介质中光速种种

本文着重介绍了近年来对于介质中光速的实验研究，特别是介质中的光脉冲的超光速现象。     

左手介质对谐振腔谐振频率的影响

在谐振腔设计过程中, 谐振腔的品质因数以及谐振频率都是需要考虑的关键因素. 传统的方法是通过减小谐振腔的尺寸或者利用高次模来提高谐振腔的谐振频率, 但是由于两种方法都有其局限性, 导致设计结果并不理想. 通过理论计算与模拟仿真相结合的方法, 对影响谐振腔谐振频率的因素进行分析, 得出了填充介质的材料属性与谐振腔谐振频率的关系. 理论计算显示: 当用“左手介质”作为谐振腔的填充物质时, 可以在不改变谐振腔尺寸的基础上提高谐振频率. 高频结构仿真器(high frequency structure simulator)的仿真数据也证明了以上结果, 从而得出谐振腔的谐振频率可以不受谐振腔尺寸的限制. 相较于传统理论而言, 研究结论有进一步的发展, 为探索和设计新颖的谐振腔提供了理论依据.     

关于左手性介质几何光学的研究(二)

利用几何光学方法研究了由左手性介质制成的简单透镜的光学特性.推理分析了左手性介质透镜处球形界面的负折射规律,并依此表明了常用光学公式仍适用于左手性介质.指出了左手性介质透镜相对于用传统介质制作的普通透镜所具备的固有优点,最后证实了利用单块左手性介质透镜即可完全消球差,并相应提供了零球差左手性介质透镜的设计实例.     

基于介质谐振器原理的左手材料设计

本文通过对高介电常数介质基于介质谐振器理论进行分析,明确了利用高介电常数介质产生负介电常数或负磁导率的途径在于介质中产生具有Lorentz谐振形式的电磁响应的电偶极子或磁偶极子,指出了这种偶极子的产生来源于电磁波在介质中形成的驻波,而左手通带的形成正是由于电偶极子和磁偶极子之间的相互影响,破坏了驻波形成的条件所实现的. 模拟结果表明,通过将尺寸相同,介电常数不同的介质进行组合,使二者电谐振和磁谐振的频率点重合从而实现左手通带,最后利用高介电常数,低损耗的陶瓷进行样品制作并测试,测试结果证实了基于这一原理实 关键词： 全介质左手材料 介质谐振器 磁偶极子 电偶极子     

含有左手介质双层基底的亚波长谐振腔微带天线研究

将谐振腔引入微带结构,分析和设计了含有左手介质双层基底的亚波长谐振腔微带天线.基于左手介质对右手介质的相位补偿效应,此新型微带天线的高度并没有因为双层基底而大为增加,反而有所降低.计算表明：在一些情况下,大幅度提高的带宽特性突破了传统微带天线的窄带局限,而在另一些情况下,所得到窄带微带天线能够在单频率点谐振鉴频.针对这一特性,将亚波长谐振腔微带天线应用于探测器中,显示了此新型微带天线在目标探测上的优势. 关键词： 微带天线 左手介质 谐振腔     

傍轴光束在单轴左手介质中传输的矢量性质

研究了沿光轴入射的傍轴光束在单轴左手介质中传输的矢量性质.通过平面角谱的方法得到了横电(TE)波和横磁(TM)波在单轴左手介质中传输的严格解，并得到了傍轴近似下的矢量传输模型.利用这一模型，分析得到垂直于光轴方向不同偏振态的入射光束在单轴左手介质中同时激发横向场和低阶纵向场.如果单轴左手介质的介电常数张量在沿垂直于光轴方向上的元素不相等，同时磁导率张量在沿垂直于光轴方向上的两元素也不相等(即z方向为光轴方向，_x≠_y,μ_x≠μ_y),那么入射光束激发的横向场的分布与入射光束的初始场分布和偏振态有关，而纵向场的分布与入射光束的偏振态无关，只决定于入射光束的初始场分布. 关键词： 傍轴传输 单轴左手介质 矢量效应     

双曲色散型单轴左手介质中的折射

研究了横磁波在各向同性右手介质和双曲色散型单轴左手介质界面处波矢和能流的折射。计算发现,当入射角在很大范围内变化时,波矢的折射角和能流的折射角几乎不变。调节光轴角可使波矢折射角和能流折射角随入射角变化不敏感的现象更明显,经分析计算给出光轴角的调节范围。这一现象是由双曲色散型单轴左手介质的各向异性及负的主折射率引起的,可以用来实现光束准直、光束整合、光束压缩以及方便的光束耦合。如果光从双曲色散型单轴左手介质向各向同性右手介质入射,还能实现超棱镜(superprism)现象。计算了横磁波穿越界面时的透过率,证实双曲色散型单轴左手介质可能实现上述应用。     

