第35卷第1期 曲阜师范大学学报 Vol35 No 1 2009年1月 joumal of Qufu Nomal University J2009 左手材料和负折射 吴闻迪①，王召兵①，吴福全①，李杰斌 ①曲卓师范大学微光研究所。273165曲卓事：②日照市实验高中，276800山东省日照市) 摘要：就上世纪60年代关于其理论预言开始着里介绍了左手材料和负折射现象的基本原理及主要应 用，并结合近几年的研究成果指出在结构设计和理论完善等方面仍需进一步研究. 关键词.左手材料：完美透镜：负折射 中图分类号：0436 文献标识码：A 文章编号：10015337(2009)01-006005 引言 k与频率w的关系为 = (1) 上世纪中叶，人们传统的考虑电动力学知识，一 般视物质的介电常数和磁导率同时为正，或其中的 式中的为均匀介质的折射率，并且 个为负，比如：在气态等离子区，可以有<0心 正=E以 (2 0而另一方面，在铁素体区，可以有>0<0 在(2式中物质的磁导率e和介电常数“同时为负 1968年，前苏联科学家设想并从理论 上推导了4同时为负值的左手物质存在的可能 腻心大中子相自不中 性，并预言了左手物质所具有的特殊性质习.但在 种便是是否有某种物质能够同时满足€<Q<0 之后的30年间，由于自然界中并未寻找到这种物 探究e,μ的关系需依据Mwe昉程 质，对左手材料的研究一度处于停滞阶段.1998年， 英国皇家科学院的Pmd少JB提出了一种利用金属 线和开口紫根环周期性规排列来制作左手材料的 设计思路”，并于2000年提出了利用左手材料制作 ×= 3 完美透镜的理论 .美国加州大学圣迭戈分校的 Sn it D R研究小组在Pendry JB研究理论的基础 B=gH 上，在实验室利用铜线制成的环共振器和线导结构 D=eE 所组成的二维连列中首次观测到了微波的负折射现 对于单色波来说Maw©防程可表示为， 象？，从而重新点燃了人们对左手材料研究的热 情.近几年，关于左手材料及其特征的研究取得了很 【Kx月="H【KX月=-"(4 大的进展.本文着重介绍左手材料和负折射现象的 由上式可看出，通常情况下，当e>04>0时，E 些基本原理及主要应用，以让更过的人了解这 Hk将形成一组右手关系：而当e<0<0时，E 新领域的研究与进展，并参与研究的行列. Hk将形成一组左手关系，因此，飞“同时小于0的 材料被称为左手材料. 2左手材料 对于电磁波能量的传输行为，主要用Pomtg 矢量S表示. 单色波在均匀的各向同性物质中传播，波矢量 作者 1084.- 194-201毛无男97 ，究方：我代光ghts reserved.http://www.cnki.ne
＊收稿日期:2008-04-04 作者简介:吴闻迪, 男, 1984-, 硕士研究生;研究方向:左手材料和新型偏光器件设计.E-mail:wuwendi 200@163.com. 王召兵, 男, 1972-, 博士, 副教授, 硕士生导师;研究方向:现代光学测试和飞秒激光.E-mail:zhaobingwang@yahoo.com.cn. 左手材料和负折射 吴闻迪 ① , 王召兵 ① , 吴福全 ① , 李杰斌 ② (①曲阜师范大学激光研究所, 273165, 曲阜市;②日照市实验高中, 276800, 山东省日照市) 摘要 :就上世纪 60年代关于其理论预言开始, 着重介绍了左手材料和负折射现象的基本原理及主要应 用, 并结合近几年的研究成果, 指出在结构设计和理论完善等方面仍需进一步研究. 关键词:左手材料;完美透镜;负折射 中图分类号:O436 文献标识码:A 文章编号 :1001-5337(2009)01-0060-05 1 引 言 上世纪中叶 ,人们传统的考虑电动力学知识,一 般视物质的介电常数和磁导率同时为正, 或其中的 一个为负,比如:在气态等离子区 ,可以有 ε<0, μ> 0;而另一方面 , 在铁素体区, 可以有 ε>0, μ<0. 1968年 ,前苏联科学家 VeselagoVG设想并从理论 上推导了 ε, μ同时为负值的左手物质存在的可能 性 ,并预言了左手物质所具有的特殊性质 [ 1 -2] .但在 之后的 30年间, 由于自然界中并未寻找到这种物 质 ,对左手材料的研究一度处于停滞阶段 .1998年 , 英国皇家科学院的 PendyJB提出了一种利用金属 线和开口谐振环周期性规则排列来制作左手材料的 设计思路 [ 3] , 并于 2000年提出了利用左手材料制作 完美透镜的理论 [ 4] .