NIM(负折射率材料)专题研究

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负折射率材料的研究概述及其应用进展

负折射率材料的研究概述及其应用进展随着人们对负折射率材料的研究逐步深入，对其在日常生活中应用的探索也逐渐加深，使其物理特性得到了优化。

文章对负折射率材料的发展历史和其基本原理进行了简要介绍，同时介绍了负折射率材料在各个领域的应用。

最后总结认为设计并制作出符合应用条件的实际负折射率材料，从而在可见光波段实现负折射率是未来手性负折射率材料的重要发展方向之一。

标签：负折射率材料；负折射；左手材料Abstract：With the further study of negative refractive index materials，the application of negative refractive index materials in daily life has been gradually deepened，and its physical properties have been optimized. In this paper，the development history and basic principle of negative refractive index materials are briefly introduced. At the same time，the applications of negative refractive index materials in various fields are introduced. Finally，it is concluded that it is one of the important development directions of chiral negative refractive index materials in the future to design and fabricate the actual negative refractive index materials in accordance with the application conditions，so as to realize the negative refractive index in the visible light band.Keywords：negative refractive index material；negative refraction；left-handed material1 概述負折射率材料是在某一频段下折射率为负的新型超材料，其最早是作为一种理论假设被人所提出的。

负折射材料实验验证的研究进展

负折射材料实验验证的研究进展作者：杨洋李娇来源：《硅谷》2011年第13期摘要：负折射材料已成为近几年来物理学，材料科学，电子科学等交叉学科领域的研究热点。

首先介绍负折射材料的基本原理，并详细介绍近年来这类材料的仿真与实验研究。

关键词：负折射材料；负介电常数；负磁导率中图分类号：O441 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0710026－020 引言近几年，一种称为负折射率系数介质的人工复合材料在理论与实验上引起了广泛的关注。

1968年，前苏联物理学家Veselago[1]提出了“左手材料”的概念，这种负折射材料具有负的介电常量与磁导率，那么电矢量，磁矢量和波矢之间构成左手系关系，这区别于传统材料中的右手系。

由于自然界没有介电常量和磁导率同时为负的材料，并且也没有相关的实验验证，负折射材料没有得到长足的发展。

1996年，英国的Pendry指出可以用细金属导线阵列构造介电常数为负的人工媒质[2]，1999年又指出可以用谐振环阵列构造磁导率为负的人工媒质[3]。

2000年美国的D.Smith等人[4]以铜为主的复合材料制造出了世界上第一块在微波波段等效介电常数和等效磁导率同时为负数的介质材料，从而证明了负折射材料的存在。

1 负折射材料的基本原理在经典电动力学中，各向同性均匀自由空间介质中，麦克斯韦方程组为：正弦时变电磁波波动Helmholtz方程为：其中，n为折射率；c为真空中光速。

和一般与电磁波频率有关，在不计能量损耗正常的情况下n、、均为正。

Helmholtz方程有波动解，由麦克斯韦方程推出平面电磁波关系：并且有如下关系：电磁波为横波，电矢量E、磁矢量H和传播方向矢量K相互垂直，满足右手螺旋关系。

如果电介质的介电常数或磁导率中的其中一个为负数，K无实数解；Helmholtz方程无波动解，说明电磁波不能在中传播。

而当电常数与磁导率都小于零时，Helmholtz方程有波动解，电磁波能在其中传播。

负折射材料研究报告

负折射率材料研究报告学号：08221033 陈法伟一、折射的理论1、基本定义与关系式电磁学的早期即由实验发现了以下规律：各向同性介电物质中电位移矢量与电场强度矢量方向一致，大小成正比，故有 E ε=D ，式中ε是比例系数，称为介电率或介电常数．另外，实验还证明，对各向同性非铁磁性物质，磁感应强度矢量与磁场强度矢量方向一致，大小成正比，故有H B μ=，式中μ比例系数称为导磁率．ε和μ被看成表征物质电磁性质的宏观参数．在自由空间(无电荷源及传导电流)，由麦克斯韦方程组导出的电磁波波方程为：由此得无色散电磁波传播速度：r r c v μεεμ==1 式中，0/εεε=r 是相对介电常数；,/0μμμ=r 是相对磁导率00με，则为ε，μ在真空中的值；而c 为自由空间(真空中)光速，001με=c 。

