各向异性超常介质中的反常线性现象

从麦克斯韦方程组出发,结合超常介质的特殊性质,分析了电磁波在一种具有线性色散关系的各向异性超常介质中的传播特性。在线性色散关系的情况下,得到了超常介质的介电张量和磁导率张量各元素之间的条件表达式。根据能量守恒定律和电磁场的边界连续性条件,在横电波(TE)和横磁波(TM)入射时,分析了折射波矢和能流与入射波矢和能流方向之间的关系。发现无论是TE波还是TM波,在这种介质中传输时,都产生了光准直的现象,且TE波和TM波的传输方式是相反的。     

各向异性超常介质中的反常线性现象

从麦克斯韦方程组出发,结合超常介质的特殊性质,分析了电磁波在一种具有线性色散关系的各向异性超常介质中的传播特性。在线性色散关系的情况下,得到了超常介质的介电张量和磁导率张量各元素之间的条件表达式。根据能量守恒定律和电磁场的边界连续性条件,在横电波(TE)和横磁波(TM)入射时,分析了折射波矢和能流与入射波矢和能流方向之间的关系。发现无论是TE波还是TM波,在这种介质中传输时,都产生了光准直的现象,且TE波和TM波的传输方式是相反的。     

超常介质中超短电磁脉冲的传输特性研究

将超常介质的色散磁导率合并到非线性极化项中,借鉴常规介质中超短脉冲传输方程的推导方法,得到了非线性超常介质中超短脉冲的传输方程。在德鲁德(Drude)色散模型下,根据脉冲中心频率的不同在传输方程中出现了可正、可负、可为零的自陡峭系数,以及高阶非线性色散项。此外,利用矩方法对传输方程进行分析,得到了超常介质中超短脉冲传输方程的能量守恒定律表达式,揭示了色散磁导率导致的超短脉冲传输的新特性,发现二阶非线性色散使超短脉冲的能量、脉冲频移、脉冲宽度、中心位置和啁啾都随传输距离呈现振荡式变化。     

各向异性超常材料中倒退波的传播研究

研究了完全各向异性超常材料中的倒退波传播现象,得到了在材料本征轴和传输轴成任意角度情形下倒退波形成的条件,分析了超常材料的介电张量和磁导率张量、电磁波的偏振方式对倒退波形成和传播的影响. 在此基础上,进一步分析了几种不同色散曲线关系的各向异性超常材料中倒退波的产生情况,获得了电磁波波矢和坡印亭矢量(能流)夹角的具体表达式和倒退波传播的一般性结论. 此外,还研究了近零介电常数超常材料中倒退波的传播特性,发现在此类超常材料中倒退波只能是完美倒退波. 关键词： 超常材料 负折射 倒退波 各向异性     

动态质量密度和声学超常介质

复合介质的质量密度通常认为是组成它的各种成分的质量密度的体平均值.体平均质量密度常常被用于计算在长波长极限下的声波速度,在此极限下波长比复合介质中的特征尺度要大得多.作者通过严格的数学推导证明,计算(长波长极限下的)波速时所用到的动态质量密度与静态的体平均质量密度有显著的不同.这一发现与最近的实验结果符合得非常好,并且使得声学超常介质的实现成为可能.这两种质量密度之所以不同的物理根源就在于,在波场中复合介质中的各个成分之间有相对的运动.也就是说,隐含的假定——在长波长极限下复合介质中的各个成分必定会全体同相地运动——将不再正确,尤其是当各个成分的声学阻抗之间有较大的差异时.实验和理论显示,对于局域共振声学材料而言,动态质量密度甚至还会变成是负的.文章探讨了这一发现的物理意义,以及它在声学超常介质领域的应用.     

