超材料简介
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向，使这些光不可见。另一方面，从象素的平面阵列过来的光，不可 见地通过每根光纤，在三维空间的特定位置上发光。通过在空间中对 数以千计这种象素的排列，可以使得3-D 显示简单地浮现在空中。
5
1.2超材料的分类
（1）左手材料 （2）光子材料
6
二.左手材料
2.1左手材料的概念
左手材料”是指一种介电常数和磁导率同时为负值的材料。电磁波在 其传播时，波矢k、电场E和磁场H之间的关系符合左手定律，因此称 之为“左手材料”
16
在生物界中，也不乏光子晶体的踪影。以花 间飞舞的蝴蝶为例，其翅膀上的斑斓色彩， 其实是鳞粉上排列整齐的次微米结构，选择 性反射日光的结果.
17
3.2光子晶体的原理
晶体内部的原子是周期性有序排列的，这种周 期势场的存在，使运动的电子受到周期势场的布拉 格散射，从而形成能带结构，带与带之间可能存在 带隙。电子波的能量如果落在带隙中，就无法继续 传播。
1.2.2超材料可吸收所有光线 “当光线打击材料介质时会出现三种情况：光线被反射，比如光线照
射镜面时；光线被传播，比如光线照射在玻璃窗户上时；最后一种情 况就是光线被吸收并转换成热量。这种最新设计的超材料可以确保光 线既不被反射，也不在其中传播，而是将光线完全吸收转换成热量
4
1.2.3超材料用于3D显示 光从“超材料”制造的空心光纤投射下来，周围的光绕着管道改变方
操纵光的折射率并且完全控制光在空气中的传播。最新研究证明，光 （电磁波）能通过人造媒介，从A点无任何相变地传播到B点，好像该 传播媒介完全在空气中消失一样
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（2）科学家们将正折射率和负折射率结合在一起，实现了对光子相 位的精确控制。自然界中所有已知材料的折射率均为正。科学家们通 过对这些人造亚波长的纳米结构进行蚀刻，实现了对光传播的控制， 使该媒介中出现了一个负折射率。科学家们接着将该折射率为负的媒 介同一个折射率为正的媒介串联在一起，使得最终得到的纳米结构表 现得好似其折射率为零。
之中侦测器所接收到的电磁波频率将比ω0 高,而在左手材料中, 因 为能量传播的方向和相位传播的方向正好相反, 所以如果二者相向而 行,观察者接收到的频率会降低,则会收到比ω0低的频率,反之则会升 高,从而出现反多普勒效应
10
2.3左手材料的应用 什么是“看到” ？
11
超材料在隐身领域的研究及应用进展
7
2.2左手材料的性质
(1)负折射率效应 由n1sinθ1=n2sinθ2可知：（a）n1>0, n2>0时，θ2>0，即入射光
线位于介面法线的两侧；（b） n1>0, n2<0时， θ2<0，那么入射 光线与折射光线位于介面法线的同侧。
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(2)反多普勒效应 若光源发出频率ω0 的光,而侦测器以速度v 接近光源时,在一般介质
一.超材料
1.1超材料的概念
“超材料"是指一些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。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计， 可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通 性质的超常材料功能。
1.2超材料的应用
1.2.1零折射率超材料 （1）一个国际科研团队研制出了一种新的光纳米结构，使科学家能
谢谢
再见
25
超材料简介
报告人：康文彪
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目录
一.超材料 1.1超材料的概念 1.2超材料的分类 二.左手材料 2.1左手材料的概念 2.2左手材料的性质 2.3左手材料的应用 三.光子晶体材料 3.1光子晶体材料的概念 3.2光子材料的原理 3.3光子材料的应用
2
相似的，在光子晶体中是由光的 折射率指数的周期性变化产生了 光带隙结构，从而由光带隙结构 控制着光在光子晶体中的运动
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3.3光子晶体材料的应用
（1）微波领域中的应用—天线
19
基于LTCC超材料基板的微带天线研究
20
21
（2）电子计算机技术中的应用--光纤 光子晶体光纤
22
性的研究
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三.光子晶体材料
3.1光子晶体的概念
光子晶体是一种介电常数随空间周期性变化的新型光学微结构材料，其最根本的特征 是具有光子禁带。
如图1～3所示的光子晶体材料从一维到三维的结构,可以明显看出周期 性的存在.高低折射率的材料交替排列形成周期性结构就可以产生光子晶体 带隙.而周期的大小不同,导致了一定距离大小的光子晶体只对一定频率的 光波产生能带效应.也就是只有某种频率的光才会在某种周期距离一定的光 子晶体中被完全禁止传播。所谓的光子带隙是指某一频率范围的波不能在 此周期性结构中传播，即这种结构本身存在“禁带”
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1.2超材料的分类
（1）左手材料 （2）光子材料
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二.左手材料
2.1左手材料的概念
左手材料”是指一种介电常数和磁导率同时为负值的材料。电磁波在 其传播时，波矢k、电场E和磁场H之间的关系符合左手定律，因此称 之为“左手材料”
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在生物界中，也不乏光子晶体的踪影。以花 间飞舞的蝴蝶为例，其翅膀上的斑斓色彩， 其实是鳞粉上排列整齐的次微米结构，选择 性反射日光的结果.