美国加州大学圣迭戈分校的 SmithDR研究小组在 PendryJB研究理论的基础 上 ,在实验室利用铜线制成的环共振器和线导结构 所组成的二维阵列中首次观测到了微波的负折射现 象 [ 5] ,从而重新点燃了人们对左手材料研究的热 情 .近几年, 关于左手材料及其特征的研究取得了很 大的进展.本文着重介绍左手材料和负折射现象的 一些基本原理及主要应用 , 以让更过的人了解这一 新领域的研究与进展 ,并参与研究的行列 . 2 左手材料 单色波在均匀的各向同性物质中传播, 波矢量 k与频率 ω的关系为, k 2 = ω 2 c 2 n 2 (1) 式中的 n为均匀介质的折射率,并且 n 2 =εμ (2) 在(2)式中物质的磁 导率 ε和介电常数 μ同时为负 值时 , (1)式 中的各 量之 间的 关系并 不改 变, VeselagoVG对这种结果作出了几种推论 , 其中一 种便是是否有某种物质能够同时满足 ε<0、μ<0. 探究 ε、μ的 关系需依据 Maxwell方程 ×E =- 1 c B t ×H = 1 c D t B =μH D=εE (3) 对于单色波来说, Maxwell方程可表示为 , [ K ×E ] = ω c μH , [ K ×E ] =- ω c μH , (4) 由上式可看出 ,通常情况下, 当 ε>0, μ>0时 , E, H, k将形成一组右手关系;而当 ε<0, μ<0时, E, H, k将形成一组左手关系 ,因此 , ε, μ同时小于 0的 材料被称为左手材料. 对于电磁波能量的传输行为 , 主要用 Poynting 矢量 S表示 . 第 35卷 第 1期 2009年 1月 曲 阜 师 范 大 学 学 报 Journal of Qufu Normal University Vol.35 No.1 Jan.2009
第1期 吴闻迪，等：左手材料和负折射 61 S=金（以H (5) 虑比值2,和，的2个可能的符号.Se定 由上式可见，矢量S总与矢量EH构成右手规则， 因此在右手物质中，矢量§的方向一致而在左 (8 手材料中，矢量S的方向相反.众所周知，矢量 应写为 S分别沿相速度和群速度方向，那么，左手物质应当 是一种具有负群速度的物质，这也是左手材料与普 (Ne,1=(9 通材料的本质区别.由于电磁波在左手材料中传播 这里的YY为两媒介中的相速度，s为不 会具有奇异的负群速，也就产生了一些左手材料特 确定的正负号，玉分别为入射角和折射角.那么 殊的性质，如 左手材料相对于真空的折射率应有<Q 1)逆多普勒效应：在左手材料中，波频率将 随着波源接近接收者而减小. 左手材料的实现 2)逆切伦柯夫辐射效应：切伦柯夫辐射效应 将被粒子的运动方向和辐射发射的方向所形成的锐 1998年Pendry JB提出一种周期性排列且单 角表征. 元尺寸远比波长小的金属开口环结构谐振器 3)负折射现象：即电磁波从真空射入左手材料 (SRR⑤开口环谐振器在收到微波磁场的作用会产 后，入射波和折射波同居法线的一侧.也正是根据这 生感应电流。如磁矩一样加强或抵消原磁场，在谐振 种现象，提出了完美透镜的思路.由于负折射现象是 频率处会出现负磁导率。 现今对左手材料应用研究的一个主要方向，下面介 Hoz 绍一下这种现象的原理 ()=1- w2-w+山下 (10) 当波通过两介质之间的界面时，如图1所示.一 其中，F为谐振器在一个单元的填充因子，为依 边的破导率片和电导率，均大于0另一边的磁导 赖于SR结构的谐振频率，wm为磁等离子领率 率凸和电导率：均小于Q 为损耗因子，当n<w<时，(w州出现负值. 2001年美国加州大学圣迭戈分校的Sm小 组根据Pendry JB的建议.在纤维玻璃板上，利用一 >0、>0 般刻蚀技术结合以铜做的环共振器和导线的结构， 在平面上做成了如图2所示的一组二维矩阵列，使 这个结构在微波波段能够得到介电常数和磁导率同 <0、2<0 时为负他们在实验室中观察到微波在材料内的负 折射现象，从而证明了左手材料的存在， 图】光从常规介质入射左手村样标意图 设对2种媒介使用Mwe防程都将被满足 则有边界条件： E=E,H=H (6) E En E2 E Hy=Hu, (7) 可见E和H沿法线分量E和H,的正负号，在 2E,<05H<0时将与2E1>05%>0时 符号的相对，那么，与2e1>05A>0的情况相 图2首例人工合成的左手材料 对，在左手材料中折射光线将送于轴对称传播.考sh。 All rights reserved hup:/www cnkine
