左手系中的光学现象负折射及其应用.pptVIP

日本“隐身衣” 我国研究情况 单位：复旦大学、同济大学、香港科技大学、中科院物理研究所、南京大学、北京大学、西北工业大学。 国家自然科学基金委将左手材料和负折射效应的研究列入了2005年重点交叉项目指南： 在数理部和工程与材料学部联合的“准相位匹配研究中的若干前沿课题”主题中将“左手材料相关基础性问题研究”列为主要探索内容之一；在数理部和信息科学部联合的“周期和非周期微结构的新光子学特性”主题中将“周期及非周期微结构中在太赫兹、近红外及可见波段的负折射效应研究”列为主要探索内容之一；基金委信息学部将“异向介质理论与应用基础研究”列入2005年重点项目指南，异向介质即是左手材料的另一个名称。 光学频段的负折射 在光子晶体中实现了光学频段的负折射。 光子晶体——折射率周期（波长量级）调制的光学介质。存在光子带隙，类似于电子之于半导体。 光子晶体的负折射——光子晶体在带隙边缘附近的特殊色散关系。 单晶硅背景中六角（又叫三角）排列着圆柱形空气柱。 相邻空气柱之间的距离即为晶格常数a=196.2nm。 单晶硅的介电常数?=11.7，即折射率n=3.42（单晶硅的色散很弱）。 空气柱的半径r=0.39a=76.5nm，即直径d=153.0nm。 在波长为632.8nm的可见光波段有明显负折射 现象。 X Z 光子晶体中正负折射 空气中的正方排列的 介质柱， 介质柱半径r=0.39a， 介电常数?=11.29 光子晶体中正负折射 谢谢。 精品课件资料分享 SL出品 精品课件资料分享 SL出品 精品课件资料分享 SL出品 Diffractive Optics Computing Physics Lab University of Science Technology of China 左手系中的光学现象——负折射及其应用 报告人：李永平 2008.11.17 内容提纲 负折射率的预言 负折射率材料的实现 负折射率材料的特性 反常Cherenkov辐射、反常Doppler效应、反Goos-Hanchen位移、负光压、超级透镜 负折射率材料的应用 光子晶体中的负折射（提及） 负折射率的预言 那么折射率就有正负两个根： 我们习惯上舍弃负根，只保留正根。 什么情况下折射率才取负值？ 定义 带入第三和第四式，得 按照定义，E, H 和单位矢量 成右手系，所以以上两式左边系数必皆为正，即要求折射率n和介电常数 、磁导率 同号。 Veselago在1967年预言了负折射率的存在。 由于在此介质中，电场、磁场和波矢成左手系，所以，负折射率介质又称左手介质，相应地，正折射率介质被称为右手介质。负折射率材料中，能流方向和相速度方向相反。 负折射现象 两点A和B分别在折射率为n1和n2的均匀介质中，到界面的距离分别为a和b，两点沿界面的距离为l，设折射点O与A沿界面方向相距为y。 求AB间光线传播路径即O点位置。 A B O n1 n2 a b l y A B O O θ1 θ2 θ1 θ2 n1 n2 y a b l y A B O θ1 θ2 n1 n2 y a b l A B O θ1 θ2 n1 n2 a b l y 负折射材料的研制 2001年加州大学的David Smith等人根据Pendry等人的建议，利用以铜为主的复合材料首次制造出在微波波段具有负介电常数、负磁导率的物质，并观察到了其中的反常折射定律。 负的介电常数可以由长金属导线阵列（the array of long metallic wires，ALMWs）这种结构获得。 负的磁导率可以由微型金属共振器，比如具有高磁化率的开口环形共振器（the split ring resonators ，SRRs）来获得 。 实验制得的左手材料结构 左手材料的研制被《科学》杂志评为2003年度 全球十大科学进展。 实验观测负折射 超音速 在真空中，匀速运动的带电粒子不会辐射电磁波。 在介质中，当带电粒子匀速运动时会在其周围引起诱导电流，从而在其路径上形成一系列次波源，分别发出次波。 当粒子速度超过介质中光速时，这些次波互相干涉，从而辐射出电磁场，称为Cherenkov辐射。 负折射率介质中的反常Cherenkov辐射 A B C 冲击波波面 右手介质中的冲击波方