超材料(metamaterials)教學(xué)講解課件

第十一章光電“超材料”（metamaterials）第十一章光電“超材料”（metamaterials）1什么是“超材料（metamaterials）”？定義：具有天然材料所不具備的奇異物理性質(zhì)的人工材料。實(shí)例：光子（電磁波）帶隙材料“左手”材料超磁性材料什么是“超材料（metamaterials）”？定義：2通常是具有新奇結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料；具有超常的物理性質(zhì)；建立在革命性的物理概念基礎(chǔ)上；具有新穎的應(yīng)用前景。“超材料（metamaterials）”的特點(diǎn)通常是具有新奇結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料；“超材料（metamateri3基本設(shè)計(jì)思想通過各種層次的有序結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種物理量的調(diào)制，從而獲得自然界中在該層次上無序或無結(jié)構(gòu)的材料所不具備的物理性質(zhì)。自然界中物質(zhì)的有序主要存在于原子層次－－原子的有序排列形成晶體，進(jìn)而產(chǎn)生一些無定型態(tài)所不具備的物理特征。依此類比，在其它層次上的有序排列則可能獲得一定程度的自然界中的材料所不具備的物理性質(zhì)。基本設(shè)計(jì)思想通過各種層次的有序結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種物理量的調(diào)制，從4“超材料”設(shè)計(jì)路線“超材料”設(shè)計(jì)路線5基本原理基本原理6研究方法研究方法7設(shè)計(jì)空間設(shè)計(jì)空間8已有材料半導(dǎo)體超晶格光子晶體“左手材料”超磁性材料聲子晶體與聲學(xué)超結(jié)構(gòu)有序天線基板。。。。。已有材料半導(dǎo)體超晶格9實(shí)例：“超磁性”材料實(shí)例：“超磁性”材料10光子晶體光子晶體11什么是光子晶體？幾個(gè)基本概念光子能帶：電磁波在由不同介電材料組成的周期性的結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)，同半導(dǎo)體中的電子一樣，也會(huì)形成能帶結(jié)構(gòu)--光子能帶。光子能隙：光子能帶之間可能沒有重疊，這樣，也會(huì)形成同半導(dǎo)體一樣的能隙--光子能隙。頻率落在光子能隙中的電磁波是禁止傳播的。光子晶體：具有光子能隙的介電材料構(gòu)成的周期結(jié)構(gòu)什么是光子晶體？幾個(gè)基本概念12分析：介電常數(shù)變化介質(zhì)中光的傳播分析：介電常數(shù)變化介質(zhì)中光的傳播13一維周期結(jié)構(gòu)：最簡單的情形一維周期結(jié)構(gòu)：最簡單的情形14光子帶隙的形成光子帶隙的形成15發(fā)展歷程發(fā)展歷程16發(fā)展歷程發(fā)展歷程17二維光子晶體的中的光子帶隙二維光子晶體的中的光子帶隙18三維光子晶體的中的光子帶隙三維光子晶體的中的光子帶隙19三維光子晶體的態(tài)密度三維光子晶體的態(tài)密度20光子時(shí)代的半導(dǎo)體光子帶隙材料與半導(dǎo)體的比較

PhotonicCrystalSemiconductorPeriodicityCharacter:

