[精选]负折射及其应用-隐身衣的理论依据-资料课件.ppt
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- 关 键 词:
- 精选 折射 及其 应用 隐身 理论依据 资料 课件
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1、Diffractive Optics & Computing Physics LabUniversity of Science & Technology of China左手系中的光学现象左手系中的光学现象负折射及其应用负折射及其应用报告人:李永平 2008.11.17Diffractive Optics & Computing Physics LabUniversity of Science & Technology of China内容提纲内容提纲 负折射率的预言负折射率的预言 负折射率材料的实现负折射率材料的实现 负折射率材料的特性负折射率材料的特性 反常反常Cherenkov辐射、反常
2、辐射、反常Doppler效应、反效应、反Goos-Hanchen位移、负光压、超级透镜位移、负光压、超级透镜 负折射率材料的应用负折射率材料的应用 光子晶体中的负折射(提及)光子晶体中的负折射(提及)Diffractive Optics & Computing Physics LabUniversity of Science & Technology of China负折射率的预言负折射率的预言。,有无源各向同性介质中,质方程各向同性介质的电磁性。,式如下:麦克斯韦方程的微分形tEHtHEHEEjHBEDtDjHtBEBD000000000., ,0Diffractive Optics & C
3、omputing Physics LabUniversity of Science & Technology of China构成右手系。和,定义其中两两垂直,均与可以看出代入麦克斯韦方程得系如下:此时偏微分算子对应关为波,可设其电磁场分别对于时谐单色平面电磁kHEkcnkkkHEEHkHEkHkEkjtjkeHHeEErktjrktj,2,., 0, 0/,00)(0)(0Diffractive Optics & Computing Physics LabUniversity of Science & Technology of China20022200202002022,/1/1E0)(
4、)()(ncnccnkkEkEkHkHkEkEkEkkEkkk所以有而光速的定义为另一方面由定义有有非零解时要求把第四式代入上式,有即叉乘得第三式两边用., 0, 000EHkHEkHkEkDiffractive Optics & Computing Physics LabUniversity of Science & Technology of China 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?2nnn,Diffractive Optics & Computing Physics LabUniversity of Science & Tech
5、nology of China定义定义带入第三和第四式,得带入第三和第四式,得 按照定义,按照定义,E, H 和单位矢量和单位矢量 成右手系,成右手系,所以以上两式左边系数必皆为正,即要求所以以上两式左边系数必皆为正,即要求折射率折射率n和介电常数和介电常数 、磁导率、磁导率 同号。同号。kcnkk2., 0, 000EHkHEkHkEkEHkcnHEkcn00kDiffractive Optics & Computing Physics LabUniversity of Science & Technology of China2n. 0n0, 0; 0n0, 0时,当时,当Veselago
6、在在1967年预言了负折射率的存在。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。度方向相反。Diffractive Optics & Computing Physics LabUniversity of Science & Technology of China负折射现象负折射现象 两点两点A和和B分别在折分别在折射率为射率
7、为n1和和n2的均的均匀介质中,到界面匀介质中,到界面的距离分别为的距离分别为a和和b,两点沿界面的距离两点沿界面的距离为为l,设折射点,设折射点O与与A沿界面方向相距为沿界面方向相距为y。 求求AB间光线传播路间光线传播路径即径即O点位置。点位置。ABOn1n2ablyDiffractive Optics & Computing Physics LabUniversity of Science & Technology of China,)(0)()(0.)(/,/222221212122222211ylbylnyayndyttdcdyOBnAOndylbnctOByanctAO即,即有对路
8、径的变分为的光程由费马原理,实际光线ABOO1212n1n2yablyDiffractive Optics & Computing Physics LabUniversity of Science & Technology of China2211sinsin, 0nnyl上式即为斯涅尔定律对照图示如图中红线所示,此时在法线异侧,若折射光线和入射光线ABO12n1n2yablDiffractive Optics & Computing Physics LabUniversity of Science & Technology of China22112211222221sinsinsinsin
9、,)(, 0nnnnylbylnyaynyl则上式可记为负,在法线同侧时折射角为射光线倘若规定折射光线和入对照图示上式即为即如图中蓝线所示,此时在法线同侧,若折射光线和入射光线ABO12n1n2ablyDiffractive Optics & Computing Physics LabUniversity of Science & Technology of China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
10、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 。Diffractive Optics & Computing Physics LabUniversity of Science & Technology of China实验制得的左手材料结构实验制得的左手材料结构左手材料的研制被左手材料的研制被科学科学杂志评为杂志评为2003年度年度全球十大科学进展。全球十大科学进展。Diffractive Optics &
11、 Computing Physics LabUniversity of Science & Technology of China实验观测负折射Diffractive Optics & Computing Physics LabUniversity of Science & Technology of China 超音速超音速 在真空中,匀速运动的带电粒子不会辐射电磁波。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,起诱导电流,从而在其路径上形成一系列次波源,分别发出
12、次波。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,称为涉,从而辐射出电磁场,称为Cherenkov辐射。辐射。 负折射率介质中的反常负折射率介质中的反常Cherenkov辐射辐射Diffractive Optics & Computing Physics LabUniversity of Science & Technology of ChinaABC冲击波波面右手介质中的冲击波方向左手介质中的冲击波方向./cosncncDiffractive Optics & Computing Physics LabUniver
13、sity of Science & Technology of China右手介质右手介质 左手介质左手介质 干涉后形成的波前,即等相面是一个锥面。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,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;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。锥角。 Diffractive Op
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