光波在左手材料中的菲涅尔公式和布儒斯特定律

根据Maxwell的电磁场理论，推导出单色平面光波入射到介电常量和磁导率分别为ε1、μ1和ε2、μ2的两种介质时的菲涅耳公式和反射率及透射率的普适表达形式.对于ε2<0 和，μ2<0的左手材料，普适菲涅耳公式同样适用.研究了光从右手材料入射到左手材料时反射和折射的特性，给出了反射光为全偏光时布儒斯特角应满足的条件,此条件说明,在左手材料中布儒斯特角不但与折射率有关而且与磁导率有关.     

异向介质材料的非线性研究进展

异向介质材料是由人工设计构造的、具有特异电磁特性的材料。其中同时具有负的介电常数ε及磁导率μ的称为左手材料或双负材料;仅有负的介电常数ε或负的磁导率μ的称为单负材料。本文介绍了实现异向介质材料及其非线性特性的方法,重点综述了异向介质材料中SH产生、光孤子传输、波混频效应等方面的研究进展。     

声波的负折射

一束光从空气射入水中,入射线和折射线将分别位于界面法线的两侧,并且入射角大于折射角,这便是通常意义下的折射定律.折射率n=±εμ,其中ε是材料的介电常数,μ是磁导率.一般情况下n为正值,这是因为,对常规材料而言,ε>0,同时μ>0,并且电磁波的电场、磁场和波矢三者构成右手关系.然而,大约在 30年前有理论学家提出,可能出现ε<0、同时μ<0的情况,此时电场、磁场和波矢之间构成左手关系.在左手关系的情况下,折射率n将取负值,入射光和折射光将位于界面法线的同一侧.这类反常的负折射率材料直到 2000年才在实验中得到展示.以上描述都是针对电…     

左手材料光纤的标量解近似

从Maxwell方程组出发,讨论纤芯为左手材料,包层为右手材料的阶跃型光纤.在弱导的情况下,假定横向场的极化方向保持不变,推导了横向电场满足的Helmholtz方程,利用边界条件,经过数学计算,建立了左手材料光纤标量解的特征方程,画出了左手材料光纤LP01模和LP11模的色散曲线.比较左、右手材料光纤的特征方程及其相关曲线,得到了左手材料光纤的某些奇异特性.     

异向介质材料的非线性研究进展

异向介质材料是由人工设计构造的、具有特异电磁特性的材料。其中同时具有负的介电常数ε及磁导率μ的称为左手材料或双负材料;仅有负的介电常数ε或负的磁导率口的称为单负材料。本文介绍了实现异向介质材料及其非线性特性的方法,重点综述了异向介质材料中SH产生、光孤子传输、波混频效应等方面的研究进展。     

基于双Σ形金属条的双向左手材料

提出了一种基于双Σ形金属条的双向型左手材料结构. 该结构由介质基板和两个反向对称放置在介质基板两侧的Σ形金属条构成, 在电磁波平行入射和垂直入射两种情况下, 都能够实现双负特性(ε<0, μ<0) . 通过利用HFSS软件仿真、等效参数提取, 分析验证了该结构在X波段具有双向特性和左手特性. 该结构的双向特性拓宽了电磁波的入射角度, 对左手材料的多维化和多向化发展提供了参考价值. 关键词： 左手材料 双Σ形金属条 双向     

基于传输线技术的零平均折射率(zero-n-)带隙的实验研究

基于传输线方法,制备了含左手材料和右手材料的一维光子晶体.通过仿真软件ADS的模拟和矢量网络分析仪的测量,研究了光子晶体的传输特性.实验结果表明:由左手材料和右手材料构成的一维光子晶体具有零平均折射率(zero-n-)带隙,这一带隙处于左手通带和右手通带之间.zero-n-带隙分别由零平均介电常量和零平均磁导率决定,进而对晶格尺度不敏感.     

左手材料纤芯双包层光纤的传输特性

对纤芯为左手材料,内包层和外包层都为右手材料的双包层光纤进行了分析.在弱导情况下,且不考虑介质损耗,由亥姆霍兹方程出发,得到了HE、EH、TE和TM导模的色散方程,并在远离截止条件下,对其进行简化.所有的TE和TM模都是简并的.分别讨论了内包层折射率和厚度对该左手材料光纤最低阶导模的影响,画出了各自的色散曲线,并和右手材料光纤导模相应色散曲线进行了比较,发现左手材料光纤的低阶导模具有反常的色散特性.     