RefractiveindexElectricalpotential

PeriodSize:Opticalwavelength

DeBroglieWavelengthEigenequation:Maxwell’sequationSchrodinger’sequationDispersionRelation:~KphE~Ke光子時(shí)代的半導(dǎo)體光子帶隙材料與半導(dǎo)體的比較21應(yīng)用領(lǐng)域無損耗波導(dǎo)及各類分光光路無損失反射鏡零閾值激光器及光學(xué)微腔光（電磁波）晶體管低閾值全光開關(guān)光（電磁波）放大器光子晶體光纖微波天線基板－－從理論上講，通過設(shè)計(jì)光子（電磁波）帶隙結(jié)構(gòu)，可以獲得幾乎任何我們所需要的光（電磁波）功能－－能夠使各類光學(xué)元器件集成到一起應(yīng)用領(lǐng)域無損耗波導(dǎo)及各類分光光路－－從理論上講，通過設(shè)22無損耗波導(dǎo)及各類分光光路無損耗波導(dǎo)及各類分光光路23光子晶體WDM光子晶體WDM24光子晶體光纖可以在很大的頻率范圍內(nèi)支持光的單模傳輸；光纖允許改變纖芯面積，以削弱或加強(qiáng)光纖的非線性效應(yīng)；可靈活地設(shè)計(jì)色散和色散斜率，提供寬帶色散補(bǔ)償。光子晶體光纖可以把零色散波長的位置移到1μｍ以下。

光子晶體光纖可以在很大的頻率范圍內(nèi)支持光的單模傳輸；25光子晶體表面發(fā)射激光器光子晶體表面發(fā)射激光器26全光開關(guān)與晶體管全光開關(guān)與晶體管27光晶體管原理光晶體管原理28微波調(diào)制器件微波調(diào)制器件29天線基板天線基板30“反OPAL”

結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的制備MonodispersecolloidalsuspensionofpolystyrenemicrospheresColloidcrystal(fcc)ofpolystyrenemicrospheresPLZTprecursorgelinfilledpolystyrenemicrospheresSelf-assemblyInfiltratingPLZTprecursorintothevoidsofthecolloidcrystalanddryingSinteringCeramicPLZTinversedOPAL“反OPAL”結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的制備Monodisper31“反OPAL”

結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的形貌與結(jié)構(gòu)Ifeelthatyouhavemadeanexcellentadvancementinartandscienceofformingphotoniccrystal.--DavidW.JohnsonJr.

“反OPAL”結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的形貌與結(jié)構(gòu)Ifeel32“反OPAL”

結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的透射與反射光譜“反OPAL”結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的透射與反射光譜33“反OPAL”

結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的透射與反射光譜“反OPAL”結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的透射與反射光譜34在片式電感陣列基礎(chǔ)上的微波帶隙結(jié)構(gòu)在片式電感陣列基礎(chǔ)上的微波帶隙結(jié)構(gòu)35微波傳輸譜微波傳輸譜36六角型矩陣的設(shè)計(jì)與制備

（a）設(shè)計(jì)陣列圖案

（b）流延得到的基板光學(xué)照片六角型矩陣的設(shè)計(jì)與制備（a）設(shè)計(jì)陣列圖案37微波傳輸譜（1）a)b)c)d)e)不同測試角度的微波傳輸譜微波傳輸譜（1）a)b)c)d)e)不同測試角度的微波傳輸譜38微波傳輸譜（2）帶隙結(jié)構(gòu)

微波傳輸譜（2）帶隙結(jié)構(gòu)39左手材料左手材料40什么是左手材料在一定的電磁波頻段同時(shí)具有負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率的材料系統(tǒng)。顛倒了電磁波傳播過程中電場、磁場和傳播方向所應(yīng)遵循的“右手定則”。什么是左手材料在一定的電磁波頻段同時(shí)具有負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率41基本設(shè)計(jì)思想色散方程：在一個(gè)各向同性的物質(zhì)中可寫成：