实际上，按照麦克斯韦场理论，电磁作用过程是经过场(波)而完成的，在真空条件下，这个作用传递的速度就是c ．可见，麦克斯韦由于提出电磁场方程组而被后人认为是伟大的科学家这点没错；但由于时代的局限(经典场论产生于距今136年前)，他的理论不可能解释近年来以量子力学、量子光学为基础而完成的超光速、超慢光速实验．2、折射折射是自然界最基本的电磁现象之一。

当电磁波以任意角度入射到两种不同折射率的介质交界面处时，波传播的方向会发生变化。

那么，介质的折射率是如何定义的？图1，表示介质1中的入射波在介质2中折射，虚线AC ，BE 为波前由于故有,sin ,sin 2211t v CB CE t v CB AB ====θθ此式即为Snell 定律，由它可以计算折射波前进的方向，式中1v ，2v 均为相速。

这个比值被称为折射率，用n 表示，1122μεμε=n ，如0101,μμεε==，（介质1为真0,0222222=∂∂-∇=∂∂-∇t H H t E E εμεμ1211222121sin sin n n v v ===μεμεθθ空），μμεε==22,，，则有r r vc n με==。

负折射率

NIM （负折射率材料）专题研究严杰一、有关折射的基本概念1、基本定义与关系式电磁学的早期即由实验发现了以下规律：各向同性介电物质中电位移矢量与电场强度矢量方向一致，大小成正比，故有 E ε=D ，式中ε是比例系数，称为介电率或介电常数．另外，实验还证明，对各向同性非铁磁性物质，磁感应强度矢量与磁场强度矢量方向一致，大小成正比，故有H B μ=，式中μ比例系数称为导磁率．ε和μ被看成表征物质电磁性质的宏观参数．在自由空间(无电荷源及传导电流)，由麦克斯韦方程组导出的电磁波波方程为由此得无色散电磁波传播速度rr cv μεεμ==1式中，0/εεε=r 是相对介电常数；,/0μμμ=r 是相对磁导率00με，则为ε，μ在真空中的值；而c 为自由空间(真空中)光速，001με=c 。

当电磁波以任意角度入射到两种不同折射率的介质交界面处时，波传播的方向会发生变化。

那么，介质的折射率是如何定义的？图一表示介质1中的入射波在介质2中折射，虚线AC ，BE 为波前，由于,sin ,sin 2211t v CB CE t v CB AB ====θθ故有此式即为Snell 定律，由它可以计算折射波前进的方向，式中1v ，2v 均为相速。

0,0222222=∂∂-∇=∂∂-∇t H H t E E εμεμ1211222121sin sin n n v v ===μεμεθθ这个比值被称为折射率，用n 表示，1122μεμε=n ，如0101,μμεε==，（介质1为真空），μμεε==22,，，则有r r vcn με==。

科学家发现可制作光开关的负折射材料

光机电信息Ｄｅｃ．２００７展开，宽度可达２１英尺（６．５ｍ）。

（Ｎｏ．４２）美科学家演示光信号与ＭＥＭＳ的交互作用美国马萨诸塞州科技学院（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ）与科内尔大学（Ｉｔｈａｃａ，ＮＹ）的研究人员都演示了利用光信号控制机械结构的新方法。

这一趋势开始于多年以前，当时发明了一种无损操纵活体细胞的“光镊”。

现在，ＭＩＴ的工程师以及ＭａｔｔｈｅｗＬａｎｇ教授等已经论证了下一代的技术：一种能够操纵活体细胞及尺寸为２０!ｍ的微机电系统（ＭＥＭＳ）结构的光学牵引光束。

“我们已经开始把光学技术用来构建芯片上的结构，”Ｌａｎｇ说。

据报道，科内尔大学的教授ＭｉｃｈａｌＬｉｐｓｏｎ和ＤａｖｉｄＥｒｉｃｋｓｏｎ利用围绕固体核心光纤的短暂场，吸引并推进微米级和纳米级粒子通过微流体器件。

据报道，利用输入到光纤的约５４ｍＷ的光功率，直径３!ｍ的聚苯乙烯球能够实现每秒２８!ｍ／ｓ的速度。

在ＭＩＴ的支持下，电子工程教授ＥｒｉｃｈＩｐｐｅｎ与物理学教授ＭａｒｉｎＳｏｌｊａｃｉｃ一道，通过闭合光－机械与机械－光之间的反馈环路，利用机械对光的作用，使光对机械的影响成为一体。

