负折射率材料
负折射率材料
超颖材料（Metamaterials）的发展李雄SC08009037 机密机械与精密仪器系本人博士阶段的课题方向为超颖材料（Metamaterials）的设计与应用。
Metamaterials这一概念在提出之初，通常指的是介电常数(ε)和磁导率(μ)都是负数的材料(物质)，因此它又称负折射率材料、左手材料或双负材料，这在自然界中并不存在。
然而随着这一新兴领域的发展，其研究范围被不断扩展，目前，它的范围已包含负折射率材料，单负材料（人工复介电常数材料(ε)和人工复磁导率材料），人工超低折射率材料和超高折射率材料等等。
Metamaterials是本世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇，正因为其具有自然界物质不存在的奇异特性，因而受到广泛关注，并已在其相关的几个实际应用领域显示出了巨大的应用前景。
1、Metamaterials的发展概述拉丁语“meta-”，可以表达“超出…、亚…、另类”等含义。
对于metamaterial 一词，目前尚未有一个严格的、权威的定义，各种不同的文献上给出的定义也各不相同。
但一般文献中都认为metamaterial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”。
从这一定义中，我们可以看到metamaterial重要的三个重要特征：（1）metamaterials通常是具有新奇人工结构的复合材料；（2）metamaterials具有超常的物理性质（往往是自然界的材料中所不具备的）；（3）metamaterials性质往往不主要决定与构成材料的本征性质，而决定于其中的人工结构。
尽管metamaterials的概念出现于21世纪，但追溯其源头则可以找到上一世纪中后期几位杰出科学家的“灵光一闪”。
1967年，前苏联科学家维克托·韦谢拉戈（Victor Veselago）提出，如果有一种材料同时具有负的介电常数和负的磁导率，这种物质将能够颠覆光学世界，它能够使光波看起来如同倒流一般，并且在许多方面表现得有违常理的行为。
负折射率材料
First LHM
毫米尺寸
Two concentric split-ring resonators (SRRs), which be regarded as an electronic circuit consisting of inductive and capacitive elements, were predicted to give rise to μ′ < 0.
? 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。
The LHM sample consists of square copper split ring resonators and copper wire strips on fiber glass circuit board material. The rings and wires are on opposite sides of the boards.
、 、Euv 始Huv终Sv构成右手螺旋关系。
因此在左手材料中，（它的方向kv 代表电磁波相速的
方向）和 的方向相Sv反。
为负n 数? ，c 所? 以ck 这种
Hale Waihona Puke v?介质也被称为“负折射率物质” （Negative Index
Materials, NIM)
左手材料中，电磁波的 相速度和群速度方向相反。
主要内容
? 什么是负折射率材料 ? 负折射率材料的研究与进展
? 微波波段的负折射率材料的研究进展 ? 光波波段的负折射率材料的研究进展 ? 负折射率材料中短脉冲的研究进展
什么是负折射率材料
在经典电动力学中，介质的电磁性质可以用
负折射率材料的隐身原理
