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. 道威棱镜阵列的几何光学负折射研究(2):http://www.751com.cn/wuli/lunwen_7813.html