電磁波在左手材料中的傳輸特性【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　電磁波在左手材料中的傳輸特性</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 應(yīng)用物理

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘　要</b></p

3、><p>　　【摘要】左手材料就是擁有負(fù)的電解常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率的新型材料，電磁波在這種材料中傳播具有不同尋常的性質(zhì)。為更深的理解左手材料性質(zhì)本文從理論上嚴(yán)格推導(dǎo)了左手材料所具有的奇異性質(zhì)，如負(fù)折射率、逆多普勒效應(yīng)、逆Cerenkov輻射、負(fù)Goos-Hanchen位移和Bragg Regime帶移。以及簡(jiǎn)要介紹這種新型人工材料背景和最近幾年的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】左手材

4、料；負(fù)介電常數(shù)；負(fù)磁導(dǎo)率；研究進(jìn)展</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　【ABSTRACT】Left-handed material is to have a negative electrolysis and negative permeability constants of new materials, electromag

5、netic wave propagation in the material with unusual properties. Left-handed materials for the deeper understanding of the nature of this theory is derived strictly left-handed materials with singular properties, such as

6、negative refraction, inverse Doppler effect, inverse Cerenkov radiation, negative Goos-Hanchen displacement and the Bragg Regime with the shift. And b</p><p>　　【KEYWORDS】Radiation Characteristics of Electrom

7、agnetic waves in a Left-Handed Materia</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　摘　要I</b></p><p>　　AbstractI</p><p><b>　　目　錄II</b></p>

8、;<p><b>　　1引言1</b></p><p>　　1.1基本電磁特性2</p><p>　　2左手材料的奇異特性5</p><p>　　2.1能流的方向和波矢方向相反5</p><p>　　2.2反常折射5</p><p>　　2.3逆Doppler效

9、應(yīng)6</p><p>　　2.4反常的Cerenkov效應(yīng)與光壓7</p><p><b>　　3成果及展望8</b></p><p>　　3.1實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展及其成果8</p><p>　　3.2展望結(jié)語(yǔ)10</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b>

10、;</p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　近年來(lái)，人們對(duì)一種名叫左手材料的新興材料表現(xiàn)出很大的興趣。左手材料在一些微波頻段范圍內(nèi)能表現(xiàn)出負(fù)折射率，同時(shí)具有負(fù)的有效電介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。而自然界不存在同時(shí)具有負(fù)折射率和負(fù)磁導(dǎo)率的材料，因此，左手材料是一種人工復(fù)合材料[1]。Ves

11、elago首先在1967年預(yù)言了左手材料存在的可能性，并從麥克斯韋方程組推導(dǎo)并分析了這種材料的一些不同尋常的物理性質(zhì)，如相位和群速度方向相反，逆轉(zhuǎn)斯奈爾定律（負(fù)折射）和逆多普勒頻移等，為此還在前蘇聯(lián)一個(gè)學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表了一篇論文，報(bào)道了他的這些新發(fā)現(xiàn)。這篇論文引起了一位英國(guó)人的關(guān)注，1968年被譯成英文重新發(fā)表在另一個(gè)前蘇聯(lián)物理類(lèi)學(xué)術(shù)刊物上。但幾乎無(wú)人意識(shí)到，材料世界從此翻開(kāi)新的一頁(yè)。</p><p>　　左手材料

12、的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　(1)左手(負(fù)折射率)材料國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1968年Veselago從理論上提出了左手材料的概念。所謂左手材料是指對(duì)電磁波響應(yīng)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，在同一頻段同時(shí)為負(fù)的材料，即電磁波在這種材料中傳播時(shí)它的電場(chǎng)E矢量、磁場(chǎng)B矢量和波矢K服從左手定則，自然界中很少或沒(méi)有這樣的介質(zhì)。在左手材料中，電磁波的群速度和相速度方向相反，導(dǎo)致左手材料中存在反常SneU定律(即負(fù)折射效應(yīng))、反