对于如何把机械上的反馈耦合到光学腔之中，研究人员已经初步掌握了详细的控制理论，从而可用于调谐它们的谐振。

研究人员希望最终能够证明，在可工作的ＭＥＭＳ器件中，能够执行现今无法实现的“全光”功能，从开关到自适应散射以及用于像光学时钟恢复这样的滤波器的综合应用。

（Ｎｏ．４３）Ｎｏｖａｌｅｄ高效白光ＯＬＥＤ寿命达到１０万小时基于自有的ＰＩＮＯＬＥＤ（Ｒ）技术和材料，Ｎｏｖａｌｅｄ公司的照明用白光ＯＬＥＤ性能又获重大提高：在亮度为１０００ｃｄ／ｍ２下效率达到３５ｌｍ／Ｗ、寿命达到１０００００ｈ，ＣＩＥ坐标为（０．４３，０．４４），显色指数为９０；而其在亮度为４０００ｃｄ／ｍ２时光效为３１ｌｍ／Ｗ，色标及显色指数值则无明显变化。

这种ＯＬＥＤ器件以蓝色荧光材料和红／绿色磷光发光材料（混合方法）的叠加结构为特色，叠层和传输层均使用了Ｎｏｖａｌｅｄ自有的材料。

负折射率材料

负折射率材料负折射率材料是一种具有特殊光学性质的材料，其折射率小于零。

这种材料在光学领域具有重要的应用价值，可以用于制备超透镜、消除球差、改善光学成像系统的性能等。

负折射率材料的研究和应用已经成为光学材料领域的热点之一。

负折射率材料的研究始于20世纪90年代，最早由俄罗斯科学家维克托·瓦西利耶维奇·维斯洛夫和英国科学家约翰·潘恩提出。

他们在理论上预测了负折射率材料的存在，并提出了一种制备方法。

随后，美国科学家大卫·史密斯等人在实验中成功制备出了负折射率材料，引起了学术界和工业界的广泛关注。

负折射率材料的研究涉及到多个学科领域，包括物理学、材料科学、光学工程等。

目前，已经有多种材料被发现具有负折射率特性，如金属纳米结构、某些半导体材料等。

这些材料不仅在理论研究中展现出了独特的光学性质，而且在实际应用中也显示出了巨大的潜力。

负折射率材料在光学成像系统中具有重要的应用价值。

利用负折射率材料制备的超透镜可以克服传统透镜的局限性，实现超分辨率成像。

此外，负折射率材料还可以消除球差，改善光学成像系统的成像质量，提高成像的清晰度和分辨率。

因此，负折射率材料在光学成像领域有着广阔的应用前景。

除了在光学成像系统中的应用，负折射率材料还可以用于制备超透镜、超材料等光学器件。

这些器件具有特殊的光学性能，可以实现对光波的精确操控和调制，有着广泛的应用前景。

此外，负折射率材料还可以应用于激光技术、光通信、光存储等领域，为光学科技的发展带来了新的机遇和挑战。

总的来说，负折射率材料是一种具有特殊光学性质的材料，具有广泛的应用前景。

随着科学技术的不断发展，负折射率材料的研究和应用将会得到进一步的推动，为光学领域的发展带来新的突破和创新。

相信在不久的将来，负折射率材料将会在光学领域展现出更加广阔的应用前景，为人类的科技进步和生活带来更多的惊喜和便利。

负折射

用，在未来战场上给技术落后一方带来灾难性后果。
第二，负折射率材料在超灵敏探测仪器中的应用
显微镜、放大镜等光学器件的制造一直被一条光学规律所限制：无论光学仪器的镜片多么精良，任何小于光的一个波长长度的物质都是无法观察到的。利用负折射率材料制成的透镜却能克服这个问题，制作成“理想”透镜[2引，它不仅和常规的介质一样能会聚行波，而且还能聚焦随距离增加快速衰减的衰减波。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Snell定律，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
