CH3-6負(fù)折射率介質(zhì)

mediumswithnegativerefractiveindex

一、什么是負(fù)折射率介質(zhì)（左手性介質(zhì)）介質(zhì)的折射率定義：對一般電介質(zhì)而言，ε和μ都是非負(fù)的常數(shù)，故n>0其電場、磁場和波矢三者構(gòu)成右手關(guān)系，稱為右手性介質(zhì)光、微波等電磁波在這些常規(guī)介質(zhì)中的折射遵循Snell定律

一直以來未在自然界的已知材料中觀察到負(fù)折射率現(xiàn)象（n<0

）1968年，前蘇聯(lián)物理學(xué)家V.G.Veselago在理論上預(yù)言了負(fù)折射率介質(zhì)（其ε和μ同時小于零，n<0

）的存在，在這種介質(zhì)中電場、磁場和波矢構(gòu)成左手關(guān)系，故負(fù)折射率介質(zhì)也稱左手性介質(zhì)2001年加州大學(xué)圣地亞哥分校的DavidSmith等人利用人工合成材料首次制造出在微波波段具有負(fù)ε

、負(fù)μ的物質(zhì)，并觀察到了其中的反常折射現(xiàn)象，獲得廣泛關(guān)注二、負(fù)折射率介質(zhì)的異常傳播性質(zhì)1.負(fù)折射現(xiàn)象常規(guī)材料：介質(zhì)一和介質(zhì)二均為右手性介質(zhì)(ε>0，μ>0，n>0)，折射光線方向由4給出,滿足折射定律若介質(zhì)二改為負(fù)折射率介質(zhì)(ε<0，μ<0,n<0),則折射光線方向由3給出：與入射光線1位于法線同側(cè)，且方向與斯涅耳定律的預(yù)期方向相反，折射角大小仍由斯涅耳定律確定，且波矢k的方向與s相反－光線的“負(fù)折射”2.反常成像透鏡用左手性介質(zhì)制作的透鏡與普通玻璃透鏡相比有完全相反的效果用左手材料制作的凸透鏡對光線有發(fā)散作用(相當(dāng)于通常的凹透鏡)凹透鏡對光線有匯聚作用（相當(dāng)于通常的凸透鏡）用左手性介質(zhì)制作的平板則具有成像功能。3.逆多普勒效應(yīng)左手性介質(zhì)中波矢k的方向與光線的傳播方向相反，與右手性介質(zhì)相比將呈現(xiàn)相反的多普勒效應(yīng)。如果探測器向著光源運(yùn)動：右手性介質(zhì)：探測到的頻率增高左手性介質(zhì)：探測到的頻率降低如果探測器遠(yuǎn)離光源運(yùn)動：右手性介質(zhì)：探測到的頻率降低左手性介質(zhì)：探測到的頻率增高三、負(fù)折射率介質(zhì)的人工制備及實(shí)驗(yàn)證明自然界中并不存在左手性介質(zhì)，只有人工合成來制備這種材料用于產(chǎn)生負(fù)磁導(dǎo)率的開環(huán)金屬諧振器負(fù)折射率介質(zhì)有兩個方面的要求，即ε<0和μ<0負(fù)的介電常數(shù)由二維長金屬導(dǎo)線陣列（ALMWs）結(jié)構(gòu)獲得人工構(gòu)造的負(fù)折射率介質(zhì)樣品樣品單元尺寸為5ｍｍ，整體厚度1.2cm負(fù)折射率介質(zhì)“棱鏡”入射微波源(10.5GHz,2.8cm)常規(guī)折射波方向(按n＞0)常規(guī)右手材料出射功率峰值發(fā)生在27°處,

n=1.4±0.1負(fù)折射率介質(zhì),峰值發(fā)生在大約-61°處，對應(yīng)n=-2.7±0.1在光子晶體中已實(shí)現(xiàn)了光學(xué)頻段的負(fù)折射光子晶體—折射率周期（波長量級）調(diào)制的光學(xué)介質(zhì)，存在光子帶隙，類似于電子之于半導(dǎo)體單晶硅背景中六角（又叫三角）排列著圓柱形空氣柱相鄰空氣柱之間的距離即為晶格常數(shù)a=196.2nm。單晶硅的介電常數(shù)

=11.7，即折射率n=3.42空氣柱的半徑r=0.39a=76.5nm在波長為632.8nm的可見光波段有明顯負(fù)折射現(xiàn)象XZ四、負(fù)折射率介質(zhì)的潛在應(yīng)用高指向性的天線—通訊系統(tǒng)，如手機(jī)完美透鏡—超高分辨率，高密度近場光存儲高性能低價(jià)格的磁共振成像設(shè)備電磁波隱身——國