解决或部分解决现有技术中存在的缺陷。
一方面，本发明实施例提供一种基于超材料三维结构实现电磁波调制的装置，包括：电磁波调制装置和阵列控制装置；其中，电磁波调制装置，用于将经过的电磁波的响应特性响应调制为设定响应，电磁波调制装置设置于上述阵列控制装置内。其中，阵列控制装置用于调整电磁波调制装置的状态，使经过电磁波调制装置的电磁波的响应特性被调制为设定响应。
另一方面，本发明实施例提供一种基于超材料三维结构实现电磁波调制的方法，包括：使电磁波入射至电磁波调制装置，获取设定响应电磁波；并通过阵列控制装置调整电磁波调制装置的状态，进一步获取设定电磁波响应特性，完成电磁波的响应调制。
本发明实施例提供的基于超材料三维结构实现电磁波调制的装置及方法，通过设置电磁波调制装置和阵列控制装置，提供了一种机械三维调制电磁波的方法，能够应对不同频段的信号调制需求，且具有强抗电磁干扰能力和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于超材料三维结构实现电磁波响应特性调制的装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种基于超材料三维结构实现电磁波响应特性调制的装置结构示意图；
图3为本发明实施例提供的又一种基于超材料三维结构实现电磁波响应特性调制的装置结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种超材料三维结构的制备方法的工艺示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种超材料三维结构的制备方法的工艺示意图；
图6为本发明实施例提供的又一种超材料三维结构的制备方法的工艺示意图；
图7为本发明实施例提供的再一种超材料三维结构的制备方法的工艺示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
超材料是指具有某些天然材料所不具备的超常物料性质的人工复合结构或符合材料，其中关键在于可以通过物理尺度上的对结构顺序进行设计，突破自然规律的某些限制，从而获取到超出自然界普通性质的超常规材料或功能。总而言之，超材料通常为人工进行结构重组的复合材料，其性质由构成材料的本征性质以及人造微结构共同构成；超材料往往具有超常的物理特性，且该性质为自然界的材料所不具备的。
如图1所示，本发明实施例提供一种基于超材料三维结构实现电磁波调制的装置，包括：电磁波调制装置10和阵列控制装置20，其中电磁波调制装置10，用于将经过的电磁波的响应特性调制为设定响应，且电磁波调制装置10为超材料三维结构；电磁波调制装置10设置于阵列控制装置20内，该阵列控制装置20用于调整电磁波调制装置10的状态，使经过电磁波调制装置10的电磁波的响应被调制为设定响应。
在无线传输中，信号是以电磁波的形式通过天线辐射到空间的。为了获得较高的辐射效率，天线的尺寸一般应大于发射信号波长的四分之一。而基带信号包含的较低频率分量的波长较长，致使天线过长而难以实现。但可以通过响应调制，把基带信号的频谱调至较高的载波频率上，从而可以大大减少辐射天线的尺寸。另外，响应调制可以实现将多个基带信号分别调制到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。最后，响应调制也可以扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，提高传输的信噪比。因此，在通信系统中，选择合适的响应调制方式是极为关键的。
本发明实施例提供一种区别于常规的电磁波调制装置，具体地，提供一种基于超材料三维结构实现电磁波调制的装置，利用超材料三维结构制成的电磁波调制装置10，对经过的电磁波的响应特性进行调整。
