负折射材料光光电传感器有哪些些

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有关负折射率材料
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中国科学院网日报道 近日,由中国科学院物理所张道中研究员领导的光子晶体研究小组与北京师范大学物理系的张向东教授合作,在负折射介质的理论和实验研究方面取得突破。研究人员发现,十二重对称的电介质准晶光子结构也会出现负折射效应,而且在某些性能上优越于光子晶体负折射介质。研究人员首先运用精确的多重散射方法计算了具有十二重对称性的准周期排列的三氧化二铝陶瓷圆棒构成的光子结构的透射谱,发现了光子带隙的存在。这和周期排列的光子晶体结构十分类似。进一步的计算发现,当频率处于带隙上头的光束通过一个直角棱镜的斜边时,发生了明显的负折射现象。从入射角和折射角的数值,以及折射公式,可以推断出准晶光子结构的有效折射率的数值来。研究人员随后开展了微波波段的实验测量,证实了理论预言。在某些频率窗口,准晶光子结构的折射率可为理想值-1,而且空间色散小,接近各向同性材料。这和十二重对称的准晶光子结构的高空间对称性是相符合的。
负折射介质的一个重要应用是透镜成像。理论和实验均表明,所制备的准晶光子平板结构确实能够对从点光源发出的电磁波起会聚和成像作用。而且,所成的像可在近场区域之外,像距随物距的增大而线性增大,这些特征和一个理想的折射率为-1的介质平板的折射和成像行为十分吻合,充分表明了所制备的准晶光子结构具有优良的负折射性质。由于所用的电介质材料无吸收,可以预计,所研究的结构可以直截了当地推广到更加感兴趣的可见光和红外波段区域。上述的结果已经发表在6月24日的Physical Review Letters 上 [Vol. 94, 05]。 目前,研究人员正在深入探索这些准晶光子结构出现负折射效应的深层次的物理根源。
据悉,近几年来,负折射介质由于其独特新颖的物理性质和诱人的应用前景而获得了国际学术界的广泛关注。负折射介质指的是介电常数和磁导率同时为负的介质,这时介质的折射率小于零。光从常规材料(正折射率介质)入射到负折射介质的界面时将发生负折射现象,折射光线与入射光线在界面法线的同侧。负折射介质改变了光波传播的传统图像。在负折射介质中,光波传播的方向(即波矢方向),正好与能量传播的方向相反,同时电场、磁场与波矢满足左手规则(不同于传统介质中的右手规则)。负折射介质最引人注目的地方是它们能够放大倏逝波,从而实现“超透镜效应”,极大地提高了透镜成像的分辨率。这将在核磁共振成像、光存储和超大规模集成电路中的光刻技术等诸多方面得到应用。
目前理论和实验报道的负折射效应都局限于周期性人工微结构材料,典型的有由金属导线阵列和有缺口的环形共振器组成的周期阵列和由电介质材料周期排列成的光子晶体。前者只能工作在微波波段,而后者的工作波段可延伸到可见光和红外区域。总的来说,在这些周期性结构中,晶格点阵的Bragg散射起着重要的作用。负折射效应可以说是非均匀媒质对电磁波的复杂集体响应行为的等效表观现象。据报道,德国的一个研究小组构造出了一种对可见光具有负折射率的奇异材料,这项验证可能会为“隐身斗篷”的研究带来进一步的突破,下面是有关负折射率材料隐身技术的更多的详细资料。一、隐身原理视觉隐身的原理实际上是引导光波等“转向”,或者是说引导光波“弯曲”。人之所以能看到物体,是因为物体阻挡了光波通过,如果有一种材料涂在物体表面,能引着被物体阻挡的光波“绕着走”,那么光线就似乎没有受到任何阻挡,在观察者看来,物体就似乎变得“不存在”了,就好像电影《哈里波特》中的魔法,物体在被这种材料“罩住”后,没有人能够看见它,就好像不在同一个时空一样。二、负折射率材料的奇异光学现象要实现材料的隐身,最关键的技术就是制造出能扭曲可见光波的材料,科学家称,只要制造出性能合适的材料,实用的“隐身衣”完全可能在近期问世,因此,能使光波“弯曲”的负折射率材料在实验上的成功合成,为可见光的区的隐身技术提供了关键性的基础。那么,光波在负折射率材料是如何实现“弯曲”的呢?原来,在负折射率材料中,电场、磁场和波矢方向遵守“左手”法则,而并非常规材料中的“右手”法则。下图是研究者在实验上观察到的正折射率与负折射率效应,如图所示,当光从具有正折射率的材料(常规材料)入射到具有正折射率材料的界面时,入射光线和折射光线分别位于法线两侧,这是我们所熟知的结果。