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     

同时实现介电常数和磁导率为负的H型结构单元左手材料

基于用一种结构同时实现材料介电常数和磁导率为负的思想，提出了H型结构单元左手材料模型.采用矩形波导法测试表明，H型结构单元在微波频率范围出现左手透射峰，并且可以由参数t对左手特性区域进行调控.同时利用相位法、棱镜折射法和散射参量法从实验和理论证明了在左手透射峰区域材料的折射率为负值，介电常数和磁导率亦同时为负.相对由金属开口谐振环与金属线两种结构组合实现的左手材料，H型结构集磁谐振与电谐振于一体，结构简单、制备方便，对微波器件左手材料表现出更多的优越性.     

Dual-band left-handed metamaterials fabricated by using tree-shaped fractal

<正>A method of fabricating dual-band left-handed metematerials(LHMs) is investigated numerically and experimentally by single-sided tree-like fractals.The resulting structure features multiband magnetic resonances and two electric resonances.By appropriately adjusting the dimensions,two left-handed(LH) bands with simultaneous negative permittivity and permeability are engineered and are validated by full-wave eigenmode analysis and measurement as well in the microwave frequency range.To study the multi-resonant mechanism in depth,the LHM is analysed from three different perspectives of field distribution analysis,circuit model analysis,and geometrical parameters evaluation.The derived formulae are consistent with all simulated results and resulting electromagnetic phenomena,indicating the effectiveness of the established theory.The method provides an alternative to the design of multi-band LHM and has the advantage of not requiring two individual resonant particles and electrically continuous wires,which in turn facilitates planar design and considerably simplifies the fabrication.     

左手材料和负折射率

对于左手材料折射率的符号取法做了详细的分析,给出了n=εμ的来源.     

手性负折射率材料的最新进展

阐述了手性负折射率现象的产生机制;总结了近几年国内外手性负折射率材料在仿真模拟和实验制备方面的研究进展;分析了手性负折射率材料的旋光性、手性参数、损耗等;介绍了手性负折射率材料在各个领域的应用。分析认为,探索手性负折射率材料的新机制、新方法和新材料,从而在可见光波段实现负折射率是未来手性负折射率材料的重要发展方向之一。     

基于小型化结构的各向同性负磁导率材料与左手材料

提出了一种双面环各向同性结构单元模型, 理论与实验研究了其微波电磁谐振行为. 结果表明: 在电磁波平行入射和垂直入射条件下, 该结构可在同一频段实现磁谐振, 且在谐振频段磁导率为负; 当电磁波以不同角度斜入射时, 其产生负磁导率频段也保持不变, 即该结构的电磁特性不依赖于入射角度, 双面环结构具有各向同性的特点. 将双面环结构与金属线结构组合, 该组合结构具有负折射率. 另外,双面环结构还具有小型化的优点, 在不增加结构单元几何尺寸的情况下, 通过在结构单元中引入金属化过孔的方法, 增加结构单元的电长度, 可使谐振频率大幅度地向低频方向移动, 使其在低频工作时 仍保持小型化的优点. 在双面环结构中引入金属化过孔技术可使谐振单元的几何尺寸减小50%, 在微波器件、滤波器、天线等领域有广阔的应用前景.     

一种新型异向介质设计及实验验证

本文提出了工作在X波段的单面双S型异向介质结构,在仿真、实验两个方面对这种新型异向介质的异向特性进行了验证.实验和仿真结果均表明,这种新型的异向介质结构在这一工作频率下具有负折射特性.这种新型的异向介质具有两个优势:更加便于制造和便于添加可控器件使单面异向介质成为可控异向介质.     

Optical properties of a three-dimensional chiral metamaterial

A three-dimensional chiral metamaterial with four-fold rotational symmetry is designed, and its optical properties are investigated by numerical simulations. The results show that this chiral metamaterial has the following features: high polarization conversion, perfect circular dichroism, and asymmetric transmission of circularly polarized light. A comparison of the results of chiral metamaterials without and with weak coupling between the constituent nanostructures enables us to confirm that the optical properties of our proposed nanostructure are closely related to the coupling between the single nanoparticles. This means that the coupling between nanoparticles can enhance the polarization conversion, circular dichroism, and asymmetric transmission. Due to the excellent optical properties, our metamaterial might have potential applications in the development of future multi-functional optical devices.     

基于谐振结构的左右手传输线的奇异传输性质

通过对一种具有谐振结构的左右手传输线进行了数值仿真和分析，从有效磁导率和介电常数及色散关系来说明其奇异的传输特性.把这种左右手传输线用作漏波天线并测量了在不同频率点的方向图，从而实验上验证了这种特殊结构在不同的频率范围内可以实现一个左手性通带，也可以实现两个左手性通带.对这种结构传输特性的研究，有助于其在漏波天线方面的应用.     