其中，电磁波的产生可通过光电导天线、量子级联激光器、二氧化碳激光器和自旋薄膜材料等进行激发。激发产生的电磁波辐射到超材料三维结构阵列，超材料三维结构阵列对电磁波产生在特定频点特定幅值的频率响应。当超材料三维结构阵列的高度发生变化，频谱的幅值也会产生上下变化，同时频点位置会往低频或高频移动，从而实现对电磁响应的调制。
例如，可以将超材料三维结构制成的电磁波调制装置10设置为超材料三维结构制成的阵列。当电磁波垂直于该阵列平面入射进入超材料阵列，被该超材料阵列进行响应调制。一般情况下，当确定了超材料阵列的形状，经调制后输出的电磁波的频率为一定的，为表述方便，可以称为设定响应。
需要说明的是，本发明实施例将电磁波调制装置10设置为超材料阵列结构仅为本发明实施例的一部分，不视为对本发明实施例保护范围的限制。可以将电磁波调制装置10根据实际需要，设置为其它能够对电磁波进行调频的结构形状。另外，本发明实施例也不对构成电磁波调制装置的超材料三维结构作具体限定。
进一步地，当需要获取不同频率的电磁波时，现有技术中，则需要更换不同的电磁波调制装置。例如，若电磁波调制装置为超材料阵列，当需要获取不同频率的电磁波时，则需要更换不同的超材料阵列。相对与现有技术的缺陷，本实施例提供一种更方便的电磁波调制装置，还包括阵列控制装置20。具体地，该阵列控制装置20可以对电磁波调制装置10的状态、形状等进行调整。例如，若电磁波调制装置为超材料阵列，可以通过阵列控制装置调整超材料阵列的几何形态、以通过上述几何形态的改变，达到对输出频率的改变。
需要说明的是，本发明实施例不对阵列控制装置的结构作具体地限定，能够对电磁波调制装置的状态、形状等参数进行有效调整的装置，都视为本发明实施例的保护范围。
本发明实施例提供的基于超材料三维结构实现电磁波调制的装置，通过设置电磁波调制装置和阵列控制装置，提供了一种机械三维调制电磁波的方法，能够应对不同频段的信号调制需求，且具有强抗电磁干扰能力和稳定性。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，如图2所示，电磁波调制装置包括：衬底101和固设于衬底101上表面的超材料三维结构阵列102；超材料三维结构阵列102由预设间距且阵列排布的超材料三维结构单体构成。
三维微纳打印技术主要有两种实现方式，一种通过微纳加工的探头将离子水溶液中的金属离子沉积到确定位置，实现3D结构的打印；另一种是通过强脉冲激光施加到具有吸收紫外光波段能够聚合特性的化学物质，并搭配合适的激光头扫描线路实现3D结构的打印。
本发明实施例提供的电磁波调制装置可以是基于上述三维微纳打印技术进行制作，包括衬底101和固设于衬底101上表面的超材料三维结构阵列102。衬底101和超材料三维结构阵列102可以由同一材料制成的，也可以由不同的材质制成。其中，超材料三维结构阵列102由阵列排布的超材料三维结构单体构成，阵列排布的方式可以根据实际需要设置为等间距也可以设置为非等间距，其间距的大小根据实际需要进行设置。
本发明实施例提供了一种电磁波调制装置的具体结构方式，通过超材料三维结构单体构成的结构阵列，完成对电磁波频率的调整，且该结构阵列可以通过三维微纳打印技术进行制作，增加了本发明实施例提供的电磁波调制装置的可实现性。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，如图2所示，阵列控制装置20包括但不限于：密闭腔室单元201、导管202和气泵装置203，超材料三维结构单体由柔性超材料制成。其中，密闭腔室单元201的内顶壁和外顶壁均由柔性材料制成。导管202贯穿密闭腔室单元201的外顶壁进入密闭腔室单元201，气泵装置203通过导管202控制密闭腔室单元201中的气体的排放或注入，以控制密闭腔室单元201内部的气体压力。