负折射率材料的隐身原理英文回答：The principle of invisibility in materials with negative refractive index is based on the concept of bending light in a way that makes an object appearinvisible or undetectable. In conventional materials, when light passes from one medium to another, it bends or refracts according to Snell's law, which states that the angle of incidence is equal to the angle of refraction. However, in materials with negative refractive index, the direction of refraction is opposite to the direction predicted by Snell's law.This unique property allows for the creation of devices or structures that can manipulate light in unconventional ways. By carefully designing the structure and composition of the material, it is possible to control the path oflight and create a "cloak" that can hide an object from view. When light interacts with such a material, it is bentaround the object and then continues on its original path, making the object effectively invisible.One example of a material with negative refractive index is metamaterials. These are artificially engineered materials that exhibit properties not found in nature. Metamaterials are composed of subwavelength structures that can manipulate electromagnetic waves, including visible light. By arranging these structures in a specific pattern, it is possible to create a material with negativerefractive index.Imagine a scenario where a person is standing behind a cloak made of metamaterials with negative refractive index. When light from the surroundings hits the cloak, it is bent around the person and continues on its original path without any distortion. As a result, the person behind the cloak becomes invisible to an observer outside the cloak.Another example is the use of negative refractive index materials in optical lenses. Traditional lenses are designed to bend light in a way that focuses it onto aspecific point. However, these lenses suffer from certain limitations, such as spherical aberration and chromatic aberration. By using materials with negative refractive index, it is possible to overcome these limitations and create lenses that provide improved imaging capabilities.中文回答：负折射率材料的隐身原理基于一种将光线弯曲的概念，使物体看起来无形或难以被探测。