S = c 4π (E ×H ] . (5) 由上式可见 ,矢量 S总与矢量 E, H构成右手规则 , 因此, 在右手物质中 ,矢量 S, k的方向一致, 而在左 手材料中,矢量 S, k的方向相反 .众所周知 ,矢量 k, S分别沿相速度和群速度方向 ,那么,左手物质应当 是一种具有负群速度的物质 ,这也是左手材料与普 通材料的本质区别.由于电磁波在左手材料中传播 会具有奇异的负群速, 也就产生了一些左手材料特 殊的性质,如 1)逆多普勒效应 [ 7] :在左手材料中 , 波频率将 随着波源接近接收者而减小. 2)逆切伦柯夫辐射效应 [ 8] :切伦柯夫辐射效应 将被粒子的运动方向和辐射发射的方向所形成的锐 角表征 . 3)负折射现象:即电磁波从真空射入左手材料 后 ,入射波和折射波同居法线的一侧 .也正是根据这 种现象 ,提出了完美透镜的思路 .由于负折射现象是 现今对左手材料应用研究的一个主要方向 , 下面介 绍一下这种现象的原理. 当波通过两介质之间的界面时, 如图 1所示 .一 边的磁导率 μ1 和电导率 ε1 均大于 0,另一边的磁导 率 μ2 和电导率 ε2 均小于 0. 图 1 光从常规介质入射左手材料示意图 设对 2 种媒介使用 Maxwell方程都将被满足 , 则有边界条件: Et1 =Et2 , Ht1 =Ht2 , (6) ε1 En1 =ε2 En2 , μ1Hn1 =μ2 Hn2 , (7) 可见, E和 H沿法线分量 En2和 Hn2的正负号, 在 ε2 /ε1 <0, μ2 /μ1 <0时将与 ε2 /ε1 >0, μ2 /μ1 >0时 符号的相对 ,那么, 与 ε2 /ε1 >0, μ2 /μ1 >0的情况相 对 ,在左手材料中折射光线将关于 z轴对称传播 .考 虑比值 ε2 /ε1 和 μ2 /μ1 的 2个可能的符号, Snell定 律 sini1 sini2 =n12 = εμ= V1 V2 , (8) 应写为 sini1 sini2 =n1, 2 =sign ε2 ε1 ε2μ2 ε1μ1 = V1 V2 , (9) 这里的 V1 , V2 为两媒介中的相速度 , sign为不 确定的正负号, i1 、i2 分别为入射角和折射角 .那么 左手材料相对于真空的折射率应有 n<0. 3 左手材料的实现 1998年, PendryJB提出一种周期性排列且单 元尺寸远 比波长小 的金属开 口环结构谐 振器 (SRRS), 开口环谐振器在收到微波磁场的作用会产 生感应电流,如磁矩一样加强或抵消原磁场 ,在谐振 频率处会出现负磁导率 , μ(ω)=1 - Fω 2 0 ω 2 -ω 2 m +iωΓ (10) 其中 , F为谐振器在一个单元的填充因子 , ω0 为依 赖于 SRRS结构的谐振频率 , ωm 为磁等离子频率, Г 为损耗因子,当 ωm <ω<ω0 时 , μ(ω)出现负值 . 2001年, 美国加州大学圣迭戈分校的 Smith小 组根据 PendryJB的建议, 在纤维玻璃板上, 利用一 般刻蚀技术,结合以铜做的环共振器和导线的结构, 在平面上做成了如图 2所示的一组二维矩阵列, 使 这个结构在微波波段能够得到介电常数和磁导率同 时为负.他们在实验室中观察到微波在材料内的负 折射现象 ,从而证明了左手材料的存在 . 图 2 首例人工合成的左手材料 第 1期 吴闻迪, 等:左手材料和负折射 61
曲阜师范大学学报自然科学版) 2009年 最析几年，对左手材料的研究主要集中在加如付 其中，k伪波矢量，是光速，为外界进入透镜的偶 实现光学波段的左手材料，并通过光子晶体等结构 极子烦率，入为被长.也就是说，一般透镜的解析度 演示了通过金属结构在光学波段实现负折射的可能 都受限于物体表面辐射源所散射出的消散波的损 性9,2007年，美国加州技术研究所的HeriJLezc 失，其值随着垂直表面的距离作指数衰成，在成保 设计完成了一种如图3所示的金属一绝缘体一金属 时，这些随距离消散的波相位将损失掉，而产生相 (AuSN-Ag AgSjN-A的特别波导结构，并证 差，这也是常规介质透镜无法克服的问题， 明和试验了该设计方式在二维空间中的各向同性材 对于如图4所示的平板左手材料透镜而言依 料中会得到负折射现象.实现光普为蓝绿(514m) 照S定律，所有点波源发散的波都会重新会聚到 光谱区域，这种新的结构突破了左手材料在可见 左手材料介质的另一点。以至于相位不会有部分遗 光波段的实现而且在原理上还可以通过增加波导 失.根据Fen定律可以验证，入射板状结构左手 中心的电介质常数来得到讲一步的发展.