它有很多新奇的性质，但由于只是停留在理论上，而在自然界中并未发现实际的负折射率材料，所以，这个假设并没有立刻被人们接受，而是处于几乎无人理睬的境地，直到时光将近本世纪时才开始出现转机。原因在于英国科学家Pendry等人在1998～1999年提出了用周期性排列的金属条和金属谐振环(Split2Ring Resonator)可以在微波波段产生负的等效介电常数和负等效磁导率阶，从此以后，人们开始对这种材料投入了越来越多的兴趣。2001年的突破，使负折射率材料的研究在世界上渐渐呈现旋风之势。2001年，美国加州大学San Diego分校的David Smith等物理学家根据Pendry等人的建议，利用以锕为丰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，他们使一束微波射入铜环和铜线构成的人工介质，微波以负角度偏转，从而证明了负折射牢材料的存在。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。这将可能对电子通讯业产牛熏大影响，相关研究成果也发表在当月的美国《应用物理快报》上。2002年底，麻省理工学院孔金瓯教授从理论上证明了负折射率材料存在的合理性，并称这种人工介质可用来制造高指向性的天线、聚焦微波波束、实现“完美透镜”、用于电磁波隐身等等。负折射率材料的前景开始引发学术界、产业界尤其是军方的无限遐想。

负折射率材料

负折射率材料一、负折射率材料历史及研究现状负折射率材料(NIMs，Negative index materi—als)是指一种介电常数e 和磁导率同时为负值的材料，具有负群速度、负折射效应、逆多普勒效应、逆切仑科夫辐射、理想成像等异常的物理性质。

这种被称为负折射率材料(“左手材料”)的人工复合材料在固体物理、材料科学、光学和应用电磁学领域内开始获得愈来愈广泛的青睐，对其的研究正呈现迅速发展之势。

负折射率材料的这些异常特性，使其在固体物理、材料科学、光学和应用电磁学领域获得愈来愈广泛的青睐，世界各国对其的研究正呈现迅速发展之势。

到目前为止，负折射率材料已经在微波、太赫兹波、红外以及可见光波段被证实，并已经开始进行应用领域的研究与探索。

这种负折射率系数介质的人工复合材料在理论与实验上引起了广泛关注。

早在1967年Veselago首先研究了这种负折射率系数材料(1eft—handed media)，他用方程证明这种材料具有负的光学折射率。

由于传统材料的折射率为正数，我们通常称这种材料为正折射率材料。

负折射率材料具有一些奇特的光学与电磁学性质，比如Doppler效应与Cherenkov辐射的逆转、交界面上的反常折射、原子自发辐射率的特殊改变等现象在负折射率材料中都会出现。

电磁波在这种材料中的传播特性与在一般材料中相比有很大的不同。

负折射率材料的出现，颠覆了～般材料中所普遍遵循的“右手规律”。

而它的出现却是源于上世纪60年代前苏联科学家的假想。

物理学中，介电常数e和磁导率p是描述均匀媒质中电磁场性质的最基本的两个物理量。

在已知的物质世界中，对于电介质而言，介电常数e和磁导率u都为正值，电场、磁场和波矢三者构成右手关系，这样的物质被称为右手材料(right-handexlmalefials，RHM)。

这种右手规则一直以来被认为是物质世界的常规，但这一常规却在上世纪60年代开始遭遇颠覆性的挑战。

1968年，前苏联物理学家Veselago在前苏联一个学术刊物上发表了一篇论文，首次报道了他在理论研究中对物质电磁学性质的新发现，即：当e和肛都为负值时，电场、磁场和波矢之间构成左手关系。

负折射率材料特点及其应用概述

负折射率材料的特点及其应用背景自然界存在的介质都是折射率大于0的，我们常接触的材料的折射率多数都是大于1，在定性思维的误区下，人们认为介质的折射率都为正。

直到1968年，苏联物理学家维克托·韦谢拉戈（Victor Veselago）【1】提出了负折射率的理论。

由于韦谢拉戈的这一设想完全颠覆了人们所认知的光学世界，它能够使光波看起来如同倒流一般，在许多现象描述上完全背离常规，所以在相当长的时间内都不被人们认可，这种荒诞的想法没有必要去研究证明。

