负折射及其应用隐身衣理论依据.pptxVIP

第1页/共38页负折射率的预言第2页/共38页第3页/共38页第4页/共38页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？第5页/共38页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。第6页/共38页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。第7页/共38页Aan1n2OblB负折射现象y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。第8页/共38页yAyan1θ1θ1n2OOθ2θ2blB第9页/共38页Ayan1θ1n2Oθ2blB第10页/共38页yAan1θ1n2Oθ2blB第11页/共38页负折射材料的研制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 。第12页/共38页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。第13页/共38页实验观测负折射第14页/共38页负折射率介质中的反常Cherenkov辐射超音速在真空中，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。 第15页/共38页冲击波波面右手介质中的冲击波方向CAB左手介质中的冲击波方向第16页/共38页右手介质 左手介质 干涉后形成的波前，即等相面是一个锥面。右手介质中，电磁波的能量沿此锥面的法线方向辐射出去，是向前辐射的，形成一个向后的锥角；而在左手介质中，能量的传播方向与相速度相反，因而辐射将背向粒子的运动方向发出，辐射方向形成一个向前的锥角。 第17页/共38页反常Doppler效应声波的Doppler效应。在正常材料中，波源和观察者如果发生相对移动，会出现Doppler效应：两者相向而行，观察者接收到的频率会升高，反之会降低。但在负群速度材料中正好相反，因为能量传播的方向和相位传播的方向正好相反，所以如果二者相向而行，观察者接收到的频率会降低，反之则会升高，从而出现反常Doppler频移。 第18页/共38页探测器向光源移动：右手介质中，探测到的频率变高；左手介质中，探测到的频率变低。第19页/共38页负光压——光子动量第20页/共38页反Goos-Hanchen位移所谓的Goos-Hanchen位移是指当光波在两种介质的分界面处发生全反射时，反射光束在界面上相对于几何光学预言的位置有一个很小的侧向位移，且该位移沿光波传播的方向。 引起Goos-Hanchen位移的原因是电磁波并非由界面直接反射，而是在深入介质2的同时逐渐被反射，其平均反射面位于穿透深度处。若介质2为左手材料，则该位移沿光波传播反方向，称为反Goos-Hanchen位移.第21页/共38页k1k’1n1i1i’1xi2n2k2z倏逝波由边值条件，折射波的表达式第22页/共38页折射波在X方向（沿界面）仍具有行波的形式，但沿Z方向（纵深方向）按指数急剧衰减。 全反射情况下，光仍然要进入第二介质，这并不违反能量守恒定律。入射波的能量不是在严格的界面上全反射的，而是穿透介质2内一定深度后逐渐反射的。第23页/共38页Goos-Hanchen位移右手介质－右手介质界面 右手介质－左手介质界面第24页/共38页超级透镜（完美透镜）Pendry在2000年提出利用负折射率材料制作“超级透镜”。2000与2001年所发表的关于左手征材料的研究论文数量分别是13篇与17篇，2002年60篇，2003年上升到100篇以上。“超级透镜”成像：1、一块平板就能构成一块透镜；2、所有傅立叶分量全部聚焦；3、能放大倏失波。第25页/共38页频率为ω的偶极子，其辐射场的电场分量