13、常Cherenkov效應(yīng)和反常Doppler效應(yīng)[3]等一系列與人們熟悉的現(xiàn)象相反的奇特效應(yīng)。2000年Smith利用分裂雙環(huán)諧振器(sRR)結(jié)構(gòu)，首次在微波波段(5Gm)獲得了人工結(jié)構(gòu)的負(fù)折射材料，在正文會(huì)詳細(xì)提到。英國(guó)科學(xué)家Pendry提出了利用負(fù)折射材料實(shí)現(xiàn)“超透鏡”的設(shè)想，進(jìn)一步激發(fā)了對(duì)負(fù)折射率材料研究的興趣。2003年12月19日美國(guó)《科學(xué)》雜志將左手材料列為當(dāng)年的十大科技進(jìn)展之一[4]。近幾年取得重要的進(jìn)展，概括起來(lái)有以下兩

14、個(gè)方面：1)負(fù)折射率材料的研究①沿著Pcnary的SRR思路，設(shè)計(jì)不同的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，以提高負(fù)折射的頻率范圍。利用電磁波與微結(jié)構(gòu)金屬環(huán)路形成共振，實(shí)現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率，以英國(guó)Imperi</p><p><b>　　基本電磁特性</b></p><p>　　電磁場(chǎng)的理論研究的里程碑進(jìn)程，是英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋在19世紀(jì)建立的描述電磁場(chǎng)的基本方程組, 1845年，關(guān)于電

15、磁現(xiàn)象的三個(gè)最基本的實(shí)驗(yàn)定律：庫(kù)侖定律（1785年），安培—畢奧—薩伐爾定律（1820年），法拉第定律（1831-1845年）已被總結(jié)出來(lái)，法拉第的“電力線”和“磁力線”概念已發(fā)展成“電磁場(chǎng)概念”。場(chǎng)概念的產(chǎn)生，也有麥克斯韋的一份功勞，這是當(dāng)時(shí)物理學(xué)中一個(gè)偉大的創(chuàng)舉，因?yàn)檎菆?chǎng)概念的出現(xiàn)，使當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家得以從牛頓“超距觀念”的束縛中擺脫出來(lái)，普遍地接受了電磁作用和引力作用都是“近距作用”的思想。1855年至1865年，麥克斯韋在全面

16、地審視了庫(kù)侖定律、安培—畢奧—薩伐爾定律和法拉第定律的基礎(chǔ)上，把數(shù)學(xué)分析方法帶進(jìn)了電磁學(xué)的研究領(lǐng)域，由此導(dǎo)致麥克斯韋電磁理論的誕生。</p><p>　　方程組的微分形式，通常稱(chēng)為麥克斯韋方程。 在麥克斯韋方程組中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)已經(jīng)成為一個(gè)不可分割的整體。該方程組系統(tǒng)而完整地概括了電磁場(chǎng)的基本規(guī)律，并預(yù)言了電磁波的存在。 麥克斯韋提出的渦旋電場(chǎng)和位移電流假說(shuō)的核心思想是：變化的磁場(chǎng)可以激發(fā)渦旋電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)可以激

17、發(fā)渦旋磁場(chǎng)；電場(chǎng)和磁場(chǎng)不是彼此孤立的，它們相互聯(lián)系、相互激發(fā)組成一個(gè)統(tǒng)一的電磁場(chǎng)。麥克斯韋進(jìn)一步將電場(chǎng)和磁場(chǎng)的所有規(guī)律綜合起來(lái)，建立了完整的電磁場(chǎng)理論體系。這個(gè)電磁場(chǎng)理論體系的核心就是麥克斯韋方程組。</p><p>　　在經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)中，對(duì)于無(wú)損耗、各向同性、空間均勻介質(zhì)的自由空間，Maxwell方程組為： </p><p><b>　　(1)</b><

18、;/p><p><b>　　(2)</b></p><p><b>　　(3)</b></p><p><b>　　(4)</b></p><p>　　，（本文中的▽表示取函數(shù)梯度的算子）</p><p>　?。?）描述了電場(chǎng)的性質(zhì)。在一般情況下，電場(chǎng)可以是

