左手材料的反射特性与负折射率行为 (1)

《左手材料的反射特性与负折射率行为 (1)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、万方数据第54卷第12期2005年12月1000．3290／2005／54(12)／5683．05物理学报ACTAPHYSICASINICAV01．54，No12，December，2005@2005Chin．Phys．Soc．左手材料的反射特性与负折射率行为*郑晴赵晓鹏’付全红赵乾康雷李明明(西北工业大学电流变技术研究所，西安710072)(2005年2月4日收列；2005年6月17日收到修改稿)利用平板波导法研究了不同入射角度下周期排列开口谐振环负磁导率材料、周期排列金属杆负介电常数材料以及左手材料微波反射特

2、性，并利用劈尖法研究了左手材料的负折射特性．实验结果表明：负磁导率材料反射率曲线形成反射峰，其对应的反射峰频率与材料的谐振频率一致；负介电常数材料反射率接近0dB；左手材料出现单个反射较小的反射峰，其峰值反射率随入射角度的增大而变大，即反射能力增强，且反射峰与透射峰有相对频移．劈尖法测量还表明，左手材料在9800MHz频率附近出现负折射现象，其折射率n为一0．796．关键词：左手材料，反射，负折射率PACC：4270Y，6170E，2570E1．引言左手材料(1eft．handedmetamaterials)是一

3、种人工周期结构材料，其特性受控于结构单元几何形状及其空间分布，有效介电常数e。和磁导率／1。同时小于零¨J．左手材料中传播的电磁场分量层，曰与波矢露满足“左手定则”，电磁波的相速度与群速度方向相反，从而呈现出许多奇异的物理光学特性，如反常Doppler效应、反常Cherenkov效应、完美透镜效应、负折射效应’211等．目前，对于左手材料的研究主要集中于其奇异的透射行为方面．如Pendry等怕。提出周期排列开口谐振环(splitringresonators，SRRs)在其谐振频率附近表现出有效磁导率p。为负，周期

4、排列金属杆结构表现出类似于高通滤波器行为，即低频时有效介电常数￡。小于零．Markos等“⋯模拟了环厚度、环开口、环的几何尺寸等参数对周期排列SRRs的微波透射特性及谐振频率的影响．Shelby等”“通过实验观察到微波频段电磁波通过左手材料与空气界面时发生“负折射”现象．文献[12]采用类似的实验装置测量了不同左手材料的负折射率．我们研究组设计了六边形SRRs并利用矩形波导法实验研究了由其周期排列形成的负磁导率材料和左手材料中的缺陷效应，取得了一些有意义的结果[1}_6】．电磁波在介质分界面处的反射现象是电磁波与

5、物质相互作用的一个基本的问题，不仅具有理论意义而且具有非常重要的应用价值．微波斜人射时左手材料的反射行为还未见报道．对于斜入射的研究会深化对左手材料基本问题的理解，必将拓展左手材料的应用范围．本文利用平板波导法实验研究了不同角度入射到SRRs负磁导率材料、周期排列金属杆负介电常数材料以及左手材料的微波反射特性，利用劈尖法研究了左手材料负折射特性，测量了左手材料的负折射率．2．样品制备和反射测量装置采用电路板刻蚀技术在O．5illln厚的环氧酚醛玻璃纤维板上制备一系列铜六边形SRRs和铜杆，经过一定的空间排布形成负

6、磁导率材料和负介电常数材料，铜的厚度均为0．02mill．SRRs设计成六边形是由于六边形更接近于自然界中物质颗粒的形状，并且调控SRRs的谐振参数使其谐振频率出现在x波段．如图1(a)，利用内、外环的内切圆直径d．，d：(单位inIll)表征SRRs的几何参数，且开口g=0．3mm，线宽c=0．3／／11／1，铜杆长度lO．4／llfn，线宽0．5mm．SRRs和铜杆一一对应且分别位于纤维板两侧，*国家杰出青年科学基金(批准号：50025207)和国家重点基础研究发展规划(批准号：2004CB719800)资助

7、的课题十通讯联系人．E—mail：1pzh舯@nwpu、edu．cn万方数据物理学报54卷以此为结构单元周期排列制得左手材料(如图l(b)所示)．3．实验结果及分析图l刻蚀法所制各的样品示意图(a)开口谐振环(SRR)(b)左手材料样品负磁导率材料、负介电常数材料及左手材料以相同的方式排列．沿*，Y和。方向上SRRs的单元数分别为3，29和9．其品格常数为o=3．47him，b=5mill．c=5mm．图2是研究样品反射特性装置示意图．样品置于上下两层铝板构成的平板波导中间，铝板间距为10．6mm，铝板前端构成圆

8、盘状，半径为15em．矩形平板波导两侧放置吸波材料，以使到达样品附近的波束可近似看作均匀平面波．由图2可见，入射波以一定的入射角入射到样品与空气的交界面处，并产生反射，微波检测器探头以圆心为轴，探测其相应反射角度下的功率值．实验中信号发生器频段为x波段(8一12GHz)．图2平板波导法反射测量装置示意图3．1．不同入射角度下反射特性研究选用入射角度为35。，45。和55。