被导结构 材料的电磁波对于消散场的衰减可以被抵消掉即 简易也使其具有作为未来在三维空间中实现全角度 电磁波的振幅经过介质后仍能调回原振幅，使得横 负折射的人工材料的建筑模块的潜力. 向波的相位不因振幅衰减而失真，从而突破了一般 透镜成像的极限 Outpu W1 □N 图3在蓝绿波段实现负折射的波导结构 图4点光源入射平板左手材料 4左手材料的应用和完美透镜 现今仍有许多人对完美透镜的实际可行性提出 质疑，例如，完美透镜在理论上要求透镜的厚度要远 2002年，麻省理工学院的孔金瓯教授从理论上 沅小干入射波的波长.日要求入射介面十分平滑， 证明了左手材料存在的合理性"，2000年和2006 在实际操作中不易达到在左手材料中媒介对电磁 年，Pd心JB分别预言了左手材料在制作完美透 波的吸收不可忽略的情况下，会影响消散波的再聚 镜和电磁波隐身上的巨大应用前景，引起了学术 焦均等等因此完美透镜的名字也随之改变改称为 界的震动， 超级透镜(perm.205年，angX等人推号 现今的研究发现左手材料在理论上可以应用 并模拟了利用银膜制作的超级透镜（图5，引起 于高指向性天线、聚焦微波波束，实现超级透镜及电 了学术界的广泛关注，当然该实验结果作了不少理 磁隐身等方面，其巨大的应用前景引发了学术界、产 论上的近以，对于实际操作而言难度较大，但其设 业界以及军方的浓厚兴趣.而关于左手材料的应用 原理对于铝级透镜的发展仍有启发式的作用 最早被预言，现今仍受广泛关注的就是完美透镜的 制作34 一骰会聚透镜的工作原理是将透镜一侧的光源 通过具有一定曲度的材料将光源的图像重新会聚于 透镜的另一侧.根据推导，传统光学透镜因消散波的 指数衰减，分辨率不会优于 ↑↑↑↑↑↑↑ 4心 2匹= (11) 21994-2014 China长dcm巴Joua Electronic Publishing House.A图5h银膜制，作的超级透镜w.cnki.net
最近几年,对左手材料的研究主要集中在如何 实现光学波段的左手材料 , 并通过光子晶体等结构 演示了通过金属结构在光学波段实现负折射的可能 性 [ 9] .2007年 ,美国加州技术研究所的 HenriJLezec 设计完成了一种如图 3所示的金属—绝缘体—金属 (Au-Si3N4 -Ag、Ag-Si3N4-Ag)的特别波导结构, 并证 明和试验了该设计方式在二维空间中的各向同性材 料中会得到负折射现象,实现光谱为蓝绿 (514 nm) 光谱区域 [ 10] .这种新的结构突破了左手材料在可见 光波段的实现,而且在原理上还可以通过增加波导 中心的电介质常数来得到进一步的发展, 波导结构 简易也使其具有作为未来在三维空间中实现全角度 负折射的人工材料的建筑模块的潜力 . 图 3 在蓝绿波段实现负折射的波导结构 4 左手材料的应用和完美透镜 2002年 ,麻省理工学院的孔金瓯教授从理论上 证明了左手材料存在的合理性 [ 11] , 2000年和 2006 年 , PendryJB分别预言了左手材料在制作完美透 镜和电磁波隐身 [ 12] 上的巨大应用前景, 引起了学术 界的震动. 现今的研究发现, 左手材料在理论上可以应用 于高指向性天线 、聚焦微波波束 、实现超级透镜及电 磁隐身等方面,其巨大的应用前景引发了学术界、产 业界以及军方的浓厚兴趣 .而关于左手材料的应用 最早被预言 ,现今仍受广泛关注的就是完美透镜的 制作 [ 13-14] . 一般会聚透镜的工作原理是将透镜一侧的光源 通过具有一定曲度的材料将光源的图像重新会聚于 透镜的另一侧.根据推导, 传统光学透镜因消散波的 指数衰减,分辨率不会优于 Δ≈ 2π kmax = 2πc ω =λ (11) 其中 , k为波矢量, c是光速, ω为外界进入透镜的偶 极子频率 , λ为波长.也就是说, 一般透镜的解析度 都受限于物体表面辐射源所散射出的消散波的损 失, 其值随着垂直表面的距离作指数衰减, 在成像 时, 这些随距离消散的波相位将损失掉, 而产生相 差, 这也是常规介质透镜无法克服的问题. 对于如图 4所示的平板左手材料透镜而言, 依 照 Snell定律, 所有点波源发散的波都会重新会聚到 左手材料介质的另一点, 以至于相位不会有部分遗 失.根据 Fresnel定律可以验证, 入射板状结构左手 材料的电磁波对于消散场的衰减可以被抵消掉, 即 电磁波的振幅经过介质后仍能调回原振幅, 使得横 向波的相位不因振幅衰减而失真 , 从而突破了一般 透镜成像的极限. 图 4 点光源入射平板左手材料 现今仍有许多人对完美透镜的实际可行性提出 质疑 ,例如 ,完美透镜在理论上要求透镜的厚度要远 远小于入射波的波长,且要求入射介面十分平滑 ,这 在实际操作中不易达到;在左手材料中媒介对电磁 波的吸收不可忽略的情况下, 会影响消散波的再聚 焦 [ 15]等等,因此完美透镜的名字也随之改变,改称为 超级透镜(superlens).2005年, ZhangXiang等人推导 并模拟了利用银膜制作的超级透镜 [ 16] (图 5),引起 了学术界的广泛关注 ,当然,该实验结果作了不少理 论上的近似,对于实际操作而言难度较大,但其设计 原理对于超级透镜的发展仍有启发式的作用. 图 5 银膜制作的超级透镜 62 曲阜师范大学学报 (自然科学版) 2009年
