声子晶体的负折射

通过对声子晶体负折射的实验和理论进行梳理,提出可以通过从对称性角度理解声波在周期性结构中的散射,来理解声学负折射现象的物理机制.在此启发下,本文继而运用有限元模拟,通过改变背景介质的声学常数,成功展示了声波在声子晶体中的负折射现象.     

负折射“水”中的筷子

近年来,负折射介质的相关研究已然成为了物理学界的热点问题,其具有的奇异的物理现象不仅频频在网络及媒体上出现,甚至成为了大学本科教学的前沿拓展内容.本文系统研究了筷子及球体放入折射率为-1的假想液体中的成像现象,纠正了先前网络上有关此类现象的错误认识,加深了人们对于负折射成像的理解,并希望对讲授负折射的相关内容有所借鉴.     

用惠更斯作图法分析单轴晶体中的负折射现象

利用惠更斯作图法说明在普通单轴晶体中适当条件下也存在负折射现象,计算了发生负折射的临界入射角,推导了数值计算负折射角的方程.本文的工作有利于在教学中介绍左手材料及负折射现象时,给予学生正确全面的认识.     

可见光波在天然金属基界面正负折射机理的研究和进展

Snell定律揭示了光在穿越不同介质界面时的传播和折射规律,这是现代物理光学的重要基础。追求完美光学透镜的途径之一是寻找正负折射率匹配材料,但在相当长时期内,在自然界中从未发现有违背Snell定律的天然负折射率材料存在。在本研究工作中制备了一系列入射角精确可控的楔形贵金属金和银等样品,采用不同波长的激光,对于光在最简单的天然贵金属界面传播时所发生的由负到正折射特性变化进行了定量实验测量,获得表观折射率随入射和折射角变化的定量关系。对于导致奇异光折射现象的各种争议性机理进行了细致探索和讨论,这与等离子体、负磁导率和Goos-Hanchen等效应无关。研究结果将有助于人们理解光在金属基微结构中发生正负折射传播的物理机理,从而为新型微纳光电子材料和器件的研制和应用建立基础。     

负折射材料的非寻常折射

负折射材料是近年来研究人员关注的新型材料,与常规材料相比,它有许多非寻常的表现,特别是光的折射,用惠更斯原理解释了负折射材料的折射规律,并分析了负折射材料制作的一些常用光学元件与传统材料制作的相应光学元件的不同作用。     

左手材料的反射特性与负折射率行为

利用平板波导法研究了不同入射角度下周期排列开口谐振环负磁导率材料、周期排列金属杆负介电常数材料以及左手材料微波反射特性，并利用劈尖法研究了左手材料的负折射特性.实验结果表明：负磁导率材料反射率曲线形成反射峰，其对应的反射峰频率与材料的谐振频率一致；负介电常数材料反射率接近0dB；左手材料出现单个反射较小的反射峰，其峰值反射率随入射角度的增大而变大，即反射能力增强，且反射峰与透射峰有相对频移.劈尖法测量还表明，左手材料在9800MHz频率附近出现负折射现象，其折射率n为-0.796. 关键词： 左手材料 反射 负折射率     

二维光子晶体负折射现象条件及特性研究

结合光子晶体带隙图和等频率线图分析了二维光子晶体中出现负折射现象的条件,得出了负折射现象出现的频率范围.采用有限时域差分法模拟了光在光子晶体界面和内部的传输行为,验证了以上理论所给出的负折射出现的频段,观察到了明显的负折射现象.比较了不同介质、不同晶格结构光子晶体中不同频率的负折射行为.提出一种新结构的六角型二维三角晶格光子晶体分光镜的模型.     

用惠更斯作图法讨论单轴晶体中双波长双负折射现象

近年的研究表明,在右手性的各向异性材料(如普通晶体)中一定条件下也会形成负折射,用惠更斯作图法可以清楚地说明普通单轴晶体中出现的这种情况.本文用惠更斯作图法说明在适当条件下,一束含有两种波长的光入射到单轴晶体中会出现双正折射、一正一负折射、双负折射等物理现象.以钒酸钇晶体为例,计算了发生负折射现象的临界入射角.本文的工...     