Veselago为了证明自己的观点开始苦苦寻求满足要求的物质，但是他失败了。

没有充足的证据证明他的猜想，渐渐地就被人们淡忘了。

19966年~1999年，英国的Pendry从理论上提出了一种由开路谐振金属环构成，具有等效的负介电常数和负磁导率的三维周期结构，【2】~【3】这一发现理论上证明了负折射率材料的可存在性，使Veselago的猜想重新摆在了人们面前。

不久，美国的Smith等在2000年金属丝板和SRR板有规律地排列在一起，制作了世界上第一块等效介电常数和等效磁导率同时为负数的介质，从实验上验证了负折射率的存在。

【4】~【5】他们研制出了相应的器件，负折射率材料由此进入了实质性研究的阶段。

2001年，Shelby等人首次在实验上证实了当电磁波斜入射到左手材料与右手材料的分界面时，折射波的方向与入射波的方向在分界面法线的同侧。

【6】图1.负折射率的超材料近年来，负折射率材料的研究愈发成为科学界的热点，这要应用于军事、航天等高端领域，起因了国内外众多研究者的注意，涉及电磁波、光电子学、材料学等方面。

随着对负折射率材料的研究，又掀起了一阵对新兴领域的发展，即超颖材料（Metamaterials ）。

超颖材料不只包含负折射率材料，也包含单负材料，人工超低折射率材料和超高折射率材料等。

【7】正如折射率材料的提出一样，超颖材料的重要意义不仅体现在所研制出的几种人工材料，也体现在了一种全新的思维方法。

超材料的研究与发展

超材料的研究与发展近年来，超材料在许多领域都显示出了巨大的潜力。

超材料是一种具有特殊的物理性质的材料，可以在微观或宏观层面上操纵电磁波，声波和热量。

因此，超材料在光学，声学，电磁学，生物医学和能源等领域具有广泛的应用前景。

在本篇文章中，我们将讨论超材料的研究和发展。

超材料的定义和分类超材料是一种由实验室制造的材料，具有通过人工设计和制造实现的复杂结构特征。

超材料的一个定义是具有某些制造特点的结构。

超材料是由一些单元构成的，单元的大小小于所处波长的尺度。

超材料的单元具有特定的电磁响应，这种响应是与它们的几何形状，排列和材料性质密切相关的。

根据其电磁响应，超材料通常被分为负折射材料，超透镜材料，金属光子晶体，等离子体材料，超材料透镜和折射材料等。

负折射材料负折射材料（NCM）是一种具有负折射指数（NRI）的材料，这表示材料在光线穿过时会显示退相干和物体缩小的效果。

当传输的光线离开NCM时，产生的折射角与离开表面的入射角相反。

最初，为了实现这一指标，使用的方法是将金属导电体到微米甚至亚微米的尺度上制作出小结构。

NRI的值可以用来计算物体的折射率。

这个负折射材料的概念发展了许多实际应用，包括精细测量，高分辨率显微镜和鬼像消除。

超透镜材料超透镜材料是指某些基于超材料技术制造的材料，具有使过去难以把它们看清晰的不可见物体变得可见的能力。

这种透镜可以应用在高分辨率显微镜和纳米电路中。

金属光子晶体金属光子晶体是一种通过复杂的嵌入式金属结构制造材料。

它们通常是多层结构，其中每一层都包含成千上万的微米尺度的周期性结构。

金属光子晶体可以被制作成反射镜，电磁屏蔽器和其他电子器件。

这些材料通常由金属和基质组成，例如硅和其他半导体。

等离子体材料等离子体材料是一种具有晶格折射率的材料，这是由激发的等离子体产生的。

等离子体由高强度的光或其他电磁辐射激发的。

在这种材料中，电磁波穿过时，其特殊的产生现象使它们成为一些有超材料特性的最具代表性的例子。

负折射材料

负折射材料第一篇：负折射材料超材料一词来源于其英文名称Metamaterial，又被译为特异材料，是21世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇，其定义是“具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料”。

比如属于超材料的左手材料（负折射率材料）同光波相互作用的方式与自然材料迥然不同。

因为超材料的物性由人工结构决定而不是由材料本征特性所决定，所以超材料的诞生为材料界引入一个全新的设计理念，以往是自然界有何种材料，就能制造出何种物件，而超材料完全是逆向设计，即针对电磁波的应用需求制造出相应功能的材料。