基于双负介质与负介电常数介质交叠结构的谐振腔研究

通过探讨双负介质与负介电常数介质交叠结构的谐振特性,实现了一种能够同时缩小长度和宽度的改进的小型化谐振腔(IMCR). 对IMCR谐振特性进行了数值仿真,结果表明,IMCR能够在10.3GHz上稳定谐振,但其长度和宽度却分别只有4.58和5.08mm,相比于普通金属谐振腔的长度和宽度均缩短了一半. 这些结果对基于双负介质的小型化谐振腔的发展具有理论意义. 关键词： 双负介质 负介电常数介质 改进的小型化谐振腔 各向异性     

缺陷对左手材料负折射的调控行为

采用电路板刻蚀技术制备左手材料样品，由劈尖法分别研究了无缺陷和引入缺陷时左手材料的负折射特性.实验结果表明，引入两种点缺陷材料与无缺陷材料的功率峰值之比分别为1.035和1.256，且负折射率的绝对值分别增大了9.6%和19.6%；引入空位缺陷材料与无缺陷材料的功率峰值之比最大为1.973，最小为0.364，负折射率的绝对值最大增大了68.3%，最小增大了9.6%.缺陷的存在改变了左手材料周期性结构，形成新的电磁谐振条件，使其负折射率和功率峰值发生了变化，实现了对左手材料负折射率的调控. 关键词： 左手材料 负折射 缺陷     

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     

法拉第手征介质反射电磁波的极化特性研究

从麦克斯韦方程出发严格推导了均匀介质与法拉第手征介质交界面处电磁波反射公式.通过解析的方法讨论了不同极化状态下反射电磁波的极化特性与法拉第手征介质电磁参数之间的关系.针对部分具体实例进行了计算,计算结果与理论预测相符合. 关键词： 法拉第手征介质 反射电磁波 极化特性     

Numerical simulations of negative-index refraction in a lamellar composite with alternating single negative layers

Negative-index refraction is demonstrated in a lamellar composite with epsilon-negative (ENG) and mu-negative (MNG) materials stacked alternatively. Based on the effective medium approximation, simultaneously negative effective permittivity and permeability of such a lamellar composite are obtained theoretically and further proven by full-wave simulations. Consequently, the renowned left-handed metamaterial comprising split ring resonators and wires is interpreted as an analogy of such ENG--MNG layers. In addition, beyond the effective medium approximation, the propagating field squeezed near the ENG/MNG interface is demonstrated to be left-handed surface waves with backward phase velocity.     

左手材料微结构构型的传输线比拟模型

提出了基于传输线比拟模型的左手材料微结构设计方法,并对此进行了分析、验证.首先根据已有的具有左右手性质的基本传输线模型,通过类比构建了具有左手性质的新模型,进而通过定性分析传输线网络中的各元件与微结构连续介质构型的形状及尺寸的对应关系,推断出模型中各部分的具体尺寸,从而得到了一个合理的左手材料微结构构型及其对应的传输线比拟模型.对设计的模型进行了实验测试,验证了模型确实具有左手性质.最后,通过数值模拟和实验,研究了微结构的各个尺寸参数对材料出现左手性质的带宽和频段的影响,确定了微结构中对左手性质影响最大的尺寸参数.     

Negative refractive index in chiral spiral metamaterials at terahertz frequencies

A three-dimensional chiral metamaterial consisting of arrays of the multi-layered mutually twisted metallic spirals is proposed. We theoretically demonstrate such a chiral spiral structure exhibiting negative refractive index at terahertz frequencies. The chirality with varied refractive index can be obtained by change of configurations of the structure. The presented design offers flexibility for investigation of electromagnetic properties of chiral metamaterials in the terahertz regime and thus leads to a unique route to terahertz device applications.     

左手介质中电磁波的传播速度

在同向介质中,电磁波的群速度一般是能量传播的方向,并且电磁波的相速度和群速度在大部分情况下都满足瑞利关系.为了研究左手介质的电磁特性,本文从理论上导出了左手介质中电磁波的相速度、群速度及其关系,得出左手介质中电磁波的群速度为负,并介绍了左手介质的一些应用前景.     

单轴各向异性手征介质平板的反射和透射特性研究

研究了光轴平行于界面的单轴各向异性手征介质平板对平面电磁波的反射和透射特性, 推导出了反射和透射系数(功率)公式; 按介电常数的正负分4种情形给出了反射和透射功率曲线; 讨论了手征参数对反射和透射特性的影响, 特别是给出了伪布儒斯特角与手征参数的变化关系曲线. 关键词： 单轴各向异性手征介质 手征参数 伪布儒斯特角 反射和透射     

石墨烯基双曲色散特异材料的负折射与体等离子体性质

基于有效介质理论研究了石墨烯/介质周期结构的电磁性质, 研究发现这种复合结构的等频面在太赫兹和远红外波段为双曲线, 可用来实现石墨烯基双曲色散特异材料. 通过改变石墨烯的费米能级、介质层厚度和单元结构中石墨烯的层数, 可很容易地调节双曲色散存在的频段. 由于等频面的双曲色散特性, 石墨烯基双曲色散特异材料在远低于截止频率的范围内, 对斜入射的电磁波具有负的能量折射率和正的相位折射率, 并支持局域体等离子体模式. 基于衰减全反射结构, 研究了体等离子体的激发, 探索了体等离子体在可调的光学反射调制器中的应用.     

一种极化不敏感和双面吸波的手性超材料吸波体

基于手性结构设计了一种极化不敏感和双面吸波的超材料吸波体.该吸波体的结构单元由手性结构和介质基板组成.仿真的电磁波正、反向入射时超材料吸波体的吸收率表明:该吸波结构的正、反面是互易的,具有双面吸波特性.仿真的不同极化角下超材料吸波体的吸收率表明:该超材料吸波体具有极化不敏感特性.仿真的不同入射角下超材料吸波体的吸收率表明:该超材料吸波体的入射角较窄.仿真的吸波体单元的表面电流和磁能密度分布表明:电、磁场之间存在交叉耦合,吸波与手性有关.仿真的不同损耗情况下超材料吸波体的吸收率表明:基板的介质损耗在吸波过程中起主导作用,金属的电阻热可以忽略不计.该超材料吸波体可能在要求双面吸波的领域中具有潜在的应用. 关键词： 极化不敏感 双面吸波 手性结构 超材料吸波体