1967年，前蘇聯(lián)Veselago首次了在同時(shí)具有負(fù)的介電場數(shù)和負(fù)的磁導(dǎo)率的材料

如果我們不考慮損耗，認(rèn)為和

都是實(shí)數(shù)，則如果和

同時(shí)反號(hào)則對(duì)于這種關(guān)系沒有影響。

基本設(shè)計(jì)思想色散方程：在一個(gè)各向同性的物質(zhì)中可寫成：42“逆行波”電磁波傳播的能量是由坡印亭矢量表示

在一般的材料中，S與波矢k具有共同的方向，即電磁波的能量傳輸方向與相位傳輸方向相同在左手材料中，S與波矢k具有方向相反，表明能量的傳輸方向與相位的傳輸方向相反。

“逆行波”電磁波傳播的能量是由坡印亭矢量表示在一43反常多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)：在正常材料中，固定波源發(fā)出的電磁波，當(dāng)接收器做接近波源的運(yùn)動(dòng)時(shí)，所接收的波的頻率高于波源發(fā)出的電磁波的頻率；反之，如果接收器做遠(yuǎn)離波源的運(yùn)動(dòng)時(shí)，波源接收的電磁波的頻率將小于波源發(fā)出的電磁波的頻率。在左手材料中，固定波源發(fā)出的電磁波，當(dāng)接收器做接近波源的運(yùn)動(dòng)時(shí)，所接收的波的頻率低于于波源發(fā)出的電磁波的頻率；反之，如果接收器做遠(yuǎn)離波源的運(yùn)動(dòng)時(shí)，波源接收的電磁波的頻率將高于波源發(fā)出的電磁波的頻率。反常多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)：在正常材料中，固定波源發(fā)出的電磁波44負(fù)折射率性質(zhì)負(fù)折射率性質(zhì)45理想透鏡理想透鏡46能否存在負(fù)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率？一維電流當(dāng)材料參數(shù)恒定時(shí)

其中

當(dāng)介電場數(shù)與磁導(dǎo)率的乘積為正實(shí)數(shù)時(shí)，有兩種可能的解，在n<0的解中，電磁波不是朝遠(yuǎn)離源的方向運(yùn)動(dòng)而是朝向源的方向運(yùn)動(dòng)。能否存在負(fù)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率？一維電流當(dāng)材料參數(shù)恒定時(shí)其中47負(fù)介電常數(shù)的實(shí)現(xiàn)Materialshavenegativepermittivityslightlybelowtheplasmafrequency,whichistypicallyinthevisiblespectruminmetals:Periodiclatticeofwireshasreducedelectrondensity,increasedeffectivemassduetoselfinductionp~10GHzJ.B.Pendryetal,Phys.Rev.Let.76,4773(1996)負(fù)介電常數(shù)的實(shí)現(xiàn)Materialshavenegativ48負(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)現(xiàn)CreatemagneticresonancewithnonmagneticmaterialsUsesplitringresonatortogetcapacitive-inductiveresonanceStrongresonancegivesnegativeJ.B.Pendryetal,IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.

47,2075(1999).負(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)現(xiàn)Createmagneticresonan49SSR左手材料R.A.Shelbyetal,Science292,77(2001).

SSR左手材料R.A.Shelbyetal,Scie50基于傳輸線理論的左手材料傳統(tǒng)的傳輸線模型

左手材料中的傳輸線模型

基于傳輸線理論的左手材料傳統(tǒng)的傳輸線模型左手材料中的傳輸線51光子晶體中的電磁波“左手性質(zhì)”光子晶體中的電磁波“左手性質(zhì)”52特殊晶體介面導(dǎo)致的“左手現(xiàn)象”ImagesoflightpropagationinaYVO4bicrystalshowingtotalrefraction.Furthermorethematerialisamphoretic:itcanrefractinapositiveoranegativeway.Theupperpanelshowsanexampleofabnormal(negative)refraction,thelowerpanelshowsanexampleofnormal(positive)refraction.Notethatnoreflectionisvisibleatthebicrystalinterfacetothenakedeye.Thegreenlightrayhasawavelengthof532nm,whilethebluerayhasawavelengthof442nm.