基于传输线技术的零平均折射率(zero-)带隙的实验研究

基于传输线方法,制备了含左手材料和右手材料的一维光子晶体.通过仿真软件ADS的模拟和矢量网络分析仪的测量,研究了光子晶体的传输特性.实验结果表明:由左手材料和右手材料构成的一维光子晶体具有零平均折射率(zero-)带隙,这一带隙处于左手通带和右手通带之间.zero-带隙分别由零平均介电常量和零平均磁导率决定,进而对晶格尺度不敏感.     

基于多开口田字形宽频带低损耗左手材料

提出了一种基于多开口田字形单元结构实现材料左手特性的设计方案.该结构是在介质基板单侧集成电、磁谐振器形成左手单元.通过理论分析、软件仿真、加工测试、提取有效电磁参数,结果表明该结构在12.7—21.1 GHz范围内具有双负特性(等效介电常数ε0,等效磁导率μ0),基本覆盖Ku波段,绝对带宽可达8.4 GHz,单元损耗低于0.3 d B.同传统的左手材料相比,该结构以更小的单元尺寸,更低的损耗实现了更宽的左手频带,为宽频带、低损耗微波左手材料的设计及广泛应用提供了重要参考.     

基于蘑菇型结构的双入射超宽带复合媒质材料设计与分析

通过设计一定的单元结构, 可以实现超宽带人工电磁材料. 基于蘑菇型金属结构, 提出了一种同时具有左右手通带无缝结合的超宽带双入射型复合媒质材料结构单元. 该结构由嵌入到介质板的两个反向对称的蘑菇型金属结构组成, 能够同时引发电谐振和磁谐振而得到左手通带. 通过利用CST软件仿真、等效电磁参数提取、折射率计算以及建立等效磁谐振电路模型等方法, 分析验证了该结构的双入射特性和左手特性. 仿真结果表明, 在电磁波垂直于介质板和平行于介质板入射两种情况下, 在X波段均表现出左手通带特性, 并具有1 GHz以上的左手带宽. 当电磁波垂直于介质板入射时, 在7.2 GHz-9.3 GHz频段为右手通带, 在9.3 GHz-11 GHz频段为左手通带; 当电磁波平行于介质板入射时, 在7.0 GHz-9.0 GHz频段为右手通带, 在9.0 GHz-10 GHz频段为左手通带. 在两种情况下分别于9.3 GHz与9.0 GHz处得到了零折射率, 从而构造了一种正-零-负复合媒质材料, 实现了具有3 GHz带宽的双入射超宽带平衡结构.     

零平均折射率带隙中离散模的实验研究

通过实验研究了零平均折射率带隙中离散模的传输特性.零平均折射率带隙存在于左手材料与右手材料交替形成的一维光晶体中.在实验中,左手材料与右手材料分别由左/右手复合传输线和右手复合传输线实现.实验结果表明,左手材料与右手材料的色散特性使离散模并没有按照理论上期待的"单点频"传输,而是彻底地覆盖了零平均折射率带隙.由于左手材料在本质上是色散的,因此该实验结论普遍适用于零平均折射率带隙中的离散模,即离散模的出现会使零平均折射率带隙消失.     

基于非分裂FDTD的左手介质电磁特性的研究

为验证左手介质的电磁特性,采用非分裂时域有限差分方法对左手介质的Drude模型进行建模.这种方法不需要对电场和磁场进行分裂,也不需要对PML空间进行特殊处理,吸收边界PML和工作空间可以通过参数转换来完成,并且构造的PML层为有耗介质,进入PML层的透射波将迅速衰减.它是一种准确而有效的分析色散和各向异性介质的方法,通过此方法有效地验证了左手介质的负折射效应、汇聚效应、相位补偿效应,充分验证了左手介质及其反常特性的存在性和此方法分析左手介质的有效性. 关键词： 左手介质 非分裂 时域有限差分 Drude     

左手材料阶跃型光纤的模场特性

从Maxwell方程组出发,讨论纤芯为左手材料,包层为右手材料阶跃型光纤,推导了矢量解的场方程.经过数学计算,求得了左手材料阶跃型光纤矢量解的特征方程.根据矢量模的分类,找到了TE模、TM模、HE模和EH模的特征方程.根据各模的特征方程,并且与右手材料光纤相关的特征方程,在靠近截止和远离截止两种情况下进行了比较,得到了左手材料光纤的某些奇异特性.     