左手材料-负折射率材料
借鉴自然界中的原子和分子结构，设计新型的人工原子和分子结构， 以实现更高级的左手材料功能。
多物理场调控材料
探索在电磁场、温度场、压力场等多物理场作用下，左手材料的性 能变化和调控机制，为新材料的研发提供理论支持。
技术创新与应用拓展
高效制备技术
研发新型的制备技术，实现左手材料的快速 、低成本、大规模制备，以满足市场需求。
引领科技革命
左手材料在通信、能源等领域的应用前景广阔，有望引领新一轮 的科技革命。
促进交叉学科发展
左手材料涉及物理学、化学、生物学等多个学科领域，其研究将 促进交叉学科的发展和融合。
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05 左手材料面临的挑战与解 决方案
材料稳定性问题
总结词
左手材料的稳定性问题是限制其应用的关键因素之一。
详细描述
左手材料在外部环境变化下容易发生结构变化和性能衰退，这会影响其负折射率的稳定性和可靠性。
制备成本问题
总结词
高昂的制备成本是阻碍左手材料广泛应 用的重要因素。
VS
详细描述
目前，左手材料的制备通常需要复杂的实 验设备和精细的工艺控制，这导致了较高 的制造成本。降低制备成本是推动左手材 料普及的关键。
应用领域
微波器件
利用左手材料的特殊性质，可 以设计出性能优异的新型微波
器件，如滤波器、天线等。
光学领域
左手材料在光学领域的应用前 景广阔，如光子晶体、光学隐 身等。
军事领域
由于左手材料具有反向的 Doppler效应等特性，可以应 用于军事雷达和隐身技术。
生物医学
左手材料在生物医学领域也有 潜在的应用价值，如医学成像
功能材料(负折射率材料)
负折射率材料实验中发现，在某种材料中，光线的折射与正常折射不同，正常折射时，光线会位于法线的不同侧，在这种材料中，光折射时，光线位于法线的同侧，因此称之为负折射现象，这种材料叫做负折射率材料。
在负折射率材料中，电场、磁场和波矢方向符合“左手法则”，而不是常规材料中的右手定则，所以具有负折射率的材料也被称为左手材料。
光波在其中传播时，能流方向和波矢方向相反，用同时具备负介电常数和负磁导率的超材料可以得到这一现象，此时超材料具有负折射率，这样的材料也被叫做负折射率材料。
光波是一种电磁波，在传播过程中，电场、磁场和波矢方向遵守右手定则)//(k H E ⨯。
光发生正常折射时，遵守折射定律)sin sin (2211i n i n =，入射光线和折射光线在法线的不同侧，同时遵守费马原理——光程沿平稳值的路径而传播。
但是当光波从具有正折射率的材料入射到具有负折射率材料时，介电常数和磁导率都为负)0,0(<<με，折射率n 取负值)0(<-=εμn ，电场、磁场和波矢符合左手定则，能流方向和波矢方向相反)(⨯=。
自然电磁材料以原子或分子构成，光学和电磁性质通过化学来改变，介电常数和磁导率既定且取值有限。
而超材料一般认为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，通过单胞的几何排列，设计出不同的结构单元，原则上能够实现几乎任意的电磁参数，比如负值。
在晶体学中，原胞是最小重复单元具有一个格点，格点上的原子是一个或者两个或者两个以上，单胞是原胞的整数倍，可以通过改变单胞的形状、大小和构型，使单胞达到几十或者几百个原子的量级，甚至更高，从而改变材料的电磁参数，由此控制电磁波的传输。
调控电磁参数可以使材料的折射率为负值，使得这种超材料成为负折射率材料。
目前扫描隧道显微镜（STM ）可以观察和定位单个原子，此外，扫描隧道显微镜在低温下（4K ）可以利用探针尖端精确操纵原子，所以可以利用扫描隧道显微镜改变单胞的几何结构，得以实现具有负折射率的超材料。
负折射率材料
负折射率材料超颖材料（Metamaterials）的发展李雄SC08009037 机密机械与精密仪器系本人博士阶段的课题方向为超颖材料（Metamaterials）的设计与应用。
Metamaterials这一概念在提出之初，通常指的是介电常数(ε)和磁导率(μ)都是负数的材料(物质)，因此它又称负折射率材料、左手材料或双负材料，这在自然界中并不存在。
然而随着这一新兴领域的发展，其研究范围被不断扩展，目前，它的范围已包含负折射率材料，单负材料（人工复介电常数材料(ε)和人工复磁导率材料），人工超低折射率材料和超高折射率材料等等。
