左手材料-負(fù)折射率材料(已修改)
2025-05-31 07:34 本頁(yè)面
【正文】 左手材料 (LeftHanded Metamaterials)及負(fù)折射率的研究進(jìn)展 左手材料 （ LHM） 與負(fù)折射率 在經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)中 ， 介質(zhì)的電磁性質(zhì)可以用介電常數(shù) ε和磁導(dǎo)率 μ 兩個(gè)宏觀參數(shù)來(lái)描述 。 正弦時(shí)變電磁場(chǎng)的波動(dòng)方程 （ Helmholtz方程 ） 為： （ 1） 其中 2E k E 0??2▽2 2 2 r 0 r 0k ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2B k B 0??2▽?自然界中物質(zhì)的 μ和 ε一般都與電磁波頻率有關(guān) ， 并且在 大多數(shù)情況下都為正數(shù) ， 此時(shí)方程 (1)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方程組能推出 可見(jiàn) ， 、 、 之間滿足右手螺旋關(guān)系 。 kE H?如果介質(zhì)的 μ和 ε都小于零 ， 方程 (1)有波動(dòng)解 ， 電磁波能在其中傳播 。 但是 、 、 之間不再滿足右手螺旋關(guān)系而是滿足左手螺旋關(guān)系 。 這種介質(zhì)就被稱(chēng)為 “ 左手材料 ” （ LeftHanded Metamaterials) 通常的介質(zhì)就被稱(chēng)為 “ 右手材料 ” (RightHanded Materials) kHE? ? ? ? ?k H E? ? ? ?k E H 0??kE 0??kH?如果介質(zhì)的 μ和 ε兩者之間一個(gè)為正數(shù)而另一個(gè)為負(fù)數(shù) ， 則 k20， k無(wú)實(shí)數(shù)解；即方程 (1)無(wú)波動(dòng)解 ， 電磁波不能在其中傳播 。 S E H k S E H k 右手材料 ( ? 0, ? 0) 左手材料 ( ? 0, ? 0) (a) (b) 右手材料 左手材料Fig 1. 電磁波在 (a) 一般材料與 (b) 左手材料中之電場(chǎng) 、 磁場(chǎng) 、 波向量與能量流密度方向之間的向量關(guān)系 。 由于電磁波能流的方向取決于玻印廷矢量 S的方向 ，而 ， 即 、 、 始終構(gòu)成右手螺旋關(guān)系 。 因此在左手材料中 ， （ 它的方向代表電磁波相速的方向 ） 和 的方向相反 。 為負(fù)數(shù) ， 介質(zhì)的折射率 也為負(fù)數(shù) ， 所以這種介質(zhì)也被稱(chēng)為 “ 負(fù)折射率物質(zhì) ”（ Negetive Index of Refraction Material) 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 。 k ? ?? ?? c ckn v?? ?S E H?? E SHSk?折射光仍然滿足 Snell定律 (c) 左手材料 左手材料(b) 左手材料 左手材料 左手材料
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