微波段左手材料的研究进展

由于Smith等成功制备了微波段左手材料并观测到负折射的存在，极大的激发了人们对左手材料的研究热情，掀起了LHMs的研究高潮。如有效介电常数和磁导率的理论确定[10]，基于SRRs和金属线周期排列而成的两维LHMs及三维LHMs[11-13]的设计和透射行为研究等等。其中Koschny[14]等设计了一种各向同性三维左手材料，并分析了如何设计左手材料才能更好的使其实现各向同性，这种左手材料的实现将会极大促进在应用方面的发展。Parazzoli等首次由左手材料制成了负折射率凹透镜，实验验证了凹透镜聚焦行为[15]。其制作的凹透镜结构单元为两对垂直的正方形的金属开口谐振环与金属线如图 (a)。他们用这种左手材料制作了曲率半径为12cm，口径为20.3cm的负折射率透镜如图 (b)，相比于传统的透镜，聚焦性更好，重量更轻且能减小色差。



:handshake:victory:此外，研究者们设计了各种各样形状的周期排列材料，如Richard设计的由工字形金属线与SRRs为结构单元的LHMs图(a)，研究了微波段的透射与反射行为，发现在某一特定频段介电常数与磁导率同时为负。Chen等人设计了S形状LHMs[17]图(b)，这种左手材料由相对而置的两个S形的谐振器组成，测试了其微波响应行为，发现在两个不同频率区域介电常数和磁导率同时为负，即有两个左手通带。原因是在介电常数为负的频率区域，这种特殊设计的S形谐振器发生了两次磁谐振，从结构单元的等效回路分析这种磁谐振的行为归结为大量的电容和电感的复合感应，此结构单元可以等效为5个电容和4个电感，通过调节电容和电感的大小能激励起两个或者两个以上左手通带。他们还指出如果在磁导率为负的频率段内如果能发生多次电谐振也可以实现多个左手通带。这种左手材料可广泛应用于带通滤波器、天线等。Ran等人设计的Ù形状LHMs图(c)，这种左手材料的相对而置的Ω环的圆形部分可以看作为是现有开口谐振环的变形，而有着微小间断的直线部分是现有金属线模型的演化。电场与Ω结构金属细线的两条直线臂平行，由此产生的电等离子谐振可得到负介电常数；磁场垂直穿过Ω结构金属细线圆形部分产生的磁等离子谐振而得到负磁导率，相比于以前基于SRRs和金属线周期排列而成的左手材料其损耗小，带宽大。Lagarkov等研究了一种螺旋手性LHMs图(d)，并实现了平板聚焦，且源和像的距离远小于波长。Marques等设计研究了平行单谐振环LHMs图(e)。V.A.Fedotov等报道了一种类似于鱼形状的平板超材料图(f)。

Grbic等还采用传输线的方法制备了微波段LHMs，实现了负折射及平板聚焦特性，其成像的分辨率达到了0.36l，突破了衍射极限成像。传输线是由周期性排列的电子元器件组成，电磁波在其中传播的色散关系与负折射材料类似。因此传输线可用来实现负折射。利用多层陶瓷技术集成LC阵列可用于实现结构紧凑且易于器件化的LHMs。
    至此基于导电结构单元的人工周期结构已经成功验证了负折射的存在，但金属在高频段尤其是光频段具有很大损耗，制约着负折射的实现。而光子晶体的结构单元为绝缘体，因而即使在光频段也具有非常低的损耗。Parimi提出了利用光子晶体来实现负折射，并首次实验验证了微波光子晶体的负折射效应，其实验装置图和所观测到的负折射现象如图所示。Zhang等理论研究了光子晶体成像质量的影响因素。光子晶体负折射是由波在周期性媒质中传播的色散特性引起的。光子晶体中散射单元的尺寸和周期与光波长是同量级，因而不能把光子晶体描述为均匀媒质，其介电常数和磁导率的定义也是没有意义的。但是，光子晶体中的布拉格衍射使得波的相速度和群速度反向，因而可在光子晶体中能观察到负折射现象。土耳其Bilkent大学物理系的一个小组在实验中用白宝石短棒构成的正方点阵结构实现了二维光子晶体的负折射现象。接着，美国西北大学用类似结构的光子晶体实现了平板透镜的成像。为了验证这种透镜不像传统透镜那样具有一个确定的主光轴，他们将源向上移动了4cm，结果像也同样向上移动了4cm。目前光子晶体平板透镜成像的分辨率已经达到0.21l。:handshake:handshake:handshake很详细阿十分感谢，很好，很强大！:victory:wow  组织！我是小小菜菜门外汉的问题：
请问这种左手材料做成的凹透镜是否相当于通常材料的凸透镜？
本文来自:工程材料与热处理技术 (http://www.ent100.org.cn),详细参考以上网站.