Metamaterials是本世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇，正因为其具有自然界物质不存在的奇异特性，因而受到广泛关注，并已在其相关的几个实际应用领域显示出了巨大的应用前景。
1、Metamaterials的发展概述拉丁语“meta-”，可以表达“超出…、亚…、另类”等含义。
对于metamaterial 一词，目前尚未有一个严格的、权威的定义，各种不同的文献上给出的定义也各不相同。
但一般文献中都认为metamaterial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”。
从这一定义中，我们可以看到metamaterial重要的三个重要特征：（1）metamaterials通常是具有新奇人工结构的复合材料；（2）metamaterials具有超常的物理性质（往往是自然界的材料中所不具备的）；（3）metamaterials性质往往不主要决定与构成材料的本征性质，而决定于其中的人工结构。
尽管metamaterials的概念出现于21世纪，但追溯其源头则可以找到上一世纪中后期几位杰出科学家的“灵光一闪”。
1967年，前苏联科学家维克托·韦谢拉戈（Victor Veselago）提出，如果有一种材料同时具有负的介电常数和负的磁导率，这种物质将能够颠覆光学世1996, 76: 4773~4776.[3] J. B. Pendry, A. J. Holden, D. J. Robbins, and W. J. Stewart, Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., 1999, 47(11): 2075~2084.2001年Shelby等人将调介电常数和调磁导率的结构融合在一起，实验上证实了负折射率的存在。
neg玻璃折射率
neg玻璃折射率1. 引言光学是研究光的传播和相互作用的科学领域，而折射率是光在介质中传播时的一个基本参数。
折射率描述了光在不同介质中传播时的速度变化情况，是光学研究中一个重要的物理量。
玻璃作为常见的光学材料之一，其折射率对于许多应用具有重要意义。
在实际应用中，有时我们需要调控玻璃的折射率以满足特定需求。
其中，neg玻璃就是一种具有负折射率特性的材料。
本文将详细介绍neg玻璃折射率相关内容。
2. neg玻璃简介neg玻璃（Negative Index Glass）是一种特殊材料，其具有负折射率特性。
正常情况下，当光从一个介质进入另一个介质时，由于两个介质中光速度的不同而发生折射现象。
然而，在neg玻璃中，当光从空气等正常材料进入neg玻璃时，它会出现与常规材料相反的折射现象，即向与法线相反的方向弯曲。
neg玻璃的负折射率特性使得它在光学器件设计、超材料制备等方面具有广泛应用前景。
通过控制neg玻璃材料的组成和结构，可以调节其折射率，进而实现对光的传播和操控。
3. neg玻璃折射率的影响因素neg玻璃的折射率受多个因素影响，下面将介绍其中几个主要因素：3.1 材料成分neg玻璃的折射率与其成分有着密切关系。
通过调节不同元素或化合物在材料中的含量比例，可以改变neg玻璃的折射率。
例如，在氧化硼基负折射率材料中，通过改变硼含量可以实现对折射率的调控。
3.2 结构参数材料中微观结构参数也会对neg玻璃的折射率产生影响。
例如，在具有周期性孔隙结构的负折射率材料中，孔隙大小和排列方式会直接影响其整体折射率。
3.3 外界条件温度、压力等外界条件也会对neg玻璃的折射率产生影响。
在一些特殊应用中，需要考虑neg玻璃在不同温度或压力下的折射率变化情况。
4. neg玻璃折射率的测量方法测量neg玻璃的折射率是研究和应用该材料的重要手段之一。
下面将介绍几种常见的测量方法：4.1 光束偏转法光束偏转法是最常用的测量折射率的方法之一。
有关负折射率材料
有关负折射率材料请不要从网上COPY那些到处都是的资料，谢谢。
1 负折射率材老一般都是什么成分，结构2 材料目前有哪些缺点3 改进的办法中国科学院网2005年7月12日报道近日，由中国科学院物理所张道中研究员领导的光子晶体研究小组与北京师范大学物理系的张向东教授合作，在负折射介质的理论和实验研究方面取得突破。
研究人员发现，十二重对称的电介质准晶光子结构也会出现负折射效应，而且在某些性能上优越于光子晶体负折射介质。
研究人员首先运用精确的多重散射方法计算了具有十二重对称性的准周期排列的三氧化二铝陶瓷圆棒构成的光子结构的透射谱，发现了光子带隙的存在。
这和周期排列的光子晶体结构十分类似。