动态质量密度和声学超常介质

复合介质的质量密度通常认为是组成它的各种成分的质量密度的体平均值.体平均质量密度常常被用于计算在长波长极限下的声波速度,在此极限下波长比复合介质中的特征尺度要大得多.作者通过严格的数学推导证明,计算（长波长极限下的）波速时所用到的动态质量密度与静态的体平均质量密度有显著的不同.这一发现与最近的实验结果符合得非常好,并且使得声学超常介质的实现成为可能.这两种质量密度之所以不同的物理根源就在于,在波场中复合介质中的各个成分之间有相对的运动.也就是说,隐含的假定——在长波长极限下复合介质中的各个成分必定会全体同相地运动——将不再正确,尤其是当各个成分的声学阻抗之间有较大的差异时.实验和理论显示,对于局域共振声学材料而言,动态质量密度甚至还会变成是负的.文章探讨了这一发现的物理意义,以及它在声学超常介质领域的应用.     

薄膜型负质量密度声学超常介质

文章作者提出了一种结构简单、易于实现的薄膜型声学超常介质,不仅从实验上证实了它能够在100Hz到1000Hz的低频范围内以200倍的幅度打破声波衰减的质量密度定理,而且还给出了相应的理论解释.由于薄膜弱小的弹性模量,对于一块周边被硬边框所固定的小面积的弹性薄膜而言,仍然存在着各种不同的低频振荡模式.这些振荡模式的本征频率可以通过在薄膜的中央放置一个小的质量块而调整.文章作者惊奇地发现,在位于两个最低的本征频率之间的某个特定频率处,入射的声波几乎完全被反射,此时整个薄膜面内的平均法向位移为零.借助于有限元数值模拟方法,也发现在全反射频率附近薄膜的动态质量密度是负的.实验结果和理论计算符合得非常好.与此同时还发现,微波在某些频率全透射通过金属分型结构的现象可以用类似的机制来解释,而且这些全透射频率也是位于两个局域共振频率之间.     

薄膜型负质量密度声学超常介质

文章作者提出了一种结构简单、易于实现的薄膜型声学超常介质,不仅从实验上证实了它能够在100Hz到1000Hz的低频范围内以200倍的幅度打破声波衰减的质量密度定理,而且还给出了相应的理论解释.由于薄膜弱小的弹性模量,对于一块周边被硬边框所固定的小面积的弹性薄膜而言,仍然存在着各种不同的低频振荡模式.这些振荡模式的本征频率可以通过在薄膜的中央放置一个小的质量块而调整.文章作者惊奇地发现,在位于两个最低的本征频率之间的某个特定频率处,入射的声波几乎完全被反射,此时整个薄膜面内的平均法向位移为零.借助于有限元数值模拟方法,也发现在全反射频率附近薄膜的动态质量密度是负的.实验结果和理论计算符合得非常好.与此同时还发现,微波在某些频率全透射通过金属分型结构的现象可以用类似的机制来解释,而且这些全透射频率也是位于两个局域共振频率之间.     

超常介质中部分相干光束传输的调制不稳定性研究

超常介质与常规光学介质的一个最重要的区别是前者具有色散磁导率,其折射率呈现出可正可负,这样调制不稳定性出现新特点。借助于Wigner变换,从一般的非线性薛定谔方程出发,得到了部分相干光满足Wigner-Moyal的方程,获得了色散关系和增益谱,揭示了部分相干度不仅可抑制调制不稳定性,而且还可以缩小发生不稳定性的频率范围。     

电磁波在运动介质中及表面处的传播特性

论述了运动介质对电磁波频率、速度和传播方向的影响及在运动介质表面的反射定律和折射定律。     

人工异向介质调控电磁波极化特性的实验与仿真研究

电磁波的极化特性在通信、导航和雷达等方面已逐渐得到应用.为了有效控制电磁波的极化状态, 本文设计了一种基于开口环结构的人工异向介质.该人工异向介质由开口环结构,电介质基底和金属背板组成, 可以将入射的线性极化波完整地转换为圆极化波,椭圆极化波以及和入射波极化方向垂直的线极化波. 本文通过实验和仿真验证了本文的设计,实验结果和仿真结果符合较好.     