特殊晶體介面導(dǎo)致的“左手現(xiàn)象”Imagesoflight53基于多層陶瓷工藝的LHM傳輸線理論為基礎(chǔ)LC陣列結(jié)構(gòu)小型、集成，易于器件化與LTCC技術(shù)相兼容基于多層陶瓷工藝的LHM傳輸線理論為基礎(chǔ)54設(shè)計(jì)方法由色散關(guān)系得到：

設(shè)計(jì)方法由色散關(guān)系得到：55設(shè)計(jì)參數(shù)

L＝1.6nHC=0.095pF由色散關(guān)系得到左手材料的頻率范圍是9G－11.3GHz在10G下

n＝－0.62基體材料采用低介瓷介電常數(shù)5。設(shè)計(jì)參數(shù)L＝1.6nHC=0.095pFn＝56設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)上述結(jié)果，采用流延工藝需要3張絲網(wǎng)，其中兩張與制備電感陣列工藝相同。另一張如下圖。其中電容由兩個(gè)線間的電容充當(dāng)。最后這張絲網(wǎng)印在最上面一層，作為傳輸線及電容。圖中結(jié)構(gòu)單元中的黑色線圈代表下層電感。此外，我們將調(diào)整樣品厚度希望可以得到左手材料的性質(zhì)。設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)上述結(jié)果，采用流延工藝需要3張絲網(wǎng)，其中兩張與制57燒結(jié)后的樣品燒結(jié)后的樣品58性能測量測量方法：在二維平面內(nèi)移動(dòng)探頭每一步間距2mm（如圖通過坐標(biāo)紙來標(biāo)記移動(dòng)距離）。通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測量每一點(diǎn)的S21參數(shù)。測量的頻率范圍是4GHz－18GHz。然后將不同點(diǎn)在同一頻率下S21參數(shù)的相位量按點(diǎn)的位置分布畫出樣品表面的電磁場的相位分布。性能測量測量方法：59測量結(jié)果（1）場分布測量可以應(yīng)用的范圍

圖4場分布的測量范圍（a）4GHz下的場分布（b）13GHz下的場分布（其中不同顏色表示不同的相位，相位的變化是－180°～＋180°（即－1.57~1.57弧度））測量結(jié)果（1）場分布測量可以應(yīng)用的范圍60測量結(jié)果(2)負(fù)折射率的現(xiàn)象我們?cè)?1GHz附近區(qū)域內(nèi)得到左手材料現(xiàn)象與在10GHz附近得到右手材料現(xiàn)象進(jìn)行比較。