当密闭腔室单元201内部的气体压力小于外部气压时，该密闭腔室单元201的内顶壁向超材料三维结构单体方向发生弹性形变，并向超材料三维结构单体施加向下的压力，使超材料三维结构单体的高度降低，以完成对电磁波调制装置10的状态的调整。
另一方面，当密闭腔室单元201内部的气体压力大于外部气压时，密闭腔室单元201的内顶壁向超材料三维结构单体反方向发生弹性形变，并向超材料三维结构单体施加拉伸力，使超材料三维结构单体的高度增加，以完成对电磁波调制装置10的状态的调整。
进一步地，密闭腔室单元201是由内、外两层结构组成的密闭中空结构，其内顶壁由柔性材料组成的，其外顶壁可以是柔性材料也可以为硬质材料制成。其中，柔性材料可以是橡胶或弹性塑料等，在受力时会发生相应的弹性形变。导管203的一个端口穿过外顶壁进入至密闭腔室单元201的内部，另一端口连接气泵装置203。其中气泵装置203可根据需要通过导管202对密闭腔室单元201的密闭中空结构进行充气或者抽气。
当气泵装置203从密闭中空结构抽气时，密闭中空结构内部压强降低，密闭腔室单元201的内顶壁会向超材料三维结构单体方向发生弹性形变，并挤压该超材料三维结构单体。其中，由于超材料三维结构单体为柔性的，其受内顶壁对超材料单体压力超过其形变压力阈值后，超材料三维结构高度会发生相应地降低。当气泵装置203的抽气量越大时，超材料三维结构单体的高度降低的量会越大，从而，可以通过控制气泵装置203的抽气量，控制超材料三维结构单体的状态变化量，以达到精准调控的目的。
相应地，当气泵装置203从密闭中空结构充气时，密闭中空结构内部压强增加，密闭腔室单元201的内顶壁会向超材料三维结构单体反方向发生弹性形变，并拉伸该超材料三维结构单体。其中，由于超材料三维结构单体为柔性的，其受内顶壁对超材料单体拉伸力超过其形变压力阈值后，超材料三维结构高度会发生相应地增加。当气泵装置203的充气量越大时，超材料三维结构单体的高度增加的量会越大，从而，可以通过控制气泵装置203的充气量，控制超材料三维结构单体的状态变化量，以达到精准调控的目的。
进一步地，当超材料三维结构单体的高度发生变化后，电磁波通过由该超材料三维结构单体组成的超材料三维结构阵列102时，其输出响应则会发生相应地变化。因此，可以通过控制气泵装置203的工作状态最终达到对电磁波的响应进行调制的目的。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，可以将密闭腔室单元201的内顶壁与超材料三维结构单体的顶部相连接。采用上述结构的优势在于，当密闭腔室单元201由于内部气压的改变，导致其内顶壁的形变可以直接带动超材料三维结构单体的高度的变化，反应更灵敏，有效的提升了电磁波频率调整的精准性和可控性。需要说明的是，本发明实施例不对如何将内顶壁与三维结构单体进行连接的方式作具体地限定。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，本发明实施例提供另一种基于超材料三维结构实现电磁波调制的装置，阵列控制装置包括：衬顶204和外壁205，衬顶204和/或衬底101可沿外壁205的轴线上下运动。当衬顶204与衬底101之间的距离小于超材料三维结构单体的高度时，将压缩超材料三维结构单体，完成对电磁波调制装置的状态的调整。
如图3所示，提供的是一种衬顶204可沿外壁205的轴线上下运动的情况。其中，衬顶204可以设置为板状结构，且其下表面被设置为光滑平面。衬顶204嵌接于外壁205之间，可在外力作用下沿外壁205上下运动，当其向下运动时，可压缩超材料三维结构阵列102，使该阵列中的材料三维结构单体发生高度减小的形变。
进一步地，可以将衬顶204靠近超材料三维结构阵列102的内壁与超材料三维结构单体的顶部相连接。这样可以直接通过衬顶204的位移量直接控制超材料三维结构单体的高度调节量，且可以实现超材料三维结构单体高度的降低或升高。