19、庫(kù)侖電場(chǎng)也可以是變化磁場(chǎng)激發(fā)的感應(yīng)電場(chǎng)，而感應(yīng)電場(chǎng)是渦旋場(chǎng)，它的電位移線是閉合的，對(duì)封閉曲面的通量無(wú)貢獻(xiàn)。（2）描述了磁場(chǎng)的性質(zhì)。磁場(chǎng)可以由傳導(dǎo)電流激發(fā)，也可以由變化電場(chǎng)的位移電流所激發(fā)，它們的磁場(chǎng)都是渦旋場(chǎng)，磁感應(yīng)線都是閉合線，對(duì)封閉曲面的通量無(wú)貢獻(xiàn)。（3）描述了變化的磁場(chǎng)激發(fā)電場(chǎng)的規(guī)律。（4）描述了變化的電場(chǎng)激發(fā)磁場(chǎng)的規(guī)律。經(jīng)典場(chǎng)論是19世紀(jì)后期麥克斯韋在總結(jié)電磁學(xué)三大實(shí)驗(yàn)定律并把它與力學(xué)模型進(jìn)行類(lèi)比的基礎(chǔ)上創(chuàng)立起來(lái)的。但麥克斯韋的

20、主要功績(jī)恰恰是他能夠跳出經(jīng)典力學(xué)框架的束縛：在物理上以"場(chǎng)"而不是以"力"作為基本的研究對(duì)象，在數(shù)學(xué)上引入了有別于經(jīng)典數(shù)學(xué)的矢量偏微分運(yùn)算符。這兩條是發(fā)現(xiàn)電磁波方程的基礎(chǔ)。這就是說(shuō)，實(shí)際上麥克斯韋的工作已經(jīng)沖破經(jīng)典物理學(xué)和經(jīng)典數(shù)學(xué)的框架，只是由于當(dāng)時(shí)的歷史條件，人們?nèi)匀恢荒軓呐ｎD的經(jīng)典數(shù)學(xué)和力學(xué)的框架去理解電磁場(chǎng)理論?，F(xiàn)代數(shù)學(xué)，H空間中的數(shù)學(xué)分析是在19世紀(jì)與20世紀(jì)之交的時(shí)候才出現(xiàn)的。而量子力學(xué)

21、的物質(zhì)波的概念則在更晚的時(shí)候才被發(fā)現(xiàn)，特別是對(duì)于現(xiàn)代數(shù)學(xué)與量子物理學(xué)之間的不可分割的數(shù)理邏輯聯(lián)系至今也還沒(méi)有完全</p><p>　　正玄時(shí)變電磁波的波動(dòng)方程為：</p><p><b>　　(5)</b></p><p><b>　　(6)</b></p><p><b>　　；

22、</b></p><p>　　其中 n代表折射率，C是真空中光速。自然界中物質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率一般都與電磁波頻率有關(guān)，如果不考慮任何能量的損耗，在正常的介質(zhì)中，介電常數(shù)和磁導(dǎo)率以及折射率在大多數(shù)情況下都為正數(shù)，此時(shí)方程(5)有波動(dòng)解，電磁波能在其中傳播。對(duì)于無(wú)損耗、各向同性、空間均勻的介質(zhì)，由Maxwell方組能推出平面單色電磁波方程為：</p><p><b>　

23、　(7)</b></p><p><b>　　以及</b></p><p><b>　　(8)</b></p><p><b>　　(9)</b></p><p>　　磁波是橫波，波的相位傳播矢量K和電矢量E和磁矢量H相互垂直，并且K、E、H之間滿(mǎn)足右手螺旋關(guān)系。這

24、種常規(guī)的介質(zhì)就被稱(chēng)為“右手材料”(Right—Handed Materials)。</p><p>　　如果介質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率兩者之間一個(gè)為正數(shù)而另一個(gè)為負(fù)數(shù)，則K <0，即方程(1)無(wú)波動(dòng)解，電磁波不能在其中傳播。</p><p>　　如果介質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都小于零，方程(1)有波動(dòng)解，電磁波能在其中傳播。顯然K、E、H之間不再滿(mǎn)足右手螺旋關(guān)系而是滿(mǎn)足左手螺旋關(guān)系[6]。如

25、圖1表示，這種介質(zhì)就被稱(chēng)為“左手材料”(Left—Handed Materials)</p><p><b>　　左手材料的奇異特性</b></p><p>　　能流的方向和波矢方向相反</p><p>　　電磁波能流的方向即群速的方向，取決于玻印廷矢量S的方向，在正常材料中S和K(它的方向代表電磁波相速的方向)總是相同的，即相速和群速方向是一