负折射率材料用于表面波传感的特性分析

利用严格电磁理论分析了负折射材料界面上激励表面波的相关特性,证明两种偏振入射都能在负折射材料与正折射材料界面上激发表面波,并推导出了相应表面波的传播波矢和激发条件.针对负折射材料在表面波传感方面的应用,对膜厚选择,偏振态,测量范围,线性度等性能参量进行了具体分析,与传统的金属表面等离子波传感器相比,使用负折射材料在灵敏度相当的情况下,能有效提高线性度,增大测量范围,提高信噪比.     

线偏振光在手征负折射材料表面的传输特性研究

从理论上研究了手征负折射材料表面的反射与透射特性,给出了归一化的反射透射功率与入射角之间的关系曲线.当入射波分别为垂直和平行极化波(TE和TM波)时,得到了发生负折射时的布儒斯特角和全内反射角随手征参数和材料折射率的变化关系.手征负折射介质中的一个本征波发生了负折射,其功率流方向与波矢方向相反.     

单轴晶体中负折射现象的演示

用惠更斯作图法定性地说明了单轴晶体中负折射现象产生的基本原理,演示了YVO4晶体中发生的负折射现象.该实验有助于学生全面认识折射现象.     

声子晶体中第二能带的回波负折射

文章从理论和实验上研究了二维三角晶格声子晶体第二能带具有回波（backward-wave）效应的负折射现象。Bragg散射将第二能带等频线（equifrequency surface）分成两类，它们分别凹向简约布里渊区（BZ）的K点和Г点，并由此导致了两种不同的回波负折射现象。理论和实验证明，这两类负折射的角度与声波的频率以及入射角的变化关系截然不同，同时在第二能带中，不仅存在回波负折射，还存在回波正折射，这两种折射所具有的回波效应都可以用于通过位相补偿效应来突破衍射极限。上述现象和左手材料中以及声子晶体第一能带中的折射现象是不相同的，揭示了声子晶体，第二能带具有更丰富的物理现象．     

长春光机所利用溶致液晶模板制备可见光负折射材料

正近日,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室在负折射材料设计与制备方面取得新进展:首次使用反六角溶致液晶模板电化学方法,生长出了直径为10 nm、间距为15 nm的银纳米线阵列,是目前已报道的最小尺寸的可见光负折射结构。通过实验证明材料在可见光波段具有双曲型色散关系,负折射波长处于国际领先水平。双曲型材料是一种新型电磁纳米材料,不仅可以实现负折射、传播倏逝波、反常多普勒效     

新型八边形谐振环金属线复合周期结构左手材料奇异性质研究

通过实验及仿真研究了基于C环的新型八边形开口谐振环金属线复合周期结构左手材料.以金属铜八边形谐振环(SRRs)为基本单元的周期结构负磁导率材料,与闭口环(CSRRs)结果对比发现八边形谐振环能产生很好的谐振效果即能产生负磁导率;复合结构仿真结果显示,八边形谐振环金属线复合结构实现负折射具有可行性.设计、制作并实验和仿真研究了两种尺寸的八边形谐振环金属线复合周期结构左手材料,实验结果显示,分别在9.8—15 GHz和9.5—15 GHz出现良好负折射效应,表明小尺寸材料负折射频段较宽但整体能量透过率较小.通过与尺寸相近的传统C环样品实验对比发现八边形样品损耗较大,但其负折射区域能量分布比例较大,具有一定的优越性.该研究对新型周期结构左手材料的研究、设计和研制具有重要的科学意义,在国防、通信等领域也具有广阔的应用前景.     