（a）（b）圖6左手材料場分布與右手材料場分布比較。（a）11.5GHz下左手材料場分布（b）10GHz下右手材料場分布測量結(jié)果(2)負(fù)折射率的現(xiàn)象我們?cè)?1GHz附近區(qū)域內(nèi)得61測量結(jié)果(3)其他現(xiàn)象除了以上頻段中，我們得到了左手材料的性質(zhì)與右手材料的性質(zhì)外，我們還對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)在4GHz-13GHz范圍內(nèi)的其他頻段的場分布進(jìn)行了分析。從相位的場分布中得到一些比較復(fù)雜的現(xiàn)象。圖78.3GHz下場分布測量結(jié)果(3)其他現(xiàn)象除了以上頻段中，我們得到了左手材62負(fù)折射率與微波帶隙的關(guān)系負(fù)折射率與微波帶隙的關(guān)系63結(jié)束語“超材料”這一新的觀念尚未被學(xué)術(shù)界（特別是材料學(xué)界）完全接受，但作為一種材料設(shè)計(jì)理念，已開始為越來越多的學(xué)者所關(guān)注。更為重要的是它的出現(xiàn)會(huì)給人們的世界觀層面上帶來的沖擊，昭示人們可以在不違背基本的物理學(xué)規(guī)律的前提下，人工獲得與自然界中的物質(zhì)具有迥然不同的超常物理性質(zhì)的“新物質(zhì)”。迄今發(fā)展出的“超材料”系統(tǒng)多與電、磁、光性質(zhì)相關(guān)聯(lián)，為信息元件的新突破提供了一個(gè)新契機(jī)，因此值得我們關(guān)注。結(jié)束語“超材料”這一新的觀念尚未被學(xué)術(shù)界（特別64第十一章光電“超材料”（metamaterials）第十一章光電“超材料”（metamaterials）65什么是“超材料（metamaterials）”？定義：具有天然材料所不具備的奇異物理性質(zhì)的人工材料。實(shí)例：光子（電磁波）帶隙材料“左手”材料超磁性材料什么是“超材料（metamaterials）”？定義：66通常是具有新奇結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料；具有超常的物理性質(zhì)；建立在革命性的物理概念基礎(chǔ)上；具有新穎的應(yīng)用前景。“超材料（metamaterials）”的特點(diǎn)通常是具有新奇結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料；“超材料（metamateri67基本設(shè)計(jì)思想通過各種層次的有序結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種物理量的調(diào)制，從而獲得自然界中在該層次上無序或無結(jié)構(gòu)的材料所不具備的物理性質(zhì)。自然界中物質(zhì)的有序主要存在于原子層次－－原子的有序排列形成晶體，進(jìn)而產(chǎn)生一些無定型態(tài)所不具備的物理特征。依此類比，在其它層次上的有序排列則可能獲得一定程度的自然界中的材料所不具備的物理性質(zhì)。基本設(shè)計(jì)思想通過各種層次的有序結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種物理量的調(diào)制，從68“超材料”設(shè)計(jì)路線“超材料”設(shè)計(jì)路線69基本原理基本原理70研究方法研究方法71設(shè)計(jì)空間設(shè)計(jì)空間72已有材料半導(dǎo)體超晶格光子晶體“左手材料”超磁性材料聲子晶體與聲學(xué)超結(jié)構(gòu)有序天線基板。。。。。已有材料半導(dǎo)體超晶格73實(shí)例：“超磁性”材料實(shí)例：“超磁性”材料74光子晶體光子晶體75什么是光子晶體？幾個(gè)基本概念光子能帶：電磁波在由不同介電材料組成的周期性的結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)，同半導(dǎo)體中的電子一樣，也會(huì)形成能帶結(jié)構(gòu)--光子能帶。光子能隙：光子能帶之間可能沒有重疊，這樣，也會(huì)形成同半導(dǎo)體一樣的能隙--光子能隙。頻率落在光子能隙中的電磁波是禁止傳播的。光子晶體：具有光子能隙的介電材料構(gòu)成的周期結(jié)構(gòu)什么是光子晶體？幾個(gè)基本概念76分析：介電常數(shù)變化介質(zhì)中光的傳播分析：介電常數(shù)變化介質(zhì)中光的傳播77一維周期結(jié)構(gòu)：最簡單的情形一維周期結(jié)構(gòu)：最簡單的情形78光子帶隙的形成光子帶隙的形成79發(fā)展歷程發(fā)展歷程80發(fā)展歷程發(fā)展歷程81二維光子晶體的中的光子帶隙二維光子晶體的中的光子帶隙82三維光子晶體的中的光子帶隙三維光子晶體的中的光子帶隙83三維光子晶體的態(tài)密度三維光子晶體的態(tài)密度84光子時(shí)代的半導(dǎo)體光子帶隙材料與半導(dǎo)體的比較

PhotonicCrystalSemiconductorPeriodicityCharacter:

RefractiveindexElectricalpotential

PeriodSize:Opticalwavelength

DeBroglieWavelengthEigenequation:Maxwell’sequationSchrodinger’sequationDispersionRelation:~KphE~Ke光子時(shí)代的半導(dǎo)體光子帶隙材料與半導(dǎo)體的比較85應(yīng)用領(lǐng)域無損耗波導(dǎo)及各類分光光路無損失反射鏡零閾值激光器及光學(xué)微腔光（電磁波）晶體管低閾值全光開關(guān)光（電磁波）放大器光子晶體光纖微波天線基板－－從理論上講，通過設(shè)計(jì)光子（電磁波）帶隙結(jié)構(gòu)，可以獲得幾乎任何我們所需要的光（電磁波）功能－－能夠使各類光學(xué)元器件集成到一起應(yīng)用領(lǐng)域無損耗波導(dǎo)及各類分光光路－－從理論上講，通過設(shè)86無損耗波導(dǎo)及各類分光光路無損耗波導(dǎo)及各類分光光路87光子晶體WDM光子晶體WDM88光子晶體光纖可以在很大的頻率范圍內(nèi)支持光的單模傳輸；光纖允許改變纖芯面積，以削弱或加強(qiáng)光纖的非線性效應(yīng)；可靈活地設(shè)計(jì)色散和色散斜率，提供寬帶色散補(bǔ)償。光子晶體光纖可以把零色散波長的位置移到1μｍ以下。