进一步的计算发现，当频率处于带隙上头的光束通过一个直角棱镜的斜边时，发生了明显的负折射现象。
从入射角和折射角的数值，以及折射公式，可以推断出准晶光子结构的有效折射率的数值来。
研究人员随后开展了微波波段的实验测量，证实了理论预言。
在某些频率窗口，准晶光子结构的折射率可为理想值-1，而且空间色散小，接近各向同性材料。
这和十二重对称的准晶光子结构的高空间对称性是相符合的。
负折射介质的一个重要应用是透镜成像。
理论和实验均表明，所制备的准晶光子平板结构确实能够对从点光源发出的电磁波起会聚和成像作用。
而且，所成的像可在近场区域之外，像距随物距的增大而线性增大，这些特征和一个理想的折射率为-1的介质平板的折射和成像行为十分吻合，充分表明了所制备的准晶光子结构具有优良的负折射性质。
由于所用的电介质材料无吸收，可以预计，所研究的结构可以直截了当地推广到更加感兴趣的可见光和红外波段区域。
上述的结果已经发表在6月24日的Physical Review Letters 上[Vol. 94, 247402, 2005]。
目前，研究人员正在深入探索这些准晶光子结构出现负折射效应的深层次的物理根源。
据悉，近几年来，负折射介质由于其独特新颖的物理性质和诱人的应用前景而获得了国际学术界的广泛关注。
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。
超材料与负折射材料
超材料与负折射材料近年来，超材料和负折射材料成为光学领域研究的热点。
它们的出现给光学器件的设计与制造带来了新的可能性，也为科学家们开辟了一片崭新的研究领域。
本文将从超材料的定义、性质和应用以及负折射材料的原理、研究进展和商业应用等方面进行探讨。
超材料是由人造的纳米结构所构成的材料，它们能够表现出自然界中不存在的一些特殊性质。
超材料通过精确控制纳米结构的几何形状和分布，可以有效地操作光的传播方式。
其中最常见的超材料是负折射材料。
负折射材料是指其折射率为负值的材料。
根据电磁学理论，材料的折射率决定了光线在材料中的传播速度和路径。
通常情况下，光在传播过程中会遵循折射定律，即入射角和折射角之间的关系。
然而，对于负折射材料来说，入射角和折射角之间的关系与一般材料相反。
这意味着光线能够向自己的入射方向弯曲，形成反常的折射现象。
负折射材料的原理可以通过微观结构的调控来实现。
常见的负折射材料是由金属纳米结构和介电材料构成的周期性复合材料。
介电材料的折射率为正值，而金属纳米结构的电子态使得材料的有效折射率为负值。
这种负有效折射率导致光线的传播发生反常折射，使光线得以在负折射材料中聚焦和放大。
负折射材料在光学器件的设计与制造中起到了重要的作用。
例如，将负折射材料用于透镜的设计可以使光线得到聚焦，从而提高成像的分辨率。
此外，负折射材料还可以应用于超分辨显微镜、光波导等领域，为现有技术带来了新的突破和改进。
随着对超材料的深入研究，科学家们不仅实现了负折射，还发现了一些其他奇妙的性质。
例如，铁磁超材料可以实现完全二维成像，超常折射材料可以在光学元件中消除衍射现象。
这些发现为光学技术的发展提供了新的思路与方向。
负折射材料的研究还面临着一些挑战和困难。
目前的负折射材料往往限制在特定波段的工作范围内，并且制造过程较为复杂和昂贵。
此外，负折射材料的纳米结构也需要进一步优化，以提高其性能和稳定性。
这些问题需要科学家们在未来的研究中共同努力解决。
新型负折射材料
负折射材料一、背景1968年，前苏联物理学家Veselago 在其理论研究中提到过，如果某种材料具有负的介电常数和负的磁导率，那么该材料将展示出大量的新奇的光学现象，如电磁波的传播、多普勒频移以及折射等，这样的物质即为左手性物质(LHM)．但是，Veselago的这个观点直到2000年，美国麻省理工学院的Smith研究小组首次人工合成具有负折射率的物质之后才得到证实．最近对光子晶体的研究也表明：光子晶体具有反常折射现象，即在近红外光谱段产生了负折射．如果能对这些反常介质进行全面的掌握，那么就有望为我们对于光传播的一些细微结构机理以及研制一些具有特殊技能的技术或仪器提供基础。
当负折射率的理论推导发展得较为完善的时候，其实验方面的证明还处于停滞不前的状态，直到20世纪，英国物理学家Pendry等提出：用周期性排列的金属条和金属谐振环可以在微波波段产生负等效的介电常数和磁导率．最初用实验来证明负折射率介质存在的实验是美国的Smith等。
