负折射率材料ppt课件.ppt

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1、负折射率材料中超短脉冲的研究进展2008.4.182003年，美国著名的科学杂志《Science》将负折射率介质评为年度十大科学进展之一。负折射率介质是当今非常热门的研究领域。英国皇家学院，美国的加州大学圣迭戈分校、普渡大学等率先在该方面进行了理论和实验研究。我国浙江大学、苏州大学、复旦大学、同济大学、上海理工大学、东南大学铁军教授、南京大学等对负折射人工电磁材料及微波器件进行了不同程度的研究。这些研究主要集中于对不同材料、不同波段的各种负折射率介质的研制以及介质的奇异电磁特性研究。主要内容什么是负折射率材料负折射率材料的研究与进展微波波段的负折射率材料的研

2、究进展光波波段的负折射率材料的研究进展负折射率材料中短脉冲的研究进展在经典电动力学中，介质的电磁性质可以用介电常数ε和磁导率μ两个宏观参数来描述。正弦时变电磁场的波动方程（Helmholtz方程）为：（1）其中什么是负折射率材料自然界中,物质的μ和ε一般都与电磁波频率有关，并且在大多数情况下都为正数，此时方程(1)有波动解，电磁波能在其中传播。对于无损耗、各向同性、空间均匀的介质，由Maxwell方程组能推出可见，、、之间满足右手螺旋关系。通常的介质就被称为“右手材料”(Right-HandedMaterials,RHM)如果介质的μ和ε都小于零，则k2>0，方程

3、(1)有波动解，电磁波能在其中传播。但、、之间不再满足右手螺旋关系而是满足左手螺旋关系。这种介质就被称为“左手材料”（Left-HandedMetamaterials,LHM)如果介质的μ和ε两者之间一个为正数,而另一个为负数，则k2<0，k无实数解；即方程(1)无波动解，电磁波不能在其中传播。EHkSEHkSe>0,m>0e<0,m<0(Right-handed)(Left-handed)由于电磁波能流的方向取决于玻印廷矢量S的方向，而，即、、始终构成右手螺旋关系。因此在左手材料中，（它的方向代表电磁波相速的方向）和的方向相反。为负数，所以这种介质也被称为“负折

4、射率物质”（NegativeIndexMaterials,NIM)左手材料中，电磁波的相速度和群速度方向相反。左手材料又称为负折射率物质波长(λ)和波矢(k)1212k1=2π/λ1k2=2π/λ2c=lightvelocityinvacuumn1,2=refractiveindices相速度和群速度(phase)(group)21THEREDARROWSMUSTBEEQUALNormalRefractionNegativeRefraction折射光仍然满足Snell定律(a)入射光在经过一般介质与左手材料接口时，折射光偏折方向会与入射光在法线的同一边。(b)以左

5、手材料为材质制作的凸透镜或凹透镜，分别会表现出散光或聚光效果。(c)平板状的左手材料，会有类似一般凸透镜的聚光效果。(c)左手材料(c)左手材料(c)左手材料(b)左手材料左手材料(b)左手材料左手材料(b)左手材料左手材料2Ev·Svkv(e1>0,m1>0)(e2<0,m2<0)·(a)左手材料·(e1>0,m1>0)(e2<0,m2<0)·(a)左手材料12(2>0,2>0)右手材料Pendryetal.JPhys.Cond.Matter156345(2003)PERFECTLENS反常的Doppler效应若光源发出频率w0的光，而侦测器以速度v接近

6、光源时，在一般介质之中侦测器所接收到的电磁波频率将比w0高，而在左手材料中，则会收到比w0低的频率。SkkkSSkvSv光源光源vv侦测器光源光源侦测器左手材料中反常的切伦柯夫（Cerenkov）效应和光压在Cerenkov辐射效应中，当一个粒子在介质中以速度v沿一直线运动，其辐射出的场会遵循的形式，波向量k(k=kz/cosq)的方向会主要顺着v的方向，但kr方向分量则在一般介质与左手材料中恰好会完全相反。电磁辐射对反射体造成的光压，在左手材料的环境之中形成对反射体的拉曳力，而不是如在一般介质中的压力。vkzSkkrqqkSvkzSkkrkrqqkSvkzkqq

7、kvqq左手材料中krSk2k反射體光源k2k反射体左手介質中Sk2k光源2k光源左手材料中S反射体(b)(a)一般介质与左手材料中的比较：(a)Cerenkov效应；(b)光压负折射率材料的研究与进展微波波段负折射率材料1968年前苏联物理学家Veselago对电磁波在介电常数和磁导率同时为负数的介质中的传播特点作过纯理论的研究。1996-1999年，英国皇家学院Pendry等人相继提出了用周期性排列的金属条和开口金属谐振环(Split-RingResonator)可以在微波波段产生负等效介电常数和负等效磁导率。PendryJ.B.,etal.,Phys.R

8、ev.Le