第1期 吴闻迪，等：左手村料和负折射 5双折射单轴晶体内的负折射 人工电解质材料之内，其主要的思想来源是Pand时 J关于完美诱镜实现的设计构想和周期性排列的 负折性质是左手材料中的一个特殊性质，长 光子晶体结构设计等，其在应用上的研究也在同步 期以来，常常将负折射物质等同于左手材料现在不 开展，最新的成果就是2006年10月，Snith D R等 应再这么认为了，最近几年的研究表明，负折射同时 人展示的隐身斗篷的雏形训.随着对左手材料研究 也是单轴品体的一种固有属性？ 的深入，人们逐渐认识了一批称之为超材料的新结 负单轴晶体内负折射的产生如图6所示，为简 构，有人预言，左手材料将会对我们的今天的生活产 便起见.图中绘出了e光线（实线）和e光波（虚 生革命式的影响 线)图中为入射角，为光线折射角，伪光波 现今，这项新学科的研究仍处于起步阶段.同时 折射角.由于入、出对介面互相平行，光线、光波出 也伴随着大量的争议，并带来物理学发展的一些新 射品体的角度均等于入射角，因此也用表示图中 的问题，比如说是否可以制作出折射率为一到 晶体光轴与入射界面法线所成的角度用来表示。 之间的物质：折射率在由正转负时，电磁波在传播过 程中发生了什么等等就目前而言，对新结构的实现 和原有结构的优化仍是左手材料发展的主要任务】 参考文献 I 1]Veselgo VG Properties ofMateraHaving Smulancous 图6负单轴品体内光的负折射 y Negative Vabes of the (and the Magneti (Susceptbilit.Sov PhU 196 ().2884 2885 光波的折射率用·表示，那么 21 Vese ago VG The Eectroynmics of Substances with =成0+o50 (12) Up1968(10509514 其中，几具分别为9光得主折射率，0为光波与 I3到Pendry JB HokenA J RobbnsD J et到Manetim fom 晶体光轴所成的锐角，0=P一1 光线与光波之间存在一个离散角.用α表示 TsM11c0 wave Th0DT6b1999(47).20752084 tan 4 Pendry JB NegativeRefmctinMakes a PerfectLen P%Rev Lep2000(85为3966-396 (13) a=i+i ton of a Negative Fdex of Refracton SCINC 那么，负折射产生的机理就是：当入射角的范 2001(292477-79 [6]Seddon N Bearark T Observaton of the Inverse Dopp 围可以使得>时，光波折射角仍为正值。光线 Ect1.CNE20m3(202).1537-1540 跨过法线，折射角表现为负值. I7]Eva J Reed Marn Solncie Miai banescy et a Can 但单轴晶体并不是一种左手材料，因为在任何 menton"(bservaton of the Inverse Dopp er Efiec[ ·个电磁波的波段，它并不具各介电常数和磁导率 SCENCE2004(305,788b 为负值，也就是说左手材料一定具有负折射性质，但 ven G phnsop et a 负折射物质并不一定是左手材料 Cerenkov Radaton in Phoronic Crystal.SCENCE 2003(001.268-271 6结束语 Comlt J.Phys Rev Left2004 (92)12740L 月前东毛材料的实现还集中于周期性排列的sh9He上Ha
