超材料metamaterial.ppt

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超材料metamaterial

超材料(metamaterial) 李成良、汤艳丰、张磊聪 定义、分类 Metamaterial 左手材料 光子晶体 隐身材料 电磁晶体 等离子体材料 超磁性材料 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅰ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅱ “metamaterial”;拉丁语“meta-”:超出,另类。 超材料: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 设计思路:以某种具有特殊功能的人工结构为基础 晶体,原子层次的有序结构类推到其他层次上的有序排列 Left-handed materials Metamaterial 左手材料: 介电常数和磁导率同时为负值的人工材料 麦克斯韦波动方程 ▽: Hamilton operator E: Electric vector B: Magnetic vector K: Phase propagation vector n: Refractive index c: Speed of light μ:Magnetic conductivity ε: Permittivity ω: Radian frequency μ>0,ε<0→K2<0 无波动解 (1) μ<0,ε<0→K2>0 有波动解 (4) μ<0,ε>0→K2<0 无波动解 (2) μ>0,ε>0→K2>0 有波动解 (3) (4) 左手材料 E 1968 Soviet Union “Veselago” 磁导率μ,介电常数ε:决定电磁波的传播特性, 当μ,ε>0时,电场、磁场、相位移方向构成右手螺旋关系。 Left-handed material Metamaterial ψ ψ ψ ψ Incident wave Reflected wave negative refraction Positive refraction 逆多普勒效应 负折射率 反常的“Cerenkov”效应 特性 满足左手螺旋定律 Left-handed material Metamaterial 单元开环谐振结构(SRR) ωe:electrical resonance frequency ωo : SRR resonance frequency ωp: plasma frequency ωm:magnetic resonance frequency εeff:effective dielectric constant μeff:effective magnetic permeability Υ:loss factor ωo<ω<ωm 制备 Left-handed materials Metamaterial 物体 成像 物体 成像 右手材料成像 左手材料成像 应用 倏逝波 利用反常切伦科夫辐射效应来探测高能带电粒子。 利用左手材料成像特点制备完美透镜。 利用反常的多普勒频移效应研制体积更小、价格更低廉的无损探伤设备。 完美透镜:左手材料制作的透镜不会丢失信息,会将所有的光场,包括衰逝场在内,完全复制到像点,能量无损耗,这样可以突破光学分辨率极限,故称之为完美透镜 通过人造左手结构来控制电磁波传播方向,用它制成定向天线。 光子晶体 隐身材料 Photonic crystal Metamaterial 光子晶体--自然界中的例子 ? Butterfly Opal Sea mouse 结构显色!!! Photonic crystal Metamaterial Photonic crystal Metamaterial 光子晶体特性 一、光子带陷 二、光子局域 三、负折射效应 四、超棱镜效应 五、自准直效应 Photonic crystal Metamaterial 光子局域 Photonic crystal Metamaterial 负折射效应 图 负折射成像 Photonic crystal Metamaterial 超棱镜效应 Photonic crystal Metamaterial 自准直效应 (a) 光束的自准直与发散示意图 (b) 自准直现象实验结果 图 自准直效应及其实验 Photonic crystal Metamaterial 图1 TIR-PCF的典型结构 图2 PBG-PCF的典型结构 光子晶体光纤两种类型: 在光子晶体的缺陷即空气孔中导光。 图2 PBG-PCF的典型结构 Photonic crystal Metamaterial 光子晶体激光器 Photonic crystal Metamaterial 光子晶体制备方法 ① 微机械加工法: 1991年,Ya

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