26、致的．而玻印廷矢量S</p><p><b>　　(10)</b></p><p>　　即E、H、S始終構(gòu)成右手螺旋關(guān)系。但在左手材料中，S和K這兩個(gè)方向卻正好相反，因此左手材料叉被稱(chēng)為“負(fù)群速度(Negative group velocity)材料”。如圖1所示。由于左手材料中k和S的方向相反[7]。K取負(fù)值。K為負(fù)數(shù)，介質(zhì)的折射率n也為負(fù)數(shù)，所以這種介質(zhì)也被稱(chēng)為“

27、負(fù)折射率物質(zhì)”(Negative Index of Refraction Material)。</p><p><b>　　反常折射</b></p><p>　　在左手材料中，電磁波的相速度和群速度方向相反，從而呈現(xiàn)出許多新穎的光學(xué)特性。電磁波從常規(guī)介質(zhì)射向左手介質(zhì)時(shí)，在界面處滿(mǎn)足Maxwell方程的邊界條件，折射光仍然滿(mǎn)足Snell定律</p><

28、;p><b>　　(11)</b></p><p><b>　　又因?yàn)?</b></p><p><b>　　(12)</b></p><p>　　所以 2應(yīng)取負(fù)角度，因此折射光偏折方向會(huì)與入射光在法線的同側(cè)。如圖2(a)所示。根據(jù)左手材料這個(gè)特性，人們?cè)O(shè)想出理想的透鏡如圖2(b)以左手材料為

29、材質(zhì)制作的凸透鏡或凹透鏡，分別會(huì)表現(xiàn)出散光或聚光的效果。(c)平板狀的左手材料，會(huì)有類(lèi)似一般凸透鏡的聚光效果。</p><p>　　負(fù)折射介質(zhì)的一個(gè)重要應(yīng)用是透鏡成像[8]。理論和實(shí)驗(yàn)均表明，所制備的準(zhǔn)晶光子平板結(jié)構(gòu)確實(shí)能夠?qū)狞c(diǎn)光源發(fā)出的電磁波起會(huì)聚和成像作用。而且，所成的像可在近場(chǎng)區(qū)域之外，像距隨物距的增大而線性增大，這些特征和一個(gè)理想的折射率為-1的介質(zhì)平板的折射和成像行為十分吻合，充分表明了所制備的準(zhǔn)晶光

30、子結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的負(fù)折射性質(zhì)。由于所用的電介質(zhì)材料無(wú)吸收，可以預(yù)計(jì)，所研究的結(jié)構(gòu)可以直截了當(dāng)?shù)赝茝V到更加感興趣的可見(jiàn)光和紅外波段區(qū)域。上述的結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在6月24日的Physical Review Letters 上 [Vol. 94, 247402, 2005]。</p><p>　　從圖中我們可以大致看出，當(dāng)光線經(jīng)過(guò)材料時(shí)，光線不是直接穿透而過(guò)的，而是從它的周?chē)@行而過(guò)，視覺(jué)上會(huì)讓人感覺(jué)不到或者說(shuō)看不見(jiàn)它的存在

31、一般。</p><p>　　目前，研究人員正在深入探索這些準(zhǔn)晶光子結(jié)構(gòu)出現(xiàn)負(fù)折射效應(yīng)的深層次的物理根源。視覺(jué)隱身的原理實(shí)際上是引導(dǎo)光波等“轉(zhuǎn)向”，或者是說(shuō)引導(dǎo)光波“彎曲”。人之所以能看到物體，是因?yàn)槲矬w阻擋了光波通過(guò)，如果有一種材料涂在物體表面，能引著被物體阻擋的光波“繞著走”，那么光線就似乎沒(méi)有受到任何阻擋，在觀察者看來(lái)，物體就似乎變得“不存在”了，就好像電影《哈里波特》中的魔法，物體在被這種材料“罩住”后，沒(méi)

32、有人能夠看見(jiàn)它，就好像不在同一個(gè)時(shí)空一樣。</p><p>　　逆Doppler效應(yīng)</p><p>　　多普勒效應(yīng)指出，波在波源移向觀察者時(shí)接收頻率變高，而在波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)接收頻率變低。當(dāng)觀察者移動(dòng)時(shí)也能得到同樣的結(jié)論。但是由于缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)備，多普勒當(dāng)時(shí)沒(méi)有用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、幾年后有人請(qǐng)一隊(duì)小號(hào)手在平板車(chē)上演奏，再請(qǐng)訓(xùn)練有素的音樂(lè)家用耳朵來(lái)辨別音調(diào)的變化，以驗(yàn)證該效應(yīng)。假設(shè)原有波源的波長(zhǎng)為λ，