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3.2光子晶体的原理
晶体内部的原子是周期性有序排列的，这种周 期势场的存在，使运动的电子受到周期势场的布拉 格散射，从而形成能带结构，带与带之间可能存在 带隙。电子波的能量如果落在带隙中，就无法继续 传播。
1.2.2超材料可吸收所有光线 “当光线打击材料介质时会出现三种情况：光线被反射，比如光线照
射镜面时；光线被传播，比如光线照射在玻璃窗户上时；最后一种情 况就是光线被吸收并转换成热量。这种最新设计的超材料可以确保光 线既不被反射，也不在其中传播，而是将光线完全吸收转换成热量
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1.2.3超材料用于3D显示 光从“超材料”制造的空心光纤投射下来，周围的光绕着管道改变方
操纵光的折射率并且完全控制光在空气中的传播。最新研究证明，光 （电磁波）能通过人造媒介，从A点无任何相变地传播到B点，好像该 传播媒介完全在空气中消失一样
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（2）科学家们将正折射率和负折射率结合在一起，实现了对光子相 位的精确控制。自然界中所有已知材料的折射率均为正。科学家们通 过对这些人造亚波长的纳米结构进行蚀刻，实现了对光传播的控制， 使该媒介中出现了一个负折射率。科学家们接着将该折射率为负的媒 介同一个折射率为正的媒介串联在一起，使得最终得到的纳米结构表 现得好似其折射率为零。
之中侦测器所接收到的电磁波频率将比ω0 高,而在左手材料中, 因 为能量传播的方向和相位传播的方向正好相反, 所以如果二者相向而 行,观察者接收到的频率会降低,则会收到比ω0低的频率,反之则会升 高,从而出现反多普勒效应
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2.3左手材料的应用 什么是“看到” ？
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超材料在隐身领域的研究及应用进展
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2.2左手材料的性质
(1)负折射率效应 由n1sinθ1=n2sinθ2可知：（a）n1>0, n2>0时，θ2>0，即入射光
线位于介面法线的两侧；（b） n1>0, n2<0时， θ2<0，那么入射 光线与折射光线位于介面法线的同侧。
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(2)反多普勒效应 若光源发出频率ω0 的光,而侦测器以速度v 接近光源时,在一般介质
一.超材料
1.1超材料的概念
“超材料"是指一些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。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计， 可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通 性质的超常材料功能。
1.2超材料的应用
1.2.1零折射率超材料 （1）一个国际科研团队研制出了一种新的光纳米结构，使科学家能
谢谢
再见
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超材料简介
报告人：康文彪
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目录
一.超材料 1.1超材料的概念 1.2超材料的分类 二.左手材料 2.1左手材料的概念 2.2左手材料的性质 2.3左手材料的应用 三.光子晶体材料 3.1光子晶体材料的概念 3.2光子材料的原理 3.3光子材料的应用
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相似的，在光子晶体中是由光的 折射率指数的周期性变化产生了 光带隙结构，从而由光带隙结构 控制着光在光子晶体中的运动
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3.3光子晶体材料的应用
（1）微波领域中的应用—天线
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基于LTCC超材料基板的微带天线研究
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（2）电子计算机技术中的应用--光纤 光子晶体光纤
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性的研究
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三.光子晶体材料
3.1光子晶体的概念
光子晶体是一种介电常数随空间周期性变化的新型光学微结构材料，其最根本的特征 是具有光子禁带。
如图1～3所示的光子晶体材料从一维到三维的结构,可以明显看出周期 性的存在.高低折射率的材料交替排列形成周期性结构就可以产生光子晶体 带隙.而周期的大小不同,导致了一定距离大小的光子晶体只对一定频率的 光波产生能带效应.也就是只有某种频率的光才会在某种周期距离一定的光 子晶体中被完全禁止传播。所谓的光子带隙是指某一频率范围的波不能在 此周期性结构中传播，即这种结构本身存在“禁带”