负折射材料的光学特性研究课件

1、负折射材料的光学特性研究课件负折射材料的光学特性研究此处略去姓名负折射材料的光学特性研究课件论文的主要工作1.光在负折射率介质中的反常折射2.负折射材料的发展与应用3.含负折射材料一维光子晶体的能带特性负折射材料的光学特性研究课件负折射材料的概念 负折射材料是指媒质的介电常数和磁导率同时为负，此时折射率 也为负的介质。 当光从普通介质入射到负折射率介质时，根据 将会出现负的折射角，即入射光线和折射光线在法线的同侧。n 1122sinsinnn负折射材料的光学特性研究课件负折射现象负折射材料的光学特性研究课件负折射材料的非寻常折射正折射材料负折射材料负折射材料的光学特性研究课件棱镜的折射负折射材

2、料正折射材料负折射材料的光学特性研究课件负折射材料透镜的折射负折射材料负折射材料负折射材料的光学特性研究课件正折射材料透镜的折射正折射材料正折射材料负折射材料的光学特性研究课件平板的折射 负折射材料制作的平板将点源0发出的射线聚焦在其对称点O上，具有成像功能。负折射材料的光学特性研究课件Snell定律考虑到负折射率，可以将折射定律改写为 折射角与入射角均取正值，P1, P2，代表介质的旋向，旋向相同时，其比值为1，旋向不同时，其比值为-1。 1222221111sinsinnPnP 负折射材料的光学特性研究课件负折射材料的发展发展简述 1968年，前苏联物理学家Veselago发表了他在理论研

3、究中对物质电磁学性质的新发现，即当介电常数和磁导率都为负值时，电场矢量、磁场矢量和波矢量之间构成左手关系，并称这种假想的物质为左手材料。 2001年，美国加州大学圣地亚哥分校的David Smith等物理学家根据Pendry等人的建议，利用以铜为主的复合材料首次在微波段制造出一维的负折射率材料。美国Shelby等人制备出了二维负折射率材料。 2002年7月，瑞士ETHZ实验室的科学家们宣布制造出三维的负折射率材料。负折射材料的光学特性研究课件负折射材料的异常物理特性 群速方向和波矢方向相反群速方向和波矢方向相反 在普通介质中波矢量方向和电磁波的相位传播矢量方向总是相同的，即相速和群速方向一致，

4、波矢量、磁矢量、电矢量始终构成右手定则。但在负折射率介质中，波矢量和群速方向却正好相反。负折射现象负折射现象逆多普勒效应逆多普勒效应 在负折射率介质中，由于相速度和群速度方向相反，即能量传播的方向和相位传播的方向相反，频移情况呈逆多普勒效应。在普通介质中探测器靠近光源时(一定频率的电磁波)，探测到的频率会变大，反之会变小 ，而在负折射率介质中情况正好相反。逆逆Cerenkov辐射辐射负折射材料的光学特性研究课件负折射材料的应用负折射材料在雷达天线、通信器件、军事隐身技术中都有应用 图为美国杜克大学电子与计算机工程系DRSmith教授等人和英国帝国学院物理系Pendry教授等人合作，基于人工电磁

5、材料在微波频段设计的一个二维电磁波传播路径图，圆环内的部分代表负折射率材料，实线代表波的传播，可以看出，电磁波在材料内部发生了弯曲，从整个大圆压缩到圆环内，在中间形成一个没有波传播的“空洞”。人之所以能看见物体，是因为该物体阻挡了光线，并将其反射至人眼；雷达则是利用发射电磁波遇到物体反射回来，形成一个可以探测到的影子。而电磁波或光波对于负折射率材料覆盖的空间既没有波的折射，也没有散射，而是绕过“空洞”传播，如果将物体放在洞中，因为没有波触及物体，也就没有携带关于物体信息的波被反射回来，因此人或雷达等也就不可能发现物体，从而使物体产生了视觉隐身。负折射材料的光学特性研究课件光子晶体简介 光子晶体

6、是折射率在空间周期性变化的介电结构，光子晶体最重要的特性是带隙特性，即频率在一定范围内的入射光在光子晶体中禁止传播。 光子晶体根据其空间的周期性分布可分为一维、二维、三维光子晶体。负折射材料的光学特性研究课件含负折射率材料一维光子晶体能带研究构成一维光子晶体的周期结构可以表示如下：根据布洛赫波理论，可以得到一维光子晶体的色散关系 K为布洛赫波矢沿z向分量的振幅， 为归一化频率 为折射角根据以上公式，可以得到光束入射到光子晶体中的色散关系，即能带结构。 111222111222arccos cos(cos) cos(cos)sin(cos) sin(cos)Kan tntn tnt 11/tda

7、22/tda/a c00arcsin(sin/)(1,2)iinni11222211coscos1()2coscosnnnn负折射材料的光学特性研究课件含负折射率材料一维光子晶体能带研究进一步可得到 分析可知， 当 时，K为实数，布洛赫波为非衰减波，对应电磁波的允许带。 当 时，K为复数，布洛赫波为衰减波，对应电磁波的禁带。 当 时，为禁带的边缘。令 F0 对应禁带 F=0 对应禁带边缘 F是频率、入射角、折射率以及介质层光学厚度的函数。通过绘出，的图像，就能得到能带的特征。111222111222cos()cos(cos) cos(cos)sin(cos) sin(cos)Kan tntn

8、tnt cos()1Ka cos()1Ka cos()1Ka cos() 1FKa负折射材料的光学特性研究课件能带随入射角的变化特征取n0=n1=1,n2=2.4,t1=0.85,t2=0.15,a=1 改变 0/305/120负折射材料的光学特性研究课件能带随入射角的变化特征仅改变n2=-2.4 通过比较可以发现，含负折射材料的光子晶体与正折射材料的光子晶体相比，具有更宽的禁带，更窄的允许带，禁带的中心频率和宽度对入射角的变化不敏感。0/305/12负折射材料的光学特性研究课件能带随折射率的变化特征取 n0=1 ,n2=2.4,t1=0.85,t2=0.15,a=1 改变n1 n1=1 n1

9、=3比较可知，正折射率光子晶体的禁带随折射率的变化非常大，随着n1由1增加到3，禁带的频率宽度迅速减小。00负折射材料的光学特性研究课件能带随折射率的变化特征仅改变n2=-2.4 n1=1 n1=3比较可以发现，在正负折射率交替结构的光子晶体中，电磁波的禁带随折射率n的变化较小，这说明不管正折射率材料选用何种折射率的介质时都能得到频率宽度较大的禁带。负折射材料的光学特性研究课件能带随光学厚度的变化特征取 n0=n1=1，n2=2.4，改变a=1为a=4，t1，t2依比例变为3.4，0.6 n2=2.4 n2=-2.4 正负折射率交替结构的光子晶体中，电磁波的禁带随光学厚度的变化十分明显，禁带的频率宽度随光学厚度的增加而迅速减小，但允许带的频率宽度则变化很小。正折射率光子晶体的禁带也随光学厚度有较大的变化，禁带的频率宽度也随光学厚度的增加而减小，但是不如折射率正负交替结构的光子晶体那样剧烈。 00负折射材料的光学特性研究课件结论 利用一维光子晶体的色散关系，研究了在正负折射率交替结构的光子晶体的能带随入射角、随折射率、随光学厚度的变化特征，并与普通正折射率光子晶体能带的对应特征作了比较。 得出：正负交替结构的光子晶体禁带非常宽，允许带非常窄，禁带的中心频率和宽度对入射角的变化不敏感。在正负折射率