33、波速為c，觀察者移動(dòng)速度為v：</p><p>　　當(dāng)觀察者走近波源時(shí)觀察到的波源頻率為（v+c）/λ，如果觀察者遠(yuǎn)離波源，則觀察到的波源頻率為（v-c）/λ。</p><p>　　若光源發(fā)出頻率ω0的光，而偵測(cè)器以速度 接近光源時(shí)，在一般介質(zhì)之中偵測(cè)器所接收到的電磁波頻率將比ω0高，而在左手材料中，，因?yàn)槟芰總鞑サ姆较蚝拖辔粋鞑サ姆较蛘孟喾矗匀绻呦嘞蚨?，觀察者接收到的頻率會(huì)降

34、低，則會(huì)收到比ω0低的頻率，反之則會(huì)升高，從而出現(xiàn)逆Doppler頻。見(jiàn)圖3</p><p>　　反常的Cerenkov效應(yīng)與光壓</p><p>　　在左手材料中，相速與群速方向正好相反的另個(gè)推論就是反常Cerenkov輻射[2]。</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)不輻射電磁波。因?yàn)檩椛漤?xiàng)中總有速度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，即加速度。加速度為零時(shí)，輻射為零。

35、電子輻射場(chǎng)的計(jì)算公式是通過(guò)電子場(chǎng)的級(jí)數(shù)分解得到的，其中輻射最主要的項(xiàng)是偶極輻射項(xiàng)，它與加速度成正比，那么輻射能量就與加速度的平方成正比。電子做圓周運(yùn)動(dòng)是加速運(yùn)動(dòng)，也符合上述情況。</p><p>　　勻速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子不產(chǎn)生輻射電磁波，而當(dāng)帶電粒子在介質(zhì)中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)在其周?chē)鹫T導(dǎo)電流，從而在其路徑上形成一系列次波源，分別發(fā)出次波。當(dāng)粒子速度超過(guò)介質(zhì)中光速時(shí)，這些次波互相干涉，從而輻射出電磁波，稱(chēng)為Cerenk

36、ov輻射。在Cerenkov輻射效應(yīng)中，干涉后形成的波前，即等相面是一個(gè)錐面。電磁波能量沿此錐面的法線方向輻射出去，是向前輻射的，形成一個(gè)向后的錐角，即能量輻射的方向與粒子運(yùn)動(dòng)方向夾角θ，θ滿(mǎn)足下式：</p><p>　　cosθ=c/nv （13）</p><p>　　其中v是粒子運(yùn)動(dòng)的速度，而在負(fù)群速度介質(zhì)中，能量的傳播方向與相速相

37、反，因而輻射將背向粒子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)出，輻射方向形成一個(gè)向前的錐角。電磁輻射對(duì)反射體造成的光壓，在左手材料形成對(duì)反射體的拉曳力(負(fù)光壓)，而不是如在一般介質(zhì)中的壓力。見(jiàn)圖4</p><p><b>　　成果及展望</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展及其成果</p><p>　　1996到1999年間，J.B.Pendry等相繼構(gòu)造出了周期性

38、排列的細(xì)金屬棒陣列和金屬諧振環(huán)組成的人造媒介，其等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率在微波段分別為負(fù)。D.R.Smith等根據(jù)其模型將金屬棒陣列和金屬諧振環(huán)有規(guī)律的排列在一起，制成了世界上第一塊等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率都為負(fù)的人造媒介－左手材料，其頻譜范圍在4.2GHz－4.6GHz，如下圖所示。2001年Smitli等物理學(xué)家，實(shí)現(xiàn)了這種構(gòu)想。研制出左手材料，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察列微波的負(fù)忻射現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖l—5－1所示，實(shí)線和虛線分別代表左手材料

39、和同樣形狀的聚氟乙烯。首次在實(shí)驗(yàn)上證明了左手材料的存在如圖1-5-4。</p><p>　　自D.R.Smith證明了左手材料的存在，左手材料迅速成為電磁學(xué)領(lǐng)域乃至整個(gè)物理學(xué)界的研究熱點(diǎn)，但引發(fā)的爭(zhēng)論不斷。直到C.G.Parazzoli等通過(guò)空間中測(cè)量左手材料棱鏡的折射現(xiàn)象證實(shí)了Smith結(jié)構(gòu)左手材料的負(fù)折射率特性，A.A.Houck和冉立新等分別在平板波導(dǎo)中成功的復(fù)制了R.A.Shelby的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，浙江大學(xué)的