该实验是在微波段进行，采用二维线阵产生负介电常数(ε<0)，有缝的环状谐振器产生负磁导率(μ<0，多个环状谐振器组成周期阵列并互相耦合，可以令μ由正变负)，然后组合成一个相当于棱镜的体系．最后用微波进行照射，再测量其散射角(θ)和有效折射率(n)。
结果发现，左手性材料的折射角跟右手性材料的角度相差为88°(接近90°)，故可知在一定频率下，左手性材料的折射角与斯涅尔定律指示的偏转方向不同，即n<0。
二、负折射理论电磁波在介质中的传播行为是由其介电常数ε和磁导率μ决定的。
一束平面波在各向同性均匀介质中传播，其波矢k和频率ω满足色散关系：222c n k ω=，εμ=n ，εμ12=c其中n 代表折射率，c 是真空中光速。
如果不考虑任何能量的损耗，在正常介质中，n 、ε、μ均为正实数。
负折射率介质中n 、ε、μ均为负实数。
负折射性质，当电磁波经过正常材料与负折射材料界面的时候，表现同样不一样。
等效负折射率平板透镜原理
等效负折射率平板透镜原理
等效负折射率平板透镜是一种光学器件，它利用材料的负折射率特性来改变光束的传播方向。
其工作原理如下：
1. 负折射率材料：等效负折射率平板透镜使用具有负折射率特性的材料制成。
负折射率材料是指其折射率小于零的特殊材料，例如某些金属氧化物或者周期性结构的材料。
2. 相位反转：当光线从正折射率材料射入负折射率材料时，光线会在界面上发生相位反转。
这意味着入射光的波前变得凸起，而不是向外凸出。
3. 光线偏折：由于存在相位反转，光线在负折射率材料中的传播方向会发生偏折。
根据折射定律，光线在由正折射率材料到负折射率材料的界面上的入射角小于折射角，因此光线会向界面的法线方向偏折。
4. 效应等效成透镜：通过选择合适的负折射率材料的厚度和形状，可以使得入射光线在经过平板透镜后呈现出透镜的成像效果。
由于光线在负折射率材料中的传播方向与正透镜相反，因此等效负折射率平板透镜可以实现与正透镜相同的成像功能。
总之，等效负折射率平板透镜利用负折射率材料的相位反转和光线偏折效应，使得光线在通过平板透镜后呈现出透镜的成像效果。
这种透镜可以在一定程度上克服正透镜所存在的一些光学缺陷，具有一定的应用潜力。
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
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
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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。
他称这种假想的物质为左手材料(1eft．handed materials，LHM)，同时指出，电磁波在这种材料中的行为与在右手材料中相反，比如光的负折射、负的切连科夫效应、反多普勒效应等。
这篇论文引起了一位英国人的关注，1968年被译成英文重新发表在另一个前苏联物理类学术刊物上，但几乎无人意识到，材料世界将从此翻开新的一页。
负折射率材料的研究发展并不一帆风顺。
在这一具有颠覆性的概念被提出后的三十年里，尽管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。
2003年是负折射率材料研究获得多项突破的一年。
美国西雅图Boeing PhantomWorks的C．Parazzoli与加拿大University ofToronto电机系的G Eleftheriades所领导的两组研究人员在实验中直接观测到了负折射定律；Iowa State University的s．Foteinopoulou也发表了利用光子晶体做为介质的负折射率物质理论仿真的结果；美国麻省理工学院的E．Cubukcu和K．Aydin在《自然》杂志发表了文章，描述了电磁波在二维光予晶体中的负折射现象的实验结果。
基于科学家们的多项发现，负折射率材料的研制赫然进入了美国《科学》杂志评出的2003年度全球十大科学进展，引起全球瞩目。
2004年，我国“973”光子晶体项目首席科学家、复旦大学的资剑教授领导的研究小组经过两年的研究与巧妙设计，利用水的表面波散射成功实现了负折射率介质超平面成像实验，论文发表于著名的《美国物理评论》杂志上，即刻引起学术界的高度关注，被推荐作为《自然》杂志焦点新闻之一。
同济大学波耳固体物理研究所以陈鸿教授为首的研究小组从2001年开始对负折射率材料展开研究，经过两年的研究，在基础理论和材料的制备与表征方面取得了重大进展，成果在国际物理学著名刊物上发表，2004年在国际微波与毫米波技术大会上作大会报告，并在2005年日本召开的国际微波与光学技术研讨会上作邀请报告。
