負(fù)折射率介質(zhì)中的異常折射現(xiàn)象及其波導(dǎo)理論.pdf

1、電磁波在介質(zhì)中的傳播行為是由介電常數(shù)ε(permittivity)與磁導(dǎo)率μ(permeability)來決定的。假如考慮沒有能量損失的特殊情形，也就是考慮n、ε、μ都為正實(shí)數(shù)的情況時(shí)，可發(fā)現(xiàn)在ε與μ同時(shí)變號(hào)的條件下，色散關(guān)系和折射率是不會(huì)發(fā)生變化的。1968年V.G.Veselaga立刻對(duì)這樣的結(jié)果作出推論：其一，我們可以假設(shè)當(dāng)ε和μ同時(shí)變號(hào)時(shí)物質(zhì)的性質(zhì)不受改變；其二，或許ε和μ同時(shí)為負(fù)值這種物理現(xiàn)象可能抵觸某些基本的物理定律，使得沒

2、有一種物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)能同時(shí)滿足ε＜0和μ＜0；其三，具有ε和μ同時(shí)為負(fù)值得物質(zhì)應(yīng)具有一些特別的基本性質(zhì)。 到目前為止，還沒有發(fā)現(xiàn)天然的ε和μ同時(shí)為負(fù)值的材料(即左手系材料，英文縮寫為L(zhǎng)HM或NIM。相應(yīng)的普通介質(zhì)稱為右手介質(zhì)，RHM)。這使得V.G.Veselaga的理論長(zhǎng)期處于猜想階段，無人問津。直到1996年，第一個(gè)人工左手系材料的出現(xiàn)才改變這種狀況。至此以后，關(guān)于左手系材料的研究逐漸成為熱門。 本文介紹了LHM介質(zhì)的基

3、本特點(diǎn)；討論了在含有LHM介質(zhì)的各種類型的光波導(dǎo)中可能存在的導(dǎo)波模式，尤其是它在光波導(dǎo)中的特殊角色。由于它的參加使得平常波導(dǎo)中的傳播模式發(fā)生了顯著的變化。 第一，HM-RHM界面上的Snell定律和RHM-RHM界面上的Snell定律不完全相同。入射光的振幅反射率不但和入射角、折射角有關(guān)還和LHM介質(zhì)的磁導(dǎo)率(s情況)、介電常數(shù)(p情況)有關(guān)；在LHM-RHM界面上發(fā)生全反射時(shí)，反射光線的位相躍變不但與兩層介質(zhì)的折射率、入射角、

4、折射角有關(guān)，還和LHM介質(zhì)的磁導(dǎo)率(s情況)、介電常數(shù)(p情況)有關(guān)。具體形式見(2.12)、(2.22)、(2.23)式 第二，在含有LHM介質(zhì)的平面波導(dǎo)中，隨著歸一化頻率的降低(從而入射光頻率降低)，波導(dǎo)中的導(dǎo)模更快的趨于截至；與此同時(shí)，更多的導(dǎo)模逃離芯層，從而芯層中輸運(yùn)的功率很快下降。其曲線形狀和普通波導(dǎo)的情形沒有太大的差別 第三，含有LHM介質(zhì)的波導(dǎo)之間的耦合不僅和波導(dǎo)各自的折射率及其衰減常數(shù)有關(guān)，也和各自的磁導(dǎo)