40、研究人員還實(shí)現(xiàn)了高斯波束位移實(shí)驗(yàn)、T型波導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、等效參數(shù)提取實(shí)驗(yàn)等，進(jìn)一步驗(yàn)證了左手材料的負(fù)折射率特性[10]，越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展都充分表明左手材料是確實(shí)存在的，有關(guān)的是否存在的爭(zhēng)議已經(jīng)結(jié)束。</p><p>　　近幾年，左手材料在實(shí)驗(yàn)上取得了突破，在多個(gè)波段（微波、毫米波、太赫茲、光波等）進(jìn)行了研究。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，K.Li等通過(guò)優(yōu)化Smith結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)出了損耗系數(shù)只有負(fù)1.2dB/cm的左手材料。在實(shí)現(xiàn)形式

41、方面，目前大部分樣品是由印有金屬的電路板排列成蜂窩狀或者中空的層狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)易碎不實(shí)用，遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到介質(zhì)的要求。浙江大學(xué)的研究人員采用熱壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全固態(tài)左手材料，通過(guò)增加周期單元之間的耦合程度，設(shè)計(jì)出了雙S結(jié)構(gòu)左手材料，其帶寬達(dá)到37.5%。D.X.Wang等提出了單邊S結(jié)構(gòu)左手材料。在均勻性方面，Y.Guo等設(shè)計(jì)了二十四分之一波長(zhǎng)尺度的左手材料結(jié)構(gòu)。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面，R.A.Shelby等

42、提出了棱鏡折射實(shí)驗(yàn)裝置，在平行板波導(dǎo)中通過(guò)實(shí)驗(yàn)在X波段首次觀察到了負(fù)折射現(xiàn)象。C.Caloz等提出在T形波導(dǎo)中放置45度傾斜面的左手材料，通過(guò)其通帶特性的S參數(shù)可以驗(yàn)證左手材料的負(fù)折射特性。C.G.Parazzoli等將左手材料放置在開(kāi)放空間中進(jìn)行測(cè)量，采用喇叭口天線發(fā)射和接收電磁波信號(hào)，通過(guò)棱鏡折射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了折射現(xiàn)象。A.A.Houck等構(gòu)造了能夠在兩維方向上測(cè)量電磁波平面分布狀況的實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)量到左手材料前后一個(gè)區(qū)域內(nèi)的電磁波束的能

43、量分布狀況，通過(guò)棱鏡折射實(shí)驗(yàn)觀察到了明顯的負(fù)折射波束和一個(gè)點(diǎn)源透過(guò)左手材料平板后的能量匯聚的現(xiàn)象，證明了左手材料平板聚焦的可能性。K.Aydin等從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了自由空間中左手材料的反射特性。</p><p>　　值得一提的是，浙江大學(xué)研究人員提出高斯波束位移實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了C.Caloz等提出的T型波導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。A.N.Lagarkov等提出了近似完美透鏡實(shí)驗(yàn)，采用J.D.Baena等提出的單層螺旋狀Smith結(jié)構(gòu)左手材

44、料對(duì)兩個(gè)天線進(jìn)行聚焦實(shí)驗(yàn)，在小于一個(gè)波長(zhǎng)的尺度內(nèi)分辨出了兩個(gè)天線的像。</p><p>　　在研究成果的應(yīng)用上，M.C.KWiltshire等指出瑞士環(huán)結(jié)構(gòu)左手材料特別適合射頻微波器件的應(yīng)用?；谧笫植牧洗嬖谡凵渎式咏诹愕念l段，可以提高天線的定向輻射能力。如將全向天線放在均勻左手材料中，在折射率接近于零的頻率天線輻射的電磁波束在進(jìn)入空氣中后將沿法線方向折射，使得天線具有很強(qiáng)的定向輻射能力。R.W.Ziolkow