光子晶體光纖可以在很大的頻率范圍內(nèi)支持光的單模傳輸；89光子晶體表面發(fā)射激光器光子晶體表面發(fā)射激光器90全光開關(guān)與晶體管全光開關(guān)與晶體管91光晶體管原理光晶體管原理92微波調(diào)制器件微波調(diào)制器件93天線基板天線基板94“反OPAL”

結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的制備MonodispersecolloidalsuspensionofpolystyrenemicrospheresColloidcrystal(fcc)ofpolystyrenemicrospheresPLZTprecursorgelinfilledpolystyrenemicrospheresSelf-assemblyInfiltratingPLZTprecursorintothevoidsofthecolloidcrystalanddryingSinteringCeramicPLZTinversedOPAL“反OPAL”結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的制備Monodisper95“反OPAL”

結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的形貌與結(jié)構(gòu)Ifeelthatyouhavemadeanexcellentadvancementinartandscienceofformingphotoniccrystal.--DavidW.JohnsonJr.

“反OPAL”結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的形貌與結(jié)構(gòu)Ifeel96“反OPAL”

結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的透射與反射光譜“反OPAL”結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的透射與反射光譜97“反OPAL”

結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的透射與反射光譜“反OPAL”結(jié)構(gòu)PLZT陶瓷的透射與反射光譜98在片式電感陣列基礎(chǔ)上的微波帶隙結(jié)構(gòu)在片式電感陣列基礎(chǔ)上的微波帶隙結(jié)構(gòu)99微波傳輸譜微波傳輸譜100六角型矩陣的設(shè)計(jì)與制備

（a）設(shè)計(jì)陣列圖案

（b）流延得到的基板光學(xué)照片六角型矩陣的設(shè)計(jì)與制備（a）設(shè)計(jì)陣列圖案101微波傳輸譜（1）a)b)c)d)e)不同測試角度的微波傳輸譜微波傳輸譜（1）a)b)c)d)e)不同測試角度的微波傳輸譜102微波傳輸譜（2）帶隙結(jié)構(gòu)

微波傳輸譜（2）帶隙結(jié)構(gòu)103左手材料左手材料104什么是左手材料在一定的電磁波頻段同時(shí)具有負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率的材料系統(tǒng)。顛倒了電磁波傳播過程中電場、磁場和傳播方向所應(yīng)遵循的“右手定則”。什么是左手材料在一定的電磁波頻段同時(shí)具有負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率105基本設(shè)計(jì)思想色散方程：在一個(gè)各向同性的物質(zhì)中可寫成：