超材料的目标是利用人造构成要素替代原子及分子、以类似结晶的结构规律来形成新的传输介质[1]。

近年来超材料的研究范围主要有：左手材料、光子晶体、频率选择表面等。

一、超材料研究受到重视[2]1967年，苏联理论物理学家Veselago首次假设具有“左手/负折射率”特性的超材料存在，并发表论文，认为这种材料同时具有负介电常数和负磁导率。

Veselago在论文中预言了这种材料的多种特性，包括：不同于传统材料的正折射率，这种材料呈现出负折射率；该材料呈现电磁波的“左手”传播特性，即电磁波的电场、磁场和波矢构成左手关系，因此被称为左手材料。

但是直到2000年，首个关于左手材料的报告才问世。

此后，Veselago的众多预测都得到了实验验证或广泛模拟。

为了深入了解左手材料的物理原理和国防应用前景，美国DARPA国防科学办公室于2009年发布负折射率材料（NIM）项目，旨在深入研究“左手”传输物理特性以及负折射率，以扩展能够观测到这种现象的频段。

研究人员已经确认了具有负介电常数和磁导率的共振射频结构中存在负折射，目前正探索这种材料在国防上的应用。

国防应用需要显著提高现有NIM的特性（带宽、损耗、运行频率等），并深入了解该材料电磁传输的物理特性。

国防科学办公室NIM项目的详细技术目标包括：① 实验验证和深入了解负折射率材料的物理特性、反向群推论以及相位速率；②研究和演示利用负折射率材料进行亚波长成像；③拓展负折射率材料的工作频率范围；④了解和降低负折射率材料在实际应用中的损耗机制。

负折射率材料的特点及其应用PPT

负折射率材料也称为左手材料（left handed medium），简写为LHM。指的是介电常数ε、磁导率μ、折射率n同时为负的介质。介质中电场、磁场和波矢三者构成左手关系，波的折射不遵循斯涅尔（Snell）定律。
理论分析
AC、BE为波前，
AB CBsin1 1t
CE CBsin 2 2 t
负折射率材料的特点及其应用
负折射率介质简介
理论分析
负折射率材料的反常规现象
应用前景及可能性
1968年
苏联物理学家 Victor Veselago首次提出负折射率的概念英国的Pendry从理论上证明了负折射率
材料的可存在性
1996年
2000年
美国的Smith等制作了世界上第一块负
折射率材料
负折射率定义
理论分析
从麦克斯韦方程组的旋度公式来看，当 μ<0时，矢量Ê，磁感应强度 H 和波矢 k遵循右手规则；然而当μ<0时，波传播方向发生反转，与能流方向 E 相反，此时的 E、H、k 遵循左 H 手规则。
理论分析
常规材料射入到负折射率材料的光线情况
负折射率材料的反常规现象
反常成像现象
•负折射介质（NIM）制作的透镜与常规介质（PIM）透镜有完全相反的效果，这是由它本身的性质决定的
负折射率材料的反常规现象
反常多普勒频移
• 在NIM材料中，光源远离我们时光的波长变短，发生蓝移；而靠近我们时光的波长会增加，发生红移。这是因为在NIM中能量的传播方向和波矢方向正好相反。
有
sin 1 v1 sin 2 v 2
22 1 1

n2 n1
此式被称为Snell定律。

含负折射率材料一维光子晶体光学特性的研究的开题报告

含负折射率材料一维光子晶体光学特性的研究的开题报告题目：含负折射率材料一维光子晶体光学特性的研究研究背景和意义：随着纳米技术的快速发展，人们对新型材料的需求也越来越迫切。

