E型左手材料

由于E型结构具有产生负磁导率所需的等效电感和等效电容,据此提出一种新型左手材料,用E型SRR来实现负的磁导率,金属线结构来实现负的介电常数。等效模型分析证实这个结构确实能够实现稳定的左手特性。有限元法仿真并用S参数法提取等效介电常数、等效磁导率和折射率,得到样本在11.5～14GHz频段内具有明显的负折射率特性。棱镜折射实验也再次证明了该结构的负折射率特性。     

关于"负介电常数和负磁导率微波媒质的实验"的两点疑问

人为制造一种具有负介电常数ε和负磁导率μ的媒质,即所谓"负折射率"媒质(或称为"左手媒质"LHM)已成为目前研究的一个热点."中国科学"(G辑)2003年第33卷第5期"负介电常数和负磁导率微波媒质的实验"一文用实验方法验证了该类媒质的存在,在国内尚属首次.纵观全文有两点疑问,有必要提出来以推动该项研究.     

不同负相对折射率材料的FDTD分析

负折射率材料的研究已成为近年来科研的热点.电磁波在负材料中的传播特性是研究的首要问题之一.利用一个正常材料包围负折射率材料块的区域模型,根据推广的Snell定理,分析在改变该模型正常材料区域的介电常数对材料交界面相对折射率的影响.通过FDTD法数值模拟了TE模电磁波在该模型区域的场分布.数值比较了改变该模型正常材料的介电常数和磁导率对其相对折射率、成像效果以及成像位置的变化.说明电磁波在不同正常材料包围的负材料块区域中传播,其折射规律仍然符合推广的Snell定理.     

基于微带结构的新型混合左右手材料的研究

介绍了一种具有两个通带的新型混合左右手传输线,以及混合左右手材料传输线的传输特性和分析方法。该左手材料(Left-Handed Metamaterials,LHMs)在通带内呈现介电常数和磁导率同时为负的特性,两个通带分别出现在2.8 GHz和5.8 GHz处。通过仿真得到了色散曲线,折射率,等效介电常数和等效磁导率,从理论上验证了左手特性的存在。     

含正负材料的一维光子晶体的光学特性研究

为了得到新的传输性质,把具有负介电常数和磁导率的负折射率材料引入到光子晶体当中,运用Maxwell电磁波方程和Bloch理论得到的含正负折射率材料的色散关系的解析式,分别分析一维无限周期且正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体的禁带结构和色散特性,并与常规的正折射率材料的光子晶体比较,发现含正、负折射率材料且呈周期性重复的双层结构的复合光子晶体其光子具有较宽禁带,为设计超宽禁带的光子带隙结构提供了一定的理论可能性。     

电磁感应负折射率介质的色散性质研究

正左手材料的特殊性质和用途使其一直受到广泛的关注、左手材料的相对电容率εr和相对磁导率μr均为负值,因而具有负的折射率。获得负折射率有多种方法,其中一种方法就是利用原子相干来获得负折射率。但这需要很大的原子密度,因此会带来很大的吸收、电磁感应光透明(EIT)技术的引入使得原子系综的吸收大大降低。折射率n是相对电容率εr和相对磁导率μr两个量相乘的结果,改变其中的任意一个量折射率n也会随之改变,EIT技术的引入使得相对电容率εr可以被改变并使其具有一个很小的虚部,因此折射率n的虚部也会因为EIT的作用而变小。提出的四能级模型中,除了加入一个产生EIT的相干场以外,还加入了一个非相干泵浦场,泵浦场和强相干耦合场都可以对相对磁导率μr的进行调控,使得折射率n的虚部变得更小甚至变成负的。在合适的参数下两个场的共同作用可以使探测光对应的磁偶极跃迁的两个能级实现粒子数反转,从而使相对磁导率μr的虚部变成一个负值、泵浦场的加入并没有破坏EIT结构,因此相对电容率εr依然具有一个很小的虚部。当该磁偶极跃迁能级实现粒子数反转时,相对磁导率μr的虚部变成一个负值,最终可以导致折射率n的虚部也变成一个负值。因此通过对参数的调节,使折射率n的虚部发生变化,因此在原子密度较大的情况下,通过对相对磁导率μr的调节可以在EIT的基础之上对折射率进行再一次的调节。原子介质在泵浦场和拉曼跃迁的共同作用下,可以实现正常色散和反常色散之间的转变,从而实现从慢光到快光的转变,该种结构中起主导作用的是相对电容率εr。而在此模型中泵浦场和耦合场对磁偶极跃迁的调节是比较大的,因此相对磁导率μr会有较大的变化,相对磁导率●的变化最终将引起折射率n的变化。因此可以通过对泵浦场或者耦合场的调节使得相对磁导率μr发生改变继而引起折射率n的变化、通过改变耦合场的大小,使得折射率n在近共振区域实现正常色散和反常色散之间的变化。当耦合场比较小时,对应着反常色散,可以获得快光。而当耦合场比较大时,对应着正常色散,可以获得慢光。因此可以通过对耦合场的调节来实现在左手材料中快光和慢光之间的转换、     