利用电磁左手材料调控电磁波的偏振反转

通过各向异性的电磁介质板的反射,电磁波的偏振状态可以被任意地调节,在特定的条件下甚至可以完全反转.本文在微波测量系统的基础上设计了一个测量偏振反转的实验,在特定的频率观测到了偏振反转的极大值.另外还提出了一个提高偏振反转率的方案并通过实验验证了其有效性.通过转移矩阵方法计算得到了偏振反转的理论结果并与实验结果进行了对比.     

一种传播速度可以是任意值的特殊电磁波

通过对一个具体事例的求解--一种特殊静磁场的坐标变换,得出了一种特殊的电磁波,它的传播速度可以是任意值.指出了这种特殊的电磁波与传统意义上的电磁波的本质区别,并对一般意义的电磁波与传统意义上的电磁波的概念进行了厘清.本文对于深刻理解和认识电磁场、电磁场的坐标变换和电磁波具有一定意义.     

超常介质中暗孤子的形成和传输特性研究

利用一种扩展的双曲函数级数方法求解超常介质中的传输方程，得到了各种不同情形下的暗孤子解，分析了可控自陡效应和二阶非线性色散效应对孤子形成和传输特性的影响.结果表明，超常介质中负的自陡效应使得暗孤子的中心位置随传输距离向脉冲前沿方向漂移，与常规介质中自陡效应(恒为正)的作用相反；特别是，由于二阶非线性色散的作用，使得在没有线性群速度色散的情形下同样可形成孤子，而且在反常线性色散情形也可形成暗孤子.     

Attenuation of electromagnetic wave propagation in sandstorms incorporating charged sand particles

A theoretical approach for predicting the attenuation of microwave propagation in sandstorms is presented, with electric charges generated on the sand grains taken into account. It is found that the effect of electric charges distributed partially on the sand surface is notable. The calculated attenuation is in good agreement with that measured in certain conditions. The distribution of electric charges on the surface of sand grains, which is not easy to measure, can be approximately determined by measuring the attenuation value of electromagnetic waves. Some effects of sand radius, dielectric permittivity, frequency of electromagnetic wave, and visibility of sandstorms on the attenuation are also discussed quantitatively. Finally, a new electric parameter is introduced to describe the roles of scattering, absorption and effect of charges in attenuation.     

负折射介质中超短脉冲的反常分裂现象

对超短脉冲在负折射介质中的传输特性进行了研究,着重分析其不同于常规介质的反常脉冲分裂现象。结果表明：由于负的折射率影响,介质将通过反常群速度色散与自散焦非线性的相互作用机理来诱导脉冲的对称分裂。同时,分析由色散磁导率所导致的可控自陡效应对脉冲分裂的影响,发现负折射介质中正负的自陡效应都会引脉冲非对称分裂。其中负的自陡效导致脉冲裂变后其后沿比前沿高,这与常规介质自陡效应（恒为正）情形相同;而负折射介质正的自陡效应对脉冲分裂影响刚好与前者相反,即裂变后脉冲后沿比前沿低。     

负折射介质中超短脉冲的反常分裂现象

对超短脉冲在负折射介质中的传输特性进行了研究,着重分析其不同于常规介质的反常脉冲分裂现象。结果表明:由于负的折射率影响,介质将通过反常群速度色散与自散焦非线性的相互作用机理来诱导脉冲的对称分裂。同时,分析由色散磁导率所导致的可控自陡效应对脉冲分裂的影响,发现负折射介质中正负的自陡效应都会引脉冲非对称分裂。其中负的自陡效导致脉冲裂变后其后沿比前沿高,这与常规介质自陡效应（恒为正）情形相同;而负折射介质正的自陡效应对脉冲分裂影响刚好与前者相反,即裂变后脉冲后沿比前沿低。     

用电磁理论说明各向异性晶体的基本光学现象

用电磁理论说明各向异性晶体为什么会产生双折射,双折射的光为什么都是线偏振光.