45、ski等發(fā)現(xiàn)基于左手材料的相位補(bǔ)償原理可以改變天線的匹配負(fù)載，提高天線輻射效率，而且通過(guò)很薄的左手材料將小天線包圍起來(lái)，使小天線的輻射阻抗由容性向感性轉(zhuǎn)變，這相當(dāng)于天線和空間之間增加匹配網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可以增大天線的輻射效率并減小阻抗。N.Engteta等提出超薄諧振腔的設(shè)計(jì)，指出由左手材料和常規(guī)介質(zhì)構(gòu)成的諧振腔，其諧振頻率只與兩種介質(zhì)的厚度比有關(guān)，與總厚度無(wú)關(guān)[9]。由此可實(shí)現(xiàn)尺度遠(yuǎn)小于一個(gè)波長(zhǎng)的超薄諧振器。其還基于二維平面左手材

46、料在某些頻段內(nèi)會(huì)出現(xiàn)高阻抗表面的特性，提出一種對(duì)電磁波有較強(qiáng)吸收的超薄材料設(shè)計(jì)思路[11]。A.Alu等提出亞波長(zhǎng)左手材料漏波天線。</p><p>　　C.Y.Cheng等提出了色散補(bǔ)償特性，復(fù)合左右手傳輸線的部分補(bǔ)償特性已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，實(shí)現(xiàn)全部色散特性的補(bǔ)償也是可能的。復(fù)合左右手傳輸線應(yīng)用的研究也很多，基于復(fù)合左右手傳輸線的寬頻帶Wilkinson巴倫、裂縫環(huán)諧振器、互補(bǔ)性裂縫環(huán)諧振器以及其構(gòu)成的帶通濾波器、

47、寬頻帶帶通選擇濾波器、E類(lèi)功效、超帶寬微型濾波器、漏波天線、微型貼片天線、T型功分器、移相器、數(shù)字QPSK接收機(jī)、共面波導(dǎo)器件、寬頻帶微型3dB耦合器、任意耦合度的耦合器、同軸波導(dǎo)、高效率諧波發(fā)生器等也得到了深入的研究[12]。</p><p>　　M.Maksimovic等發(fā)現(xiàn)光子晶體能夠改善普朗克源的發(fā)射和吸收性能，這在提高濾波器的性能方面很有價(jià)值【13】。一些研究人員發(fā)現(xiàn)嵌入式一維光子晶體[14][15]的

48、分形或周期性的無(wú)源濾波器，其性能得到改善。Z.Jaksic等人利用光子晶體提出了有源光學(xué)濾波器[16]。J.Garcia等提出了超寬帶濾波器、單片波導(dǎo)濾波器、高指向性天線、TEM波導(dǎo)等。</p><p><b>　　展望結(jié)語(yǔ)</b></p><p>　　自smith于2001年首次在實(shí)驗(yàn)室成功證明了左手材料的存在以來(lái)。此后的十年里，成果不斷[17][18]。其最誘人的

49、前景在于源于它的制造實(shí)現(xiàn)。2004年２月，俄羅斯莫斯科理論與應(yīng)用電磁學(xué)研究所的物理學(xué)家宣布他們研制成功一種具有超級(jí)分辨率的鏡片。事實(shí)上，負(fù)折射的前景已經(jīng)使得物理學(xué)家重新檢驗(yàn)了整個(gè)電磁理論，一些基本的光學(xué)現(xiàn)象在負(fù)折射物質(zhì)出現(xiàn)后又有了意想不到的新變化。</p><p>　　盡管將左手材料從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化成實(shí)用技術(shù)乃困難重重，還有很長(zhǎng)的路要走。最需要克服的還是左手材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本的控制上。不過(guò)，活躍在這個(gè)領(lǐng)域的世界

50、知名的高校以及實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)，正不遺余力的接受這些挑戰(zhàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　張世鴻，陳良，徐彬彬，鄧龍江，電子技術(shù)大學(xué)，微電子與固體電子學(xué)院，四川，成都。中圖分類(lèi)號(hào)：TM27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-9731（2006）01-0001.</p><p>　　郭光燦，夏云杰，氣體Ce

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56、ials(特異材料)與光子晶體材料 張冶文,四川大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),第S1期,2005.</p><p>　　超材料(metamaterials)在電子元件中的應(yīng)用 周濟(jì),電子元件與材料,第9期,2008.</p><p>　　左手介質(zhì)材料的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景（續(xù)） 李守衛(wèi)，張保民，王衛(wèi)清,電子材料與電子技術(shù),第4期,2006.</p><p>　　左手介