双频带电磁超材料单元设计及仿真

该文基于谐振型左手理论,提出一种将2种不同的多开口谐振环左手结构单元分别印刷在介质板的正、反面,这种复合结构实现了双频带左手特性。在微波频率范围内采用等效参数（NRW）提取算法,验证了该多开口谐振环的复合结构能实现负的介电常数和磁导率,同时采用LC谐振电路进行分析并解释其产生的机理。数值和仿真结果表明,存在2个介电常数、磁导率和折射率的实部都为负的频带。其负频带频率范围分别为16.5~18.96 GHz和22.8~24 GHz,负双频带带宽为3.66 GHz。由于其带宽性能良好的双负特性,可用于多频带或宽带微波器件的设计。     

左手材料理论及其应用

左手材料是一种介电常数和磁导率同时为负值的人工材料,这种材料具有负群速度、负折射率、逆多普勒效应和完美成像等多种奇特的物理性质.叙述了左手材料的概念和基本原理,简单回顾了左手材料研究的发展历程,介绍了左手材料的应用及其发展前景.     

天然负折射材料

几乎所有的材料都表现为正折射。但1968年俄罗斯科学家Victor Veselago发现，如果磁导率和介电常数都是负的则表现为负折射。科学家已经制作了负折射器件例如高精度的超级透镜等。但他们使用的负折射材料都是实验室人工制备的。最近，德国研究机构发现，金属铁磁材料与其他负折射率材料有很大差别，在吉赫兹波段自然表现出负折射特性。     

浅析铁氧体-左手结构在微波领域中的应用

左手材料具有负介电常数和负磁导率的电磁特性,铁氧体具有负磁导率的电磁特性。因此,铁氧体-左手结构可以设计成负介电常数材料,近年来成为备受关注的研究课题,主要应用于隔离器、滤波器和移相器,在微波系统中具有很大的应用前景。文中介绍了铁氧体-左手结构的基本理论和性能特点,并对其在微波领域中的应用进行了试探性的分析。     

基于空芯光子晶体光纤的F-P干涉式折射率计

提出了一种基于空芯光子晶体光纤(HCPCF)的Fabry-Perot(F-P)干涉式高灵敏度折射率计。利用被测液体进入F-P腔后可改变腔内介质的折射率,从而使得干涉光光程差发生变化这一特点,通过检测光程差的变化就可实现对液体折射率的测量。实验结果表明,对折射率在1.3340～1.3612内变化的不同浓度酒精溶液测量时,光程差变化了9.508μm,其折射率测量灵敏度可达187μm/RI     

激励态向列微滴散射理论的修正及其参量拟合

用反常衍射(ADA)理论与实验数据优化拟合方法分析了聚合物分散液晶(PDLC)微滴在633nm激光照射下的散射特性与微滴尺寸、聚合物折射率的关系。在聚合物分散液晶中除了液晶微滴本身的散射以外，还有例如界面散射、杂质散射、材料折射率不均匀等附加散射因子，考虑这些因素以后对反常衍射散射理论进行了修正，提出用参量拟合来测量聚合物分散液晶中聚合物折射率、微滴半径以及液晶体积百分数等参量的方法。测量了微滴的直径在2μm左右聚合物分散液晶的参量。结果表明，对聚合物分散液晶聚合物折射率的误差在5％以内，而对液晶体积分数的测试误差较大，达到10％左右。     