进一步地，本发明实施例提供另一种基于超材料三维结构实现电磁波调制的装置，可以将衬顶204固定，通过移动衬底101实现对超材料三维结构单体的高度调节。也可以将衬顶204和衬底101均设置为可移动结构，通过两者的同时移动，多方式实现对超材料三维结构单体的高度调节。
进一步地，本发明实施例可以通过在衬顶和/或衬底安装液压、气动或电动调节装置，用于实现衬顶和/或衬底在外壁205之间的上下运动，对此本发明实施例不作具体限定。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，本发明实施例提供的基于超材料三维结构实现电磁波调制的装置，阵列控制装置20还包括但不限于：位于外壁205上的带刻度的滑轨，其中，衬顶204和/衬底101可通过滑轨沿外壁205的轴线上下运动，并通过刻度值控制衬顶204和/衬底101上下运动的距离。
具体地，滑轨竖直设置于阵列控制装置的外壁205的内侧壁上，衬顶204和/衬底101靠近外壁205的两端分别固设于该滑轨上，可以实现通过滑轨沿外壁205的轴线上下运动。通过这样的结构设置，使得对于电磁波的响应调整更为可行。
进一步地，可以在滑轨上设置相应地刻度，通过该刻度可以准确的控制衬顶204和/衬底101的位移量，从而可以精准的确定对于超材料三维结构单体的高度调节量，并进一步地可以实现对于电磁波响应精准的调整。
本发明实施例提供一种基于超材料三维结构实现电磁波调制的方法，包括但不限于以下步骤：
步骤1，使电磁波入射至电磁波调制装置10，获取设定响应的标准电磁波；
步骤2，通过阵列控制装置20调整电磁波调制装置10的状态，获取设定电磁波响应，完成电磁波的响应调制。
具体地，电磁波调制装置10为超材料三维结构，包括衬底101和固设于衬底101上表面的超材料三维结构阵列102；其中超材料三维结构阵列102由一定间距且阵列排布的超材料三维结构单体构成。
当电磁波入射至电磁波调制装置10后，该电磁波调制装置10的超材料三维结构阵列102对入射的电磁波进行响应调制后，输出设定响应的电磁波。当需要输出特定响应的电磁波时，则需要对该电磁波进行幅值、频点或相位调整，本发明实施例提供一种阵列控制装置20，可根据实际需要对电磁波调制装置10中的超材料三维结构阵列102的状态进行调整，主要是对超材料三维结构阵列102中超材料三维结构单体的高度进行调整，以实现电磁波的响应特性的调整。
需要说明的是在本实施例中，所制备的三维结构材料可为导电材料或非导电材料。若通过上述方法所制备的三维结构为非导电材料，可通过镀膜等手段实现其导电化。
本发明实施例提供的基于超材料三维结构实现电磁波调制的装置及方法，通过设置电磁波调制装置和阵列控制装置，提供了一种机械三维调制电磁波的方法，能够应对不同频段的信号调制需求，且具有强抗电磁干扰能力和稳定性。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，本发明实施例提供一种超材料三维结构阵列的制备方法，包括但不限于以下步骤：
步骤1，基于镀膜工艺，在衬底401的上表面均匀设置牺牲材料层402；
步骤2，基于图形化工艺，在牺牲材料层402中生成微米孔403；
步骤3，基于镀膜工艺，在牺牲材料层402上表面设置第一导电材料层404和第二导电材料层405，其中，第一导电材料层404的一部分可填充于牺牲材料的所述微米孔403中间；
步骤4，在导电材料层404、405的图形化完成后，重复上述所有步骤，最后清除所述牺牲材料层；形成所需三维结构。
具体地，如图4所示，本发明实施例提供的超材料三维结构阵列的制备方法主要是基于双金属工艺的一种制备方法。首先基于镀膜工艺，例如：物相气相沉淀法(PVD)，在衬底401上均匀的设置牺牲材料层402。然后，通过图形化工艺，比如：微米光刻工艺，在该牺牲材料层402上设置多个微米孔403。
