左手材料电磁特性的研究.pdf

新型的“左手材料”在固体物理、材料科学、光学和应用电磁学领域内已获得愈来愈多的关注。 　　基于实验上制备左手材料的方法，利用提供负介电常数的金属线阵列与提供负磁导率的带缝金属环交错排列，可以在微波段的频率范围内实现有效介电常数和有效磁导率同时为负。从理论上提出一种构造左手材料的方法，它是由介电材料与磁性材料依次交叠形成的层状结构复合物，采用有效介质近似的方法，我们分析并计算了整个体系的有效介电常数和磁导率。结果表明，通过调节组分浓度，在一定的频率范围内，这种层状结构的复合物将具备左手材料的特性。另外，在该种结构中，我们发现入射电磁场的方向对体系的有效折射率也有影响。金属性的磁性物质在铁磁共振频率附近其磁导率为负值，这个特点已成为提供制备左手材料的另一种途径。利用这个特性，提出一个方案：将铁磁纳米金属线置于绝缘基质中来实现复合材料的左手化。当入射电磁波正入射到该种复合材料上时，利用传输矩阵的方法计算了复合体系中左旋和右旋极化波的波矢量。结果表明，对于右旋极化波，在铁磁共振频率附近，体系可以实现波矢量的传播方向与能量传播方向相反，即复合体系实现左手化。由于该种复合材料的磁各向异性，进一步计算了它的磁光效应。我们发现，在材料表现出左手特性的频率范围内，体系中的磁光效应(法拉第效应)发生了非常显著的变化。这个特性可以作为确定某种复合材料是否是左手材料的判断依据。通过与纯的铁磁薄膜的法拉第效应比较，得出铁磁纳米金属线复合介质可以获得约5倍于纯的铁磁薄膜的法拉第旋转角。另外，由于模型中的复合材料是绝缘的，它可以克服纯铁磁材料损耗大的缺点。在含有左手材料的周期性光子晶体中，除存在零平均折射率的全方位反射带隙外，还可以形成布拉格带隙的全方位反射。本论文研究了由左手材料与右手材料构成的Fibonacci准周期结构光子晶体的全方位反射特性。

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