负折射率材料（NIMs）就是一种被广泛研究和发展的新型材料，它与传统材料不同的地方在于其在某些频段内的折射率值为负数。

一维光子晶体（1D PC）则是另一个研究热点，它是由周期性变化的折射率构成的纳米结构。

1D PC 具有调制光线传播的能力，而 NIMs 可以在一定频段内实现折射率为负的特性。

将二者结合起来，可以实现新型光学器件的研发，例如超透镜、光学隔离器等。

因此，本研究旨在探究含负折射率材料的 1D PC 的光学特性，为其在新型光学器件方面的应用提供理论支持和实验基础。

研究内容和方法：本研究的主要内容是建立含负折射率材料的 1D PC 模型并研究其光学特性，包括传输光谱、反射光谱等。

研究方法主要有三个方面：1. 建立 1D PC 的理论模型：通过理论计算，得出含负折射率材料的周期性结构的电磁波传输特性。

2. 实验制备含负折射率材料的样品：制备含负折射率的材料样品，并使用扫描电子显微镜等仪器进行样品表征和分析。

3. 实验测试 1D PC 的光学特性：采用望远镜、光源、光谱仪等设备对样品进行测试和分析，得出传输光谱和反射光谱等数据。

预期成果和意义：通过本研究，我们将建立含负折射率材料的 1D PC 模型，并研究其光学特性。

在实验方面，我们还将制备含负折射率材料的样品，并进行测试和分析。

预计能够得出 1D PC 的传输光谱和反射光谱等数据，为其在新型光学器件方面的应用提供理论支持和实验基础。

同时，这项研究对于认识新型材料和光子晶体的物理特性及其应用也将有着重要的科学意义和实际价值。

负折射率材料的基础研究

参考内容
引言
随着科技的快速发展，新型材料不断涌现，为各个领域的发展带来了新的机遇和挑战。其中，负折射率材料作为一种具有特殊性质的新型材料，引起了广泛的。负折射率材料具有负的介电常数和磁导率，可以改变光的传播方向，具有潜在的军事应用价值。本次演示将围绕负折射率材料及其军事应用展开讨论。
背景
结论
负折射率材料作为一种新型的人工材料，在军事领域具有重要的应用价值。本次演示介绍了负折射率材料在军事领域的应用，包括制造隐身衣、高精度光学元件和传感器、高性能吸波材料等。虽然负折射率材料目前还存在制备难度大、成本高等问题，但随着科学技术的不断进步和优化，相信未来会有更加广泛的应用前景。为了充分发挥负折射率材料的潜力，需要进一步深入研究其制备技术、性能优化及其在军事领域的应用情况等问题。
2、液晶显示应用
液晶显示是一种广泛使用的显示技术，具有低功耗、重量轻、体积小等优点。将负折射率材料应用于液晶显示中，可以显著提高显示效果。利用负折射率材料的逆斯涅尔效应，可以实现图像的清晰度和对比度的提高，同时降低反射光的影响，提高液晶显示的视觉效果。
正文3：负折射率材料的制备方法、工艺和生产流程
随着负折射率材料的不断研究与开发，其应用领域也将越来越广泛。在光子学方面，负折射率材料将进一步应用于光子晶体、光子集成电路等领域，推动光子技术的发展。在液晶显示方面，通过将负折射率材料与液晶分子相结合，可以提高显示效果和用户体验。此外，负折射率材料还可以应用于隐身技术、电磁屏蔽、吸波材料等领域。
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结论与展望
本次演示通过对负折射率介质特性的实验研究，验证了光在其中的传播规律和电磁场分布等特性。然而，由于实验条件的限制，我们尚未能够对不同类型和性质的负折射率介质进行详细研究。未来，可以进一步拓展对负折射率介质特性的研究，如探索不同材料和环境因素对其特性的影响，以及负折射率介质在光学、量子信息、电磁隐身等领域的应用前景等。开展更加精确的实验测量和理论研究也是未来研究的重要方向。

负折射率材料探究

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由前述交接面两边电场，磁场切向分量连续的条件，要求对于任何x,满足
ae jk x x be jk x x ce jk x x ；
i
r
t
1
k zi
ae jk x x
i
i
1
r
be jk x x
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r
2
k zt
ce jk x x ；
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则等式两边指数函数中的宗量必须相等： k x k x k x k x 。又
得到：
2 E (r ) k 2 E (r ) jwuJ (r ) E z0 E ( x ) J (r ) z0 J 0 ( x x0 ) d2 E ( x) k 2 E ( x) jwuJ 0 ( x x0 ) 2 dx 用待定系数法界方程，设： E ( x) exp( jk | x x0 |) 式子中的为待定系数，带入微分方程，得到： d2 E ( x) k 2 E ( x) 2 jk0 n ( x x0 ) jwuJ 0 ( x x0 ) 2 dx 式中k k0 n, k0 0u0 为真空中的波数，n为折射率比较函数前面的系数得到： u wu J0 0 r J0 2k0 n 2n 式中0 u0 / 0 , 于是得到 J 0 exp( jk | x x0 |) 2n 另一方面，我们由麦克斯韦方程组变形后可以得到： E J * （E H*） +jw(E D* -B H* ) 上式右边的第一项对应于复坡印亭矢量的散度第二项对应于复电磁能，它们的值都是正的，因此方程左边的实部和虚部也是正的，于是计算左边的平均功率有： E ( x)