进一步地，再次利用镀膜工艺，比如：蒸镀、MBE或磁控溅射工艺等，依次在牺牲材料层402上设置第一导电材料层404和第二导电材料层405，一般情况下，要求第一导电材料层404和第二导电材料层405的热膨胀系数不同，此时第一导电材料层404注入并灌装所有的微米孔403内。
进一步地，在最上层即第二导电材料层405的上表面旋涂牺牲层，形成均匀的图形层406，并将三维结构阵列图案407光刻至该图形层406中，该三维结构阵列图案407为预制作的三维阵列1：1的多层二维图案，该二维图案组合被预先制作于多块光刻掩模版中，
进一步地，通过刻蚀工艺将位于牺牲层406中的三维结构阵列图案407，刻蚀掉，并将其余未刻蚀部分转移进第一导电材料层404和第二导电层405中。
进一步地，清除所述牺牲材料层408；形成所需三维结构409。
具体地，可以根据第一金属层404和第二导电材料层405热膨胀系数的不同，利用退火工艺，使第一导电材料层404与第二导电材料层405产生不同程度的上凸或下凹。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，如图5所示，本发明实施例还提供另一种超材料三维结构阵列的制备方法，包括但不限于以下步骤：
步骤1，在衬底502的表面设置打印材料层501；
步骤2，基于图形化工艺，将超材料三维结构阵列打印于打印材料层501中；
步骤3，基于显影工艺将打印材料层501中未打印超材料三维结构阵列部分进行溶解。
具体地，本发明实施例提供的超材料三维结构阵列的制备方法主要是基于双光子光刻工艺(TPL工艺)的一种制备方法，其中TPL工艺主要是基于双光子吸收效应进行光刻的工艺。由于绝大多数物质对光的吸收都是以一个光子作为基础单位进行吸收的。但极少数情况下，因为物质中存在特殊的能级跃迁模式，也会出现同时吸收两个光子的情况，进而导致对特定波长光的吸收率产生非线性增强。若将激光极性聚焦后，则可以将反应区域聚焦至焦点附近的极小位置。
本发明实施例提供的超材料三维结构阵列的制备方法，可以通过纳米级的精密移动台，带动反应器皿运动，并将设有打印材料层501的衬底置于该反应器皿中。当反应器皿经过双光子激光器503产生的双光子激光的交点时，打印材料层501中的光敏物质会发生变性以及固化，从而完成超材料三维结构阵列的制备。
进一步地，可以通过显微镜504对获取的的超材料三维结构阵列进行观测，以检验打印的结构是否为目标超材料三维结构阵列。
进一步地，基于显影工艺将牺牲层502中未打印超材料三维结构阵列部分进行溶解。
进一步地，阵列成形后可采用电镀、化学镀、原子层沉积、物理气相沉积等方式对阵列结构实现金属沉积效果，完成金属柔性三维结构超材料的制备，也可直接使用导电材料进行三维结构的打印，此时可以省掉镀金属的工艺步骤，简化工艺流程。
本发明实施例提供的超材料三维结构阵列的制备方法，相较于传统制备工艺的最大的优势在于：TPL工艺不需要掩模版，直接通过三维绘图工具进行绘制，通过电脑传输驱动设备进行打印，方便快捷。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，如图6所示，本发明实施例还提供一种超材料三维结构阵列的制备方法，包括但不限于以下步骤：
S1，将超材料三维结构阵列图像按次序剖分，获取二维图像切片组；
S2，将二维图像切片组中的第一层二维图像切片传输至光电转换模块，并经过电光转换模块生成光信号编码，所述光信号编码与所述二维图像切片一一对应；并将第一层二维图像切片从二维图像切片组中剔除；
S3，利用光学模组及图形化工艺，以将所述光信号编码通过还原透镜投射到打印材料的表面上，获取第一层超材料三维结构切片；
S4，依次迭代执行步骤S2和步骤S3，并使获取的下一个超材料三维结构切片构成上一个超材料三维结构切片的后续层，直至获取超材料三维结构阵列。