1967年，前蘇聯(lián)Veselago首次了在同時(shí)具有負(fù)的介電場數(shù)和負(fù)的磁導(dǎo)率的材料

如果我們不考慮損耗，認(rèn)為和

都是實(shí)數(shù)，則如果和

同時(shí)反號(hào)則對(duì)于這種關(guān)系沒有影響。

基本設(shè)計(jì)思想色散方程：在一個(gè)各向同性的物質(zhì)中可寫成：106“逆行波”電磁波傳播的能量是由坡印亭矢量表示

在一般的材料中，S與波矢k具有共同的方向，即電磁波的能量傳輸方向與相位傳輸方向相同在左手材料中，S與波矢k具有方向相反，表明能量的傳輸方向與相位的傳輸方向相反。

“逆行波”電磁波傳播的能量是由坡印亭矢量表示在一107反常多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)：在正常材料中，固定波源發(fā)出的電磁波，當(dāng)接收器做接近波源的運(yùn)動(dòng)時(shí)，所接收的波的頻率高于波源發(fā)出的電磁波的頻率；反之，如果接收器做遠(yuǎn)離波源的運(yùn)動(dòng)時(shí)，波源接收的電磁波的頻率將小于波源發(fā)出的電磁波的頻率。在左手材料中，固定波源發(fā)出的電磁波，當(dāng)接收器做接近波源的運(yùn)動(dòng)時(shí)，所接收的波的頻率低于于波源發(fā)出的電磁波的頻率；反之，如果接收器做遠(yuǎn)離波源的運(yùn)動(dòng)時(shí)，波源接收的電磁波的頻率將高于波源發(fā)出的電磁波的頻率。反常多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)：在正常材料中，固定波源發(fā)出的電磁波108負(fù)折射率性質(zhì)負(fù)折射率性質(zhì)109理想透鏡理想透鏡110能否存在負(fù)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率？一維電流當(dāng)材料參數(shù)恒定時(shí)

其中

當(dāng)介電場數(shù)與磁導(dǎo)率的乘積為正實(shí)數(shù)時(shí)，有兩種可能的解，在n<0的解中，電磁波不是朝遠(yuǎn)離源的方向運(yùn)動(dòng)而是朝向源的方向運(yùn)動(dòng)。能否存在負(fù)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率？一維電流當(dāng)材料參數(shù)恒定時(shí)其中111負(fù)介電常數(shù)的實(shí)現(xiàn)Materialshavenegativepermittivityslightlybelowtheplasmafrequency,whichistypicallyinthevisiblespectruminmetals:Periodiclatticeofwireshasreducedelectrondensity,increasedeffectivemassduetoselfinductionp~10GHzJ.B.Pendryetal,Phys.Rev.Let.76,4773(1996)負(fù)介電常數(shù)的實(shí)現(xiàn)Materialshavenegativ112負(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)現(xiàn)CreatemagneticresonancewithnonmagneticmaterialsUsesplitringresonatortogetcapacitive-inductiveresonanceStrongresonancegivesnegativeJ.B.Pendryetal,IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.

47,2075(1999).負(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)現(xiàn)Createmagneticresonan113SSR左手材料R.A.Shelbyetal,Science292,77(2001).

SSR左手材料R.A.Shelbyetal,Scie114基于傳輸線理論的左手材料傳統(tǒng)的傳輸線模型

左手材料中的傳輸線模型

基于傳輸線理論的左手材料傳統(tǒng)的傳輸線模型左手材料中的傳輸線115光子晶體中的電磁波“左手性質(zhì)”光子晶體中的電磁波“左手性質(zhì)”116特殊晶體介面導(dǎo)致的“左手現(xiàn)象”ImagesoflightpropagationinaYVO4bicrystalshowingtotalrefraction.Furthermorethematerialisamphoretic:itcanrefractinapositiveoranegativeway.Theupperpanelshowsanexampleofabnormal(negative)refraction,thelowerpanelshowsanexampleofnormal(positive)refraction.Notethatnoreflectionisvisibleatthebicrystalinterfacetothenakedeye.Thegreenlightrayhasawavelengthof532nm,whilethebluerayhasawavelengthof442nm.

特殊晶體介面導(dǎo)致的“左手現(xiàn)象”Imagesoflight117基于多層陶瓷工藝的LHM傳輸線理論為基礎(chǔ)LC陣列結(jié)構(gòu)小型、集成，易于器件化與LTCC技術(shù)相兼容基于多層陶瓷工藝的LHM傳輸線理論為基礎(chǔ)118設(shè)計(jì)方法由色散關(guān)系得到：

設(shè)計(jì)方