晶格常数对左手材料的能量透射率及负折射率的影响

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1、第31卷第1期计算物理Vo1．31．NO．12014年1月CHINESEJOURNALOFCOMPUTATIONALPHYSICSJan．，2014文章编号：1001—246X(2014)01—0085-06晶格常数对左手材料的能量透射率及负折射率的影响钟敏，叶永红(1．物理科学与技术学院，南京师范大学，南京江苏210023；2．贺州学院，贺州广西542899)摘要：研究晶格常数对左手材料的能量透射率、负折射率以及品质因素(FOM)的影响．结果表明，随着晶格常数的减小，左手材料的低阶透射峰出现异常增大，其物理机制为阻抗匹配；左手材料的负折射的中心频率随着晶格常数的

2、减小而蓝移，与理论结果基本一致；晶格常数对左手材料的FOM有重要的影响，当晶格常数减小到一定值时，可以实现完美阻抗匹配，从而得到较高的FOM．关键词：左手材料；能量透射率；负折射；晶格常数中图分类号：Q441．2；TB34；0436；TM271文献标识码：A0引言左手材料的概念首先于1968年由Veselago提出⋯．左手材料有着许多不同寻常的性质，比如负折射率，逆多普勒效应等⋯．但是左手材料在自然界中并不存在，因此，左手材料的概念提出后，并没有得到研究者们的关注．直到2001年，Smith等人用实验证明了负折射率的存在，左手材料才吸引了越来越多的研究者．数值研究

3、表明，由于独特的性质，左手材料可以在许多方面得到应用，比如，完美透镜，高指向性的天线等．其中，许多研究者关注左手材料的结构对能量透射率和负折射率的影响．晶格常数对能量透射率的影响也受到了关注¨．李俊成等人通过增大左手材料的晶格常数，增大了左手材料的品质因数，从而降低了电磁波的损耗¨．但是，晶格常数对左手材料的负折射率等性质的影响则关注较少．我们研究晶格常数对左手材料能量透射率和负折射率等性质的影响．1理论模型在模拟研究中，我们使用的二维正方晶格示意图如图1所示，这个晶格包括三层介质，其中，上下两层为银层，中间层为SU一8胶层，即金属一介质层一金属(MDM)三明治结

4、构．本模拟研究之所以采用SU8胶，主要是由于SU8胶的使用方法较为简单，成本较低．在xoy平面内，晶格常数为n。=12m，圆孔的半径为3m，银层厚度h=0．05Ixm，SU一8胶层的厚度为s=2m．模拟中使用理想磁导体平面作为轴方向的边界，使用理想电导体平面作为Y方向的边界．整个模型被放置在空气中测试，电磁波沿着z轴方向垂直入射．用于数值模拟的软件为商业软件AnsoftHFSS10．中间介图1圆孔阵列的品格结构示意图质层su．8的介电常数为2．56+0．035i¨．银层使用DrudeFig．1Schematicofaunitcell模型收稿日期：2013—04—0

5、8；修回日期：2013—09—01基金项目：国家自然科学基金(60778041)；江苏省2013年普通高校研究生科研创新计划项目(CXLX13—39)；桂教科研[2011]14号(201106LX649)及贺州学院项目(2012ZRKY04)资助作者简介：钟敏(1982一)，男，硕士，研究生，讲师，从事左手材料及超材料研究通讯作者：叶永红，E—mail：yeyonghong@njnu．edu．el86计算物理第31卷()=1一∞：／(一itor。)，其中，共振频率为y。=9×10”s～，等离子体振荡频率为tO。=1．37×10s⋯2数值模拟结果及分析通过计算图1的

6、晶格单元获得s参数，s参数是利用软件AnsoftHFSS10模拟的过程中得到的一个参数，通过对s参数进行反演运算，可以提取等效介电常数，等效磁导率，等效折射率以及等效阻抗等参数。。．图2给出了晶格常数n。=12m相对应的能量透射率．在谱线范围内有三个明显的能量透射峰，一个低阶透射峰和两个高阶透射峰．其中，低阶透射峰是由内部表面等离激元共振(surfaceplasmonpolariton，SPP)激发引起的(图2箭头所示)，两个高阶透射峰是由于外部表面等离激元共振效应激发或孔的波导模激发引起的．yTTHz为了研究晶格常数对左手材料的低阶透射峰的图2圆孔阵列的能量透射

7、率(晶格常数a。=12m)影响，在接下来的模拟中，晶格常数将依次改为aFig．2Transmissionofcircularholesofarrays=10，12，14，16Ixm，其它的参数保持不变，相应的(1atticeconstanta0=12I．Lm)低阶透射峰如图3所示．图3不同品格常数的圆孔阵列的低阶透射峰Fig．3Low—ordertransmissionswithdifferentlatticeconstants由图3可明显看出，随着晶格常数的减小，低阶透射峰的峰值逐渐增大，并出现明显的蓝移现象，如图3中的箭头所示．当a。=10lam时，透射率明显

8、高于其它晶