道威棱镜阵列的几何光学负折射研究(2)
时间:2017-05-25 18:29 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
在上述研究中目前最重要的发现是「负折射」现象 (Negative Refraction Phenomena),亦即当电磁波由真空中入射到具负折射特性的人工介质表面后,折射波束会折向法线的另一边 (有一个负的折射角).由 Snell's Law 可定义此介质具有负的折射率. 国家自然科学基金委将左手材料和负折射效应的研究列入了2005年重点交叉项目指南：在数理部和工程与材料学部联合的“准相位匹配研究中的若干前沿课题”主题中将“左手材料相关基础性问题研究”列为主要探索内容之一；在数理部和信息科学部联合的“周期和非周期微结构的新光子学特性”主题中将“周期及非周期微结构中在太赫兹、近红外及可见波段的负折射效应研究”列为主要探索内容之一；基金委信息学部将“异向介质理论与应用基础研究”列入2005年重点项目指南，异向介质即是左手材料的另一个名称。 据美国物理学家组织网2012年2月24日（北京时间）报道，美国俄勒冈大学研究人员声称，他们开发出了一种能以低成本生产负折射材料的新方法，并为该技术申请了专利。相关论文发表在最近出版的《固体物理A辑》上。新方法用的是一种超薄、超光滑的非晶体层压材料，研究人员说，“本质上讲，它就是一层层不具有晶体结构的玻璃，是一种高科技三明治”。 目前，人们一直为了寻找这些昂贵的晶体的替代品而努力着，我这课题也是向这方面努力，用简单的道威棱镜阵列，使光线产生负折射的效果，以此来拓宽材料选择的思路，对以后的负折射新材料的选择提供一些参考作用。这道威棱镜阵列可以放入一些微型电路中，使神奇的负折射效应在电子这个方向成为可能，不过这还需要进一步研究。 2 折射的理论 2.1 基本定义 首先我们得了解一下折射这个概念，光在一般介质中传播时，穿过不同介质的界面时，光的传播路线会改变，不再是直线传播。一根筷子插到水中，筷子好像在水面处被折断了，水中的部分看起来向上弯折了。每个人都很熟悉这个现象，这是由于光从空气进入水中时，发生了折射，光线向下偏折了造成的。折射现象会发生，是因为光在不同介质中的传播速度不同造成的，介质中的光速越小，介质的折射率就越大，偏折就越厉害。水和空气就是不同的介质。我们一般把真空的折射率定为 1，光在真空中的传播速度与在某种介质中的传播速度的比值，就是这种介质折射率的数值。既然光在真空中的传播速度最大，那么任何其他介质的折射率应该都不会小于 1，即自然界中介质的折射率应该都是大于 1 的正值。所以，光线若是从真空斜射入其他介质中，从旁边看，光线都应该是向下偏折的。 2.2 折射关系式 图1，表示介质1中的入射波在介质2中折射，虚线AC，BE为波前 由于由它可以计算折射波前进的方向，式中 ， 均为相速。 这个比值被称为折射率，用n表示， ，如 ，（介质1为真空）， ，，则有 。在上述推导中折射率不是以 形态出现的，即使 （即折射率恒为正值）。从数学角度推断，对于一般的材料来说，n总大于1。 2.3 斯涅尔定律 斯涅尔定律：即折射定律，由荷兰数学家斯涅尔发现，是在光的折射现象中，确定折射光线方向的定律。当光由第一媒质（折射率n1）射入第二媒质（折射率n2）时，在平滑界面上，部分光由第一媒质进入第二媒质后即发生折射。实验指出：（1）折射光线位于入射光线和界面法线所决定的平面内；（2）折射线和入射线分别在法线的两侧；（3）入射角i的正弦和折射角i′的正弦的比值，对折射率一定的两种媒质来说是一个常数. (责任编辑：qin) |