5 双折射单轴晶体内的负折射 负折射性质是左手材料中的一个特殊性质 ,长 期以来 ,常常将负折射物质等同于左手材料,现在不 应再这么认为了 ,最近几年的研究表明,负折射同时 也是单轴晶体的一种固有属性 [ 17-20] . 负单轴晶体内负折射的产生如图 6所示 , 为简 便起见, 图中绘出了 e光线 (实线 )和 e光波 (虚 线 ).图中 i为入射角 , is为 e光线折射角 , i′为 e光波 折射角 .由于入、出射介面互相平行 , e光线、光波出 射晶体的角度均等于入射角, 因此也用 i表示, 图中 晶体光轴与入射界面法线所成的角度用 φ来表示. 图 6 负单轴晶体内 e光的负折射 e光波的折射率用 n′e表示 ,那么 n′e = n 2 on 2 e n 2 osin 2 θ+n 2 ecos 2 θ (12) 其中, no, ne分别为 o, e光得主折射率, θ为 e光波与 晶体光轴所成的锐角 , θ=φ-i′. e光线与 e光波之间存在一个离散角,用 α表示, tanα= 1 - n 2 o n 2 e tanθ 1 + n 2 o n 2 e tan 2θ α=i′+is (13) 那么 ,负折射产生的机理就是 :当入射角的范 围可以使得 α>i′时, e光波折射角仍为正值, e光线 跨过法线,折射角表现为负值. 但单轴晶体并不是一种左手材料 ,因为在任何 一个电磁波的波段, 它并不具备介电常数和磁导率 为负值 ,也就是说左手材料一定具有负折射性质,但 负折射物质并不一定是左手材料. 6 结束语 目前, 左手材料的实现还集中于周期性排列的 人工电解质材料之内, 其主要的思想来源是 Pandry JB关于完美透镜实现的设计构想和周期性排列的 光子晶体结构设计等 ,其在应用上的研究也在同步 开展 ,最新的成果就是 2006年 10月 , SmithDR等 人展示的隐身斗篷的雏形 [ 21] .随着对左手材料研究 的深入,人们逐渐认识了一批称之为超材料的新结 构, 有人预言, 左手材料将会对我们的今天的生活产 生革命式的影响. 现今 ,这项新学科的研究仍处于起步阶段,同时 也伴随着大量的争议 ,并带来物理学发展的一些新 的问题,比如说是否可以制作出折射率为 -1到 1 之间的物质;折射率在由正转负时 ,电磁波在传播过 程中发生了什么等等,就目前而言 ,对新结构的实现 和原有结构的优化仍是左手材料发展的主要任务 . 参考文献 : [ 1] VeselagoVG.PropertiesofMaterialsHavingSimultaneouslyNegativeValuesoftheDielectric(ε)andtheMagnetic (μ)Susceptibilities[ J] .SovPhysUsp, 1967, (8):2884- 2885. [ 2] VeselagoVG.TheElectrodynamicsofSubstanceswith SimultaneouslyNegativeValuesofεandμ[ J] .SovPhys Usp, 1968, (10):509-514. [ 3] PendryJB, HoldenAJ, RobbinsDJ, etal.Magnetismfrom conductorsandenhancednonlinearphenomena[ J] .IEEE TransMicrowaveTheoryTech, 1999, (47):2075-2084. [ 4] PendryJB.NegativeRefractionMakesaPerfectLens[ J] . PhysRevLett, 2000, (85):3966-3969. [ 5] ShelbyRA, SmithDR, SchultzS.ExperimentalVerificationofaNegativeIndexofRefraction[ J] .SCIENCE, 2001, (292):77-79. [ 6] SeddonN, BearparkT.ObservationoftheInverseDoppler Effect[ J] .SCIENCE, 2003, (302):1537-1540. [ 7] EvanJ.Reed, MarinSoljacic, MihaiIbanescu, etal.Commenton“ObservationoftheInverseDopplerEffec” [ J] . SCIENCE, 2004, (305):788b. [ 8] ChiyanLuo, MihaiIbanescu, StevenG.Johnson, etal. CerenkovRadiationinPhotonicCrystals[ J] .SCIENCE, 2003, (299):368-371. [ 9] ParimiPV, LuWT, VodoP, etal.NegativeRefractionand Left-Handed Electromagnetism in Microwave Photonic Crystals[ J] .PhysRevLett, 2004, (92):127401. [ 10] HenriJLezec, JenniferADinne, HarryA.AtwaterNega- 第 1期 吴闻迪, 等:左手材料和负折射 63