在我国，负折射率材料的研究已引起科学界的密切关注。
复旦大学、香港科技大学、中科院物理研究所、南京大学、北京大学、西北工业大学等单位均有科学家先行涉足这一领域的研究。
国家自然科学基金委将负折射率材料和负折射效应的研究列入了2005年重点交叉项目指南中，在数理部和工程与材科学部联合的“准相位匹配研究中的若干前沿课题”主题中将“左手材料相关基础性问题研究”列为主要探索内容之一，在数理部和信息科学部联合的“周期和非周期微结构的新光子学特性”主题中将“周期及非周期微结构中在太赫兹、近红外及可见波段的负折射效应研究”列为主要探索内容之一。
同时，基金委信息学部将“异向介质理论与应用基础研究”列入重点项目指南。
二、负折射率材料异常的物理性质负折射是负折射率材料表现出来的最大特性，也是当今对负折射率材料应用研究的一个主要方向。
自然界中，当入射光线穿过两种介质界面时会发生反射和折射现象，这种现象称为“正折射”，如下图所示。
若介质1为普通材料，而介质2为负折射率材料时，入射光线1和折射光线3位于界面法线同侧，且折射光线的能流S方向与波矢量K方向相反，被称为“负折射”。
负折射率材料的主要特点是改变了光的传播方向。
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。
如图3所示，在普通介质中探测器靠近光源时(发射角频率为叫。
的电磁波)，探测到的频率会高于∞。
，反之将低于∞。
，而在负折射率介质中正好相反。
在真空中匀速运动的带电粒子不产生辐射电磁波，而当带电粒子在介质中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发出次波。
粒子速度超过介质中光速时，这些次波互相干涉，从而辐射出电磁波，称为Cerenkov辐射。
普通介质中，干涉后形成的波前是一个锥面，电磁波能量沿锥面的法线方向向前辐射出去。
而在负折射率介质中，能量的传播方向与相速相反，辐射将背向粒子的运动方向发出，形成逆Cerenkov辐射，如下图所示。
三、负折射率材料应用第一，军事隐形技术方面的应用。
往往最先进的技术总是会在军事方面最先崭露头角，随着电子技术的飞速发展，未来战场的各种武器系统面临着严峻的威胁，隐身技术作为提高武器系统生存能力的有效手段，受到世界各国的高度重视，一直是各国科学家致力于研究的一个重要方向。
隐身技术是通过控制武器系统或作战平台的信号特征，使其难以被发现、识别和跟踪打击的技术。
目前各国的隐身技术，主要是利用各种吸波、透波材料实现对雷达的隐形；采用红外遮挡与衰减装置、涂敷材料等降低红外辐射强度，实现对红外探测器的隐身；在可见光隐形上，只是靠涂抹迷彩或歪曲兵器的外形等初级的方法。
负折射率材料在其特性频带范围内对电磁波有较高的传输，即实现电磁波从原来的禁带到导带的转变，可以有效地降低特定频带范围的电磁波反射。
利用负折射率材料制造的武器系统或作战平台可以将光线或雷达波反向散射出去，使得从正面接收不到反射的光线或电磁波，从而在技术上实现武器系统或作战平台真正意义上的隐身。
下图所示为美国杜克大学电子与计算机工程系D．R．Smith教授等人和英国帝国学院物理系J．B．Pendry教授等人合作，基于人工电磁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。
2006年，。
SchurigEz展示了一种利用负折射率特性的“隐身斗篷”的雏形。
“隐身斗篷”的基本原理是：通过在物体表面包覆一层负折射率材料，这样入射光或电磁波将被弯曲，并且绕过包覆层，从而出现隐形的结果。
“隐身斗篷”内的物体就好像在空间中挖开了一个洞，任何光和电磁波将直接穿透这个洞，从而不会看到斗篷中隐藏的物体。
“隐身斗篷”将不仅仅被应用于“隐身”，凭借它的帮助，任何电磁信号都可以更为有效地绕开干扰和阻隔，从而保持信号的完整性。
因此，“隐身斗篷”在抗电磁干扰器件中也将有广阔的应用前景。
从近年来负折射率材料在军事领域的应用研究进展情况看，未来负折射率材料在电磁隐身、可见光隐身和声隐身方面将具有广泛的应用前景，并有可能替代现有的各种隐身技术，广泛应用于航天器、军用飞机、海军舰艇、地面战车以及重要军事设施和士兵隐身等领域，导致一场军事隐身技术领域的革命，使目前的各种军用探测设备失去作用，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。