具体地，本发明实施例提供的超材料三维结构阵列的制备方法主要是基于结构光工艺(LAPμSL工艺)该工艺的一种制备方法，是一种逐层加工的微纳制造工艺。与其它三维结构制作工艺相比，LAPμSL工艺是一种适合大面积、多尺度的微纳制造工艺，非常适用于结构复杂度高，特征尺寸在μm-mm的结构。LAPμSL工艺系统的工作原理是：基于激光直写技术的扫描机制和基于数字光处理(DLP)的图像投影光学的结合。工艺系统由数字微镜器件(DMD)芯片601、紫外光线发射装置602、光学成像装置603、Z方向升降器604和***控制系统组成。工艺加工过程分为：模型切片-模型加工-后处理-迭代加工四个过程。
在步骤S1中，对超材料三维结构阵列的模型进行相应格式转换，即根据层的厚度对模型按次序进行切片。
在步骤S2中，分别将超材料三维结构阵列切片分别转换成依次序排布的二维图像切片，所有的二维图像切片组成二维图像切片组。进一步地，将每个二维图像切片传输至光电转换模块，并经过电光转换模块生成光信号编码，其中每个光信号编码与每个二维图像切片一一对应。在转化完成后，将第一二维图像切片从所述二维图像切片组中剔除，继续对下一个二维图像切片进行转换。
在步骤S3中，依次对每个光信号编码进行处理。具体为：确定其在感光树脂槽605中的Z方向位置，并利用数字微镜器件(DMD)芯片601根据二维图像的数字信号，确定数字微镜器件芯片601中每一个微镜的快门开闭时间以及紫外光线发射装置602的曝光时间，以实现在对应位置的感光树脂材料606的固化，以获取与该二维图像相对应的结构切片。
在步骤S4中，通过扫描机制重复上述过程，即对下一个二维图像进行重复上述步骤S1-步骤S3的加工步骤，并使获取的下一个超材料三维结构切片构成上一个超材料三维结构切片的后续层，最后将加工完的模型从系统中取出冲洗完成整个加工流程，获取相应地超材料三维结构阵列。
基于上述实施例的内容，需要说明的是，在本实施例中，当完成超材料三维结构阵列的制备后，也可以采用电镀、化学镀、原子层沉积、物理气相沉积等方式对阵列结构实现金属沉积效果，完成金属柔性三维结构超材料的制备。
进一步地，也可直接使用导电材料进行三维结构的打印，采用此方案可以省掉镀金属的工艺步骤，简化工艺流程。
需要说明的是：光学成像装置603可以包括光刻成型微米孔滤镜、金属层滤镜、扫描光学系统和聚焦透镜等部件，但本发明实施例不对该光学成像装置603的具体结构作具体地限定。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，如图7所示，本发明实施例还提供一种超材料三维结构的制备方法，首先，选择适当材料制成的衬底(701)，并在该衬底上进行牺牲的生成，使衬底(701)的上表面均匀设置一层牺牲层(702)。其中，本实施例对于如何生成牺牲层(702)的方法不作限定，例如可以是基于物理气相沉淀法等。
进一步地，将预制成的超材料三维结构模型按一定的厚度均匀剖切，获取到一定数量的结构图案(可以按剖切的顺序将结构图案进行编号)，即可以将所有的结构图案依次恢复构成超材料三维结构模型。
进一步地，基于微米光刻工艺，将第一个该结构图案光刻至上一步的牺牲层(702)中，性成该结构图案的微米孔(703)。
进一步地，基于蒸镀/MBE/磁控溅射等工艺，在该微米孔(703)中进行金属材料的沉积，此时注入到牺牲层间的微米孔(703)中的金属即形成第一个三维结构层(704)。
依次迭代执行上述步骤，直至所有的结构图案均按上述方案进行刻制，形成的所有的三维结构层(704)依次相互叠加，形成该超材料三维结构。最后基于刻蚀工艺，去除该超材料三维结构周边即底层的牺牲层，获取到该超材料三维结构。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。