64 曲阜师范大学学报伯然科学版) 2009年 ENE205(308.534-537 2007(316为430-432 17]Yong Zhaing Fbegel B Mascarenhas A Tota]Negative [1 Pacheco J Gragoreak TM WuB I et al Power Paopa Refraction in Real Crysnls for Ballistic Eectrs and gation in Hamogncous lsotopic FrquencyDispersive Lt小.PhysRevL.e#200(91).157404 LefHanded Medi Phs Rev Le 0 18 e fraction ane 257401 I 12]Pendry J B Schurg D Snih DR Cantolling Ekct socaed wit a un axa]m edim Phys Rev B 2004 magnetic Feds力.TN王2006(312为1780 (601115402 782 [13 Davil R Sit How pBuiHl a Superkn J.SENCE 2005(308,502-503 A png the An0 opy Ax筲h.Microva℃nd OPtica [14 Zhen Ye Optical manmission ad refection of perket Th01wL.ete2003(3712s9263 【2薛冬吴福全李红等.平行分束偏光镜的矩振表 (67):193106 示及其应用[小.曲阜师大学报（自然科学版2003 【月Garay NienveperinasM,I efHanded Maera]s Do 29345052 NotMake a Perfectl,m門Phys Rev Lett202(88为 [21]Schug D Mock JJ Justice B J eta]MermateralEec 207403 tromagnetic Cpak at Microwave FrquencieJ.Sci [1g mc2006(3141977-9807-98 tpn d Optcal magng wih a Silver Superkn. The LeftHanded Materials and the Negative Refraction WUWedi. WANG Zhaobng, WU Fu qua LI Jieb Abstract The lefthanded materjals are ae of the a hot research fields all over the world in recent years h order omake more peopel acquaintng wih Efthanded maerials and the negatve refaction and domore esearch on them we describe the basc princ p es and applications of the left handed materials and negative refracton phe findings revea led thatmore researches about the smucural desgn d heory are still needed Key words left handed materials perfect ens negatwe refmction 1994-2014 China Academie Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
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