而当光从具有正折射率的材料入射到具有负折射率材料的界面时,光的折射与常规折射相反,入射光线和折射光线处在于界面法线方向同一侧,也就是说,在这种材料中,光出现了异常传播,出现了扭曲的现象。此主题相关图片如下:.jpg负折射率材料不仅在隐身技术上有重要的运用价值,在制造其他光学器件上应用也将很广泛。利用光在负折射率材料中异常的传播现象,在今天我们能用一块平板玻璃就能构成一块透镜(原理如下图所示),利用负折射率材料的这个特性可以制造平面近视眼镜。我们知道,用常规材料制作眼镜,为了进行不失真的成像,眼镜片必须做成弧线形状,而负折射率材料由于对光线的偏折方向相反,所以可以做成平面镜片,不失真并且保持超高的分辨率。此主题相关图片如下:.jpg如今,负折射率介质仍是国际科学研究的课题之一。虽然现在已有很多关于负折射率的研究,特别是在应用与人工合成方面,负折射率仍然有着相当大的发展空间,弄清其内在的性质,将会为人类造福。 据网站日报道,德国的一个研究小组赢得了构造一种对可见光具有负折射率的奇异材料的竞争。这项验证可能为研制能够了解比可见光波长更多细节的新一代光学设备如超级透镜开启了一扇门。它可能还会为人眼所不能见的“隐身斗篷”的研究带来进一步的突破。
光波由交互的电磁场组成,当他们在行进或传播时,这种交互电磁场可以与材料相互作用。这种交互作用决定着材料被称之为它的折射率的特性,折射率是对光经过这一材料时行为的一种量度标准。折射率主要描述当他们进入和离开材料时,光波弯曲的方式以及他们传播的速度。
普通材料的折射率始终是正值,在空气中为1.0003,在普通玻璃中为1.5,在锆石中为2.1,在钻石中为2.4。然而,在20世纪90年代,英国伦敦帝国理工学院的约翰?彼德利认为建造折射率为负值的人造材料是可能的。
这种决窍在于聚集一群当他们经过时可以与光波的电磁场产生共鸣的电子元件。这些材料不像任何常规的物质,因此他们的名字叫作“超颖物质”。彼德利认为,一群比光的波长小得多的镀锡卷板和金属丝可能会实现负折射率。他还首次将这种想法在频率为15兆赫和20兆赫之间的无线电波上进行了论证。随后的实验将这种技术延伸到了更短的波长,并首次进入微波范围,然后是红外线范围。现在,德国卡尔斯鲁厄大学的贡纳尔?多林及其同事已通过按比例减少一种他为红外线波长研发的构造物论证了波长为780纳米的折射效果——红光光谱的长波长末端。多林制成超颖物质的方法是:先在一块玻璃板上沉积一层银,随后在上面覆盖一层薄薄的不传导的镁氟化物,最后再覆上一层银,这样就形成了一块100纳米厚“三明治”。然后,多林在这样金属三明治上蚀刻上一群方孔,以创造出一种类似于金属丝网的栅格。
当它经过时,多林通过测量光的“相位速度”来决定材料的折射率。他的测量表明这种构造物对波长为780纳米的光的折射率为-0.6。这一数值在光的波长为760纳米和800纳米时会降到零,在更长和更短的波长时则会变为正值。此前,已被论证的出现负值折射率的最短波长为1400纳米。
这个研究小组还没有观察到可能由负折射率带来的其他的一些奇异效果,例如向后弯曲光的能力。然而,模拟实验表明负指数透镜会对一个有限范围内的波长产生奇异的效果。目前,多林正全神贯注地研究新的效果,而不是尝试构建如超级透镜这样的设备。他告诉《新科学家》的记者称中,这些应用还有很长的路要走。
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出门在外也不愁用格林函数法研究衰逝波在二维负折射材料超透镜中的延迟现象--《功能材料与器件学报》2007年06期
用格林函数法研究衰逝波在二维负折射材料超透镜中的延迟现象
【摘要】:利用格林函数法,研究了衰逝波在二维负折射材料超透镜中的延迟现象,讨论了材料的电导率和光源频谱对衰逝波延迟时间的影响,并指出衰逝波的延迟能改善其时间相干性;为设计新型透镜,提高电磁场的时间相干性提供了一种新的思路。
【作者单位】:
【关键词】:
【基金】:
【分类号】:TB303【正文快照】:
0弓l言自从1965年veselago提出“负折射”的概念以后〔’〕,特别是在实验中观测到“负折射”现象以后[4,,〕,人们越来越重视对负折射的研究。所谓“负折射”,是指当光波从具有正折射率的材料人射到具有负折射率材料的界面时,光波的折射与常规折射相反,入射波和折射波
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