基于高介电常数基板和金属结构负折射材料的设计,仿真与验证

通过将单回路镜像对称开口金属环结构印制在高介电常数基板上,实现了一种金属含量比传统负折射材料更少,"双负"通带比全介质负折射材料更宽的负折射材料.分析了高介电常数基板产生负介电常数以及"双负"通带形成的机理,通过仿真实验分析了影响"双负"通带的因素.通过制作样品验证了这一机理实现"双负"的可行性,理论分析与实验结果都表明这种方法可实现较宽频段内的"双负"通带. 关键词： 负折射材料 负介电常数 负磁导率 介质谐振器原理     

新型八边形谐振环金属线复合周期结构左手材料奇异性质研究

通过实验及仿真研究了基于C环的新型八边形开口谐振环金属线复合周期结构左手材料.以金属铜八边形谐振环(SRRs)为基本单元的周期结构负磁导率材料,与闭口环(CSRRs)结果对比发现八边形谐振环能产生很好的谐振效果即能产生负磁导率;复合结构仿真结果显示,八边形谐振环金属线复合结构实现负折射具有可行性.设计、制作并实验和仿真研究了两种尺寸的八边形谐振环金属线复合周期结构左手材料,实验结果显示,分别在9.8—15GHz和9.5—15GHz出现良好负折射效应,表明小尺寸材料负折射频段较宽但整体能量透过率较小.通过与尺寸相近的传统C环样品实验对比发现八边形样品损耗较大,但其负折射区域能量分布比例较大,具有一定的优越性.该研究对新型周期结构左手材料的研究、设计和研制具有重要的科学意义,在国防、通信等领域也具有广阔的应用前景.     

基于三角谐振环的新型六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料性质研究

通过实验及仿真研究了三角谐振环组合新型六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料.仿真研究了以金属铜三角开口谐振环（SRRs）为基本单元的周期结构负磁导率材料,与闭口环（CSRRs）结果对比发现三角开口谐振环能产生很好的谐振效果即能产生负磁导率,并且多层单元仿真发现多个谐振环耦合能提高谐振频率并加宽谐振频段;设计、制作并实验和仿真研究了三角开口环为基本单元的六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料,仿真结果在98GHz附近出现良好负折射效应,实验验证在93—108 GHz出现良好负折射效应,与仿真结果具有良好的一致性.该研究对新型周期结构左手材料的研究、设计和研制具有重要的科学意义和应用前景. 关键词： 左手材料 三角环组成的六边形谐振环 负折射     

晶格常数对左手材料的能量透射率及负折射率的影响

研究晶格常数对左手材料的能量透射率、负折射率以及品质因素(FOM)的影响.结果表明,随着晶格常数的减小,左手材料的低阶透射峰出现异常增大,其物理机制为阻抗匹配;左手材料的负折射的中心频率随着晶格常数的减小而蓝移,与理论结果基本一致;晶格常数对左手材料的FOM有重要的影响,当晶格常数减小到一定值时,可以实现完美阻抗匹配,从而得到较高的FOM.     

单轴晶体中的负折射现象研究

分析了在各向同性介质和单轴晶体界面实现负折射的最佳条件。计算发现,通过调节光轴角和各向异性参量可以使得负折射现象更为明显,获得最佳光轴角和最大入射临界角。各向异性强的晶体实现负折射的入射角范围可能会很大。讨论了单轴晶体中和负折射率介质中的负折射现象的区别：负折射率介质中的负折射是由负的折射率引起的,单轴晶体中是由于各向异性决定的。同时还发现单轴晶体中的能流负折射现象不能实现Pendry在理论上所预言的完美透镜。     

基于矩形谐振环的新型复合周期结构左手材料研究

通过实验及仿真研究了基于矩形谐振环的新型三角形和三矩形开口谐振环金属线复合周期结构左手材料.仿真研究了以金属铜三角谐振环和三矩形谐振环（SRRs）为基本单元的周期结构负磁导率材料,结果显示两种谐振环均能产生很好的谐振效果,即能产生负磁导率;设计、制作并实验和仿真研究了三角谐振环和三矩形谐振环金属线复合周期结构左手材料,实验结果分别在9.5—13.3GHz和9.8—12.5GHz出现良好的负折射效应,与仿真结果具有较好的一致性.该研究对新型周期结构左手材料的研究、设计和研制具有重要的科学意义和应用前景. 关键词： 左手材料 负折射 三角形谐振环 三矩形谐振环