超颖材料始于左手介质的提出。1964 年 Veselago[3]首次论证代表电子对电场反应程度的 介电系数以及代表电子对磁场反应程度的磁导率 均为负的物质可以实现负折射，发现此

时电磁波的电磁、磁场和波矢量构成左手螺旋关系，遂称之为左手介质（Left Handed Material， LHM）。这种材料的存在虽然不违反物理定理，但由于自然界并不存在左手介质，同时 Veselago 当时并未提出实现左手材料的方案，因此该理论被搁置了近三十年，直到九零年代，Pendry 小组提出可以利用开口环共振器阵列获得负的磁导率，由金属线阵列获得负的介电常数[2]， 通过将周期远小于工作波长的开口环共振器阵列和金属线阵列组合起来可实现负折射率材料 的制备，从此负折射率材料引起了人们广泛的关注。根据 Pendry 等的理论模型，Smith 等人 于 2001 年首次制备出微波段同时具有负的磁导率和负的介电常数的材料，并通过实验成功观 察到负折射现象[4]。随后近红外波段和光波段负折射率材料也相继被成功制备[5]。

负折射率是左手材料最核心的特异属性，并衍生出逆多普勒效应、逆切伦科夫辐射、反 常古斯－汉欣位移、完美透镜、光子隧道效应等奇异电磁特性[6]。这种新型人工材料的出现， 极大地拓展了人们对电磁学、光学、材料学等领域的认知，其在成像、隐身、天线、传感器 等领域具有非常重要的应用潜力。近年来负折射率材料已从微波段到光波段实现，并拓展到 光束传输研究领域，导致了光传输的许多新现象和新特性，对发展全新的光操控技术和新型 光器件都有很大的应用价值。

双负和单负材料可以应用于光子晶体，同时特定结构的光子晶体也可以构成负介电常数 材料，广义上讲光子晶体也属于超材料的范畴。光子晶体是两种或两种以上的电介质材料按 波长量级周期性排列而成的人造材料，利用其光子禁带和光子局域化效应，人们可对特定频AAA

第 2  页 本科毕业设计说明书 率的光子进行精确控制，通过调节构成材料的电介质的介电常数和材料周期结构来改变其色 散关系，形成类似于电子在晶体中那样的能带结构，从而使特定频带内电磁波的相速和群速

方向相反，呈现左手效应。2004 年 Parimi[7]等提出了利用光子晶体来实现负折射，并首次在 实验上获取了微波光子晶体的左手效应。

最初 Veselago 注意到一块双负折射率材料平板,相当于折射率 n=-1 的透镜。其负折射率 性质随后被 Shelby,Smith 和 Schultz 在 2001 年证实[4]。随后科学家验证了这种新材料的非凡特 性：如果满足特定条件，完美聚焦是绝对可以实现的。设计接近性能要求的材料涉及到负折 射率和磁导率。甚至能推导出通过光子结构的条件[8