负折射率材料

负折射率材料一、负折射率材料历史及研究现状负折射率材料(NIMs，Negative index materi—als)是指一种介电常数e和磁导率同时为负值的材料，具有负群速度、负折射效应、逆多普勒效应、逆切仑科夫辐射、理想成像等异常的物理性质。

这种被称为负折射率材料(“左手材料”）的人工复合材料在固体物理、材料科学、光学和应用电磁学领域内开始获得愈来愈广泛的青睐,对其的研究正呈现迅速发展之势。

到目前为止，负折射率材料已经在微波、太赫兹波、红外以及可见光波段被证实，并已经开始进行应用领域的研究与探索。

这种负折射率系数介质的人工复合材料在理论与实验上引起了广泛关注.早在1967年Veselago首先研究了这种负折射率系数材料（1eft—handed media）,他用方程证明这种材料具有负的光学折射率。

由于传统材料的折射率为正数，我们通常称这种材料为正折射率材料.负折射率材料具有一些奇特的光学与电磁学性质,比如Doppler效应与Cherenkov辐射的逆转、交界面上的反常折射、原子自发辐射率的特殊改变等现象在负折射率材料中都会出现。

电磁波在这种材料中的传播特性与在一般材料中相比有很大的不同。

负折射率材料的出现，颠覆了～般材料中所普遍遵循的“右手规律”。

而它的出现却是源于上世纪60年代前苏联科学家的假想.物理学中,介电常数e和磁导率p是描述均匀媒质中电磁场性质的最基本的两个物理量.在已知的物质世界中，对于电介质而言，介电常数e和磁导率u都为正值,电场、磁场和波矢三者构成右手关系,这样的物质被称为右手材料（right-handexlmalefials，RHM)。

这种右手规则一直以来被认为是物质世界的常规，但这一常规却在上世纪60年代开始遭遇颠覆性的挑战。

1968年，前苏联物理学家Veselago在前苏联一个学术刊物上发表了一篇论文，首次报道了他在理论研究中对物质电磁学性质的新发现,即:当e和肛都为负值时，电场、磁场和波矢之间构成左手关系。

负折射率材料探究

向)。现在把检测器安装在可旋转的架子上(1.5 °步进)，这时试验人员就可以对RHM，LHM
分别测量其接收电平与角度( )的关系，并作比较。图4是取频率f=10.5GHz时接收电平与折
射角的关系，为了方便，把两种样品的峰值电平都归一化为1。结果是，对于常规材料(RHM)
的Teflon，峰值发生在27°处，对应n＝1．4 0．1;对于LHM系统，峰值发生在-61°处，对应n＝－2．7 0．1j．可见，在LHM情况下、折射角与BHM相差88° (接近π ／2即90度)．故
平方根。由于µε 仍为正值，保证了波的传播；而n 取负值，符合能量守恒定理。 2、利用平均功率大于0进行证明：假设一块无限大的金属薄平板插在无限大的负折射率材料中，金属薄平板上通有角频率为w 的时变电流，电流密度为J。并且注意J的方向与负折射物质的金属线平行，金属薄平板的法
向与开口金属环所在的平面垂直，如下图所示，时变电流产生波矢量为k的平面电磁波，由麦克斯韦方程组：
处的电容，L 为 SRR 环的电感，由于有很多束的 SRR 组合在一起，单束的 SRR 环中的磁
通量必定有来自于其他 SRR 环的磁通量，为此要引入一个互感M ,因此下面的分析，就
是要先用器件的参数来表示出 L 和 M，然后求得磁导率的表达式。
给所有的 SRR 环一个交变的磁场 H 0 ，则在 SRR 环中将会产生绕环的电流假设一束 SRR
11 sin ,
k
t x
22 sin
;因此得到：
11 sin 22 sin ，即 n1 sin n2 sin 。整个证明过程与在正折射率介
质中并无太大差异，可见Snell 定律在负折射率介质中仍是成立的。有所区别之处在于对于