Tailoring double-negative metamaterial responses to achieve anomalous propagation effects along microstrip transmission lines

The design of a double-negative metamaterial loaded microstrip transmission line (DNG MTM-TL) to tailor the propagation characteristics at S- and C-band frequencies is presented. Guided-wave propagation along this DNG MTM-TL was studied numerically. The scattering parameters of the DNG MTM-TL were obtained with Ansoft's High Frequency Structure Simulator. A two-port network realization of the DNG MTM-TL is established. The effective permittivity and permeability for the DNG MTM-TL is extracted using this two-port network representation. It is shown that both a negative permittivity and a negative permeability and, hence, a negative index of refraction exist in the design frequency range. These material parameters are dispersive and conform to a two-time derivative Lorentz material model type of resonance behavior. This form of the index of refraction may be very suitable for applications dealing with phase and dispersion compensation along a microstrip transmission line.     

Preparation of Iron Networks Hosted in Porous Alumina with Tunable Negative Permittivity and Permeability

Random composites of iron particles hosted in porous alumina were prepared from a facile impregnation‐reduction process. Interestingly, when the iron content exceeds the percolation threshold, the interconnection of iron particles results in the formation of iron networks. The composites then change from capacitive to inductive and the conductive mechanism changes from hopping conduction to metal‐like conduction. The negative permittivity was attributed to the plasma oscillation of delocalized electrons in iron networks, while the negative permeability could be ascribed to the strong diamagnetic response of current loops in iron networks. The negative permittivity behavior of the iron/alumina composite was analyzed using Drude model. Additionally, the fitting results indicated that the effective plasma frequency of the iron/alumina composite is much lower than bulk iron. Further investigations show that, the iron content and reduction temperature can easily tune the amplitude and frequency ranges of the negative permittivity and permeability. Moreover, the negative permittivity region and the negative permeability region can be pushed to the same frequency region by adjusting the iron content and reduction temperature. The impregnation‐reduction process opens a new way for the realization of tunable negative permittivity and permeability in random composites, and has great potential for the preparation of new types of double negative materials.     

液晶微胶囊制备宽波反射凝胶

手征向列相(N*)液晶能够选择性反射入射光,但其反射波宽一般小于150nm。利用负介电各向异性的向列相液晶SLC10V513-200与手性化合物R1011、CB15配制出5种N*液晶,其反射波长能够覆盖整个可见光波段。使用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)界面聚合法制备出平均粒径为8.0μm的5种N*液晶聚脲微胶囊之后,将相同质量的5种微胶囊混入OP-10与IPDI中制备出微胶囊的凝胶。对80.0μm厚微胶囊凝胶薄膜施加交流电场,使微胶囊中的液晶处于平面织构状态,紫外固化微胶囊中的液晶性单体,固定微胶囊中N*液晶的平面织构,从而制备出可以反射可见光波段的微胶囊凝胶薄膜。     

Radar absorbers based on metamaterials

Application of metamaterials for creation of new types of radar absorbers (RAs) is investigated. Typical frequency dependences of the permittivity and permeability of composites fabricated from various inclusions employed in designing RAs are considered. It is shown that the structures of RAs can contain metamaterials with both positive and negative values of the real parts of permittivity and permeability. An RA having a low reflection coefficient over a wide range of the incidence angles of an electromagnetic wave for both wave polarizations is developed. It is based on a metamaterial with negative values of the permittivity and permeability.     

零模间色散双空芯光子晶体光纤

分析了双空芯光子晶体光纤(HC-PCF)在纤芯填充液态高折射率温敏物质后的传输特性,应用全矢量有限元法(FEM)研究温度均匀变化时光纤耦合特性、模间色散特性的变化规律。结果表明,在特定温度下,耦合特性随传输波长的增大呈现出先减弱、后增强的变化趋势,且光纤的模间色散存在过零点。通过调节温度或占空比,可以在1.31μm和1.55μm两个常用通信波段内实现零模间色散传输,由此能够完全消除模式间相位不匹配导致的脉冲失真,实现能量的完全交换。