含各向异性左手材料一维光子晶体的传输特性分析

采用光学传输矩阵方法,研究了由各向异性左、右手材料交替排列构成的一维人工周期结构的带隙结构和传输特性,讨论了反射率随入射角度的变化关系。结果表明,含各向异性左手材料的光子晶体比传统的光子晶体有更宽的禁带;含各向异性左手材料的一维光予晶体具有更好的角度特性,可以用来实现对某一低频波段的全方位反射;通过适当选取左手材料的参数,禁带中会出现狭窄的透射峰。     

左手系材料界面上的非线性TE电磁波

针对电磁波在非线性左手系材料中的传播性质, 分别研究了左、右手系材料界面以及两左手系材料界面上非线性TE表面波的传播行为讨论了导波的频率特性、色散关系以及群速度随频率的变化规律分析表明，两种界面上的非线性TE表面波均存在频率通带和禁带，且带宽是传播功率的函数揭示了在一定条件下，左、右手系材料界面上既可以支持正向传播的非线性TE表面波，也可以支持反向传播的非线性TE表面波；两左手系材料界面上表面波的传播性质因材料参量的变化差异较大，一定参量条件下，该界面上仅支持反向传播的非线性TE表面波.     

谈谈“左手材料”

 “左手材料”(left-handedmaterials)是指在一定的频段下同时具有负的磁导率和负的介电常数的材料。电磁波在这种材料中的传播特性与在一般材料中相比有很大的不同,比如光在左手材料中的行进方向与能量传播的方向相反、完全相反的折射定律等等,“左手材料”颠覆了一般材料中所普遍遵循的“右手规律”。早在1968年,俄罗斯理论物理学家维西拉格(Veselago)就对电磁波在介电常数ε和磁导率μ同时为负数的介质中的传播及相关特性作过理论上的研究,但由于当时自然界中并没有发现这类介质材料,所以他的研究结果一直没有得到实验上的直接验证,人们对左手材料的兴趣也因此降温。     

用左手因果定则代替左、右手定则

在电磁学中 ,学生判断通电导线周围磁场方向的安培定则 (亦即右旋定则 )、判断通电导线所受磁场力方向的左手定则以及判断感应电流方向的右手定则 ,经常出现搞不清到底是用左手还是用右手 ,而“左手因果定则”可以很好地避免上述定则的缺憾 ,所谓“左手因果定则” ,就是四指指原因 ,拇指指结果 .学生在使用过程中也认为“左手因果定则”易记、易学、好用 .现将用该定则在判断磁场方向、通电导线的受力方向及感应电流的方向的具体作法介绍如下 :1　用“左手因果定则”判断磁场方向　　在这里 ,电流是原因 ,磁场是结果 .1 .1　判断通电导线周…     

含左手材料光纤的表面模特性

在弱导条件下,利用Maxwell方程组,对纤芯是左手材料,包层是右手材料的光纤表面模进行了研究,得到了TE (TM)、 EH和 HE表面模的色散方程,.根据色散方程,画出了相应表面模和含左手材料光纤导模的色散曲线.比较这些色散曲线,发现了含左手材料光纤表面模一些新的特性.     

非线性左右手媒质界面的Goos-Hänchen位移

 由均匀平面电磁波在左右手媒质界面满足的切向边界条件出发,推导了电磁波由线性传统媒质入射到非线性左手媒质时波的传播特性。利用时间延迟的方法,给出全反射情况下媒质界面非线性Goos-Hänchen位移表达式。分析了非线性左手媒质界面的侧向位移随入射角及入射波电场强度的变化关系,发现入射波场强对传输特性起决定作用:当入射波电场小于临界场强时,调节入射场强可以控制相应的侧向位移;当入射波电场大于临界场强时,不再满足全反射条件,部分入射波透射到非线性介质中。波导中加入非线性介质不仅可以调节侧向位移的大小,且可以实现对入射波场强的控制。