不对称左手介质平板波导模式特性分析

对不对称左手介质平板波导的几个低阶的TE模和TM模进行了数值计算,得到了模式特征方程,分析了归一化传播常数β/k_0随平板厚度d变化的色散关系,作出了模式的电场E_y(x)分布．在左手介质平板波导中,每一模式都有截止点, TE_0模和TM_0模不出现,在我们给出的特定的介质参数下,TE_1模和TM_1模不能和其他高阶模式共存,其归一化传播常数β/ k_0随k_0d的增加而减小．给出的结果对左手介质元器件的研究有实际的参考意义．     

基于左手介质后向波特性的微带天线小型化研究

基于色散性稳定、频带宽、电尺寸小的左手介质结构单元，设计了一种左手介质和传统介质相结合的微带天线基板结构，利用左手介质的后向波效应对传统介质中传播后的电磁波进行相位补偿，从而实现微带天线小型化设计.理论计算和数值仿真结果表明，工作于4.7 GHz的微带天线的物理尺寸被减小了37.92%，突破了传统微带天线的半波长要求的限制，而小型化的微带天线的增益、带宽等性能方面与传统天线相当，证明了用左手介质小型化微带天线的可行性和实用性.     

左手介质椭圆光波导基模传播特性

在椭圆柱坐标系中,采用分离变量方法,得出了左手介质椭圆光波导本征方程的近似解,通过数值计算,分析了椭圆波导偏心率、左手介质的电容率、磁导率对椭圆光波导基模传播特性的影响,并将左介质光波导与右手介质光波导基模特性进行对比,得出左手介质光波导的基模特性与右手介质光波导基模特性差别不大的结论.     

THz频段单面左手材料的设计及仿真研究

本文运用等效参数提取方法验证了双线螺旋结构在不同频率处不仅能够实现负的磁导率, 而且可以实现负的介电常数. 在电磁波平行和垂直入射到双线螺旋结构表面两种情况下, 发现其负介电常数的形成机理相同. 以往的单面左手材料的研究仅仅局限于微波波段, 通过改进双线螺旋结构, 在THz频段设计出一种新型单面左手材料, 同时利用LC等效电路解释了其设计原理. 一般的左手材料是由刻蚀在基板两侧的电谐振器和磁谐振器组合而成的复合结构, 与这些复合结构相比, 这种新型单面左手材料具有低损耗, 结构简单, 易于加工等优点.     

左手材料与非线性光学材料界面处的内光学双稳态

从理论及数值上研究了左手材料与传统非线性材料界面处的电磁波性质。发现在界面处出现一种新的现象——光学双稳态。入射光强、入射角以及左手材料与非线性材料的磁导率比值强烈的影响光学双稳态的行为。比较了不同的电磁模式对双稳态行为的影响。结果表明在相同的参数下，TE模式比TM模式更容易获得光学双稳态。     

奇妙的左手材料

左手材料最早由前苏联科学家Veselago V G在20世纪60年代从理论上提出来的，是指一种介电常数g和磁导率μ同时为负值的材料．它具有诸如负群速度、负折射率、理想成像、逆Doppler频移、反常Cerenkov辐射等种种奇异的物理性质．经过多年的沉寂之后，近几年在实验上取得了突破性的进展，重新引起了人们的重视，尤其是在2003年，还被Science杂志评为当年十大科技进展之一．文章介绍了左手材料的概念和基本原理，并回顾了这一领域近年来的发展．     

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     

Propagation of Airy beams from right-handed material to left-handed material

Based on the ABCD matrix formalism,the propagation property of an Airy beam from right-handed material(RHM) to left-handed material(LHM) is investigated.The result shows that when the Airy beam propagates in the LHM,the intensity self-bending due to its propagation in the RHM can be compensated.In particular,if the propagation distance in the RHM is equal to that in the LHM and the refractive index of the LHM is n L =-1,the transverse intensity distribution of the Airy beam can return to its original state.     

超声波在液体中相速与群速的测量

简要叙述了相速与群速的定义,并用实验测量了超声波在不同液体中的相速与群速.     

The anomalous radiation force of light on a left-handed material

This paper derives the force of the electromagnetic radiation on left-handed materials (LHMs) by a direct applica-tion of the Lorentz law of classical electrodynamics.The expressions of radiation force are given for TE-polarised and TM-polarised fields.The numerical results demonstrate that electromagnetic waves exert an inverse lateral radiation force on each edge of the beams,that is,the lateral pressure is expansive for TE-polarised beams and compressive for TM-polarised beams.The investigation of the radiation force will provide insights into the fundamental properties of LHMs and will provide to better understanding of the interaction of light with LHMs.     

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     

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.