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完美透镜与负折射现象一.引言由于巨大的潜在应用价值,负折射现象引起了人们的浓厚兴趣。
最重要的是负折射率介质在理论上可以实现完美透镜(Perfect lens) 。
完美透镜也称超级透镜（superlens），是左手材料即负折射材料（表观介电常数和磁导率同时小于0的材料）的一种应用，其作用是实现亚波长成像，因为一般情况下，我们用普通透镜只能观测到物体的大概信息，而物体的精细信息储存在倏逝波（亦称消失波）里，倏逝波进入透镜后，以e的负指数按距离衰减，所以使用普通透镜观测不到其上的精细信息，这就是瑞利判据的由来，而完美透镜可以将倏逝波传递并放大，使人们可以观测到物体表面的精细信息，突破了衍射极限，美国伯克利大学的张翔博士已经用银做出了这种透镜。
用无限大的负折射率介质板制成的完美透镜可将光束的各个角谱成分完美地聚焦于一点。
聚焦光斑的精度可以达到小于波长的尺度。
如果将其制成光学镜头,可以使DVD 的数据存储量扩大100 倍;如果应用于医疗高磁共振(MRI) 仪器,也将大大提图像的清晰度[7 ,8 ] 。
负折射率介质大多为周期排列的微观金属单元结构,损耗高,且只能在微波段实现负折射,应用前景受到限制。
最近Zhang等在实验中发现:光线在两个沿光轴成45°角切割的正折射率的单轴晶体界面出现了负折射现象,证明在不具有负折射率的介质中同样可以实现负折射,被认为是实现完美透镜的另一个重要尝试。
Liu 等分析了单轴晶体中实现负折射入射角的范围,发现各向同性介质和单轴晶体界面也会同时出现负折射现象。
本文进一步分析了在各向同性介质和单轴晶体界面实现负折射的最佳条件。
能流在各向同性介质和单轴晶体界面实现负折射时入射角处于一个很小的范围内。
为使单轴晶体中的负折射现象更为明显,总希望实现负折射的入射角范围更大一些。
计算发现可以通过调节光轴角、各向异性参量以及各向同性介质的折射率使入射临界角达到最大值,获得实现负折射的最佳光轴角和最大入射临界角。
负折射率材料的特点及其应用背景自然界存在的介质都是折射率大于0的，我们常接触的材料的折射率多数都是大于1，在定性思维的误区下，人们认为介质的折射率都为正。
直到1968年，苏联物理学家维克托·韦谢拉戈（Victor Veselago）【1】提出了负折射率的理论。
由于韦谢拉戈的这一设想完全颠覆了人们所认知的光学世界，它能够使光波看起来如同倒流一般，在许多现象描述上完全背离常规，所以在相当长的时间内都不被人们认可，这种荒诞的想法没有必要去研究证明。
Veselago为了证明自己的观点开始苦苦寻求满足要求的物质，但是他失败了。
没有充足的证据证明他的猜想，渐渐地就被人们淡忘了。
19966年~1999年，英国的Pendry从理论上提出了一种由开路谐振金属环构成，具有等效的负介电常数和负磁导率的三维周期结构，【2】~【3】这一发现理论上证明了负折射率材料的可存在性，使Veselago的猜想重新摆在了人们面前。
不久，美国的Smith等在2000年金属丝板和SRR板有规律地排列在一起，制作了世界上第一块等效介电常数和等效磁导率同时为负数的介质，从实验上验证了负折射率的存在。
【4】~【5】他们研制出了相应的器件，负折射率材料由此进入了实质性研究的阶段。
2001年，Shelby等人首次在实验上证实了当电磁波斜入射到左手材料与右手材料的分界面时，折射波的方向与入射波的方向在分界面法线的同侧。
【6】图1.负折射率的超材料近年来，负折射率材料的研究愈发成为科学界的热点，这要应用于军事、航天等高端领域，起因了国内外众多研究者的注意，涉及电磁波、光电子学、材料学等方面。
随着对负折射率材料的研究，又掀起了一阵对新兴领域的发展，即超颖材料（Metamaterials ）。
超颖材料不只包含负折射率材料，也包含单负材料，人工超低折射率材料和超高折射率材料等。
【7】正如折射率材料的提出一样，超颖材料的重要意义不仅体现在所研制出的几种人工材料，也体现在了一种全新的思维方法。
负折射率材料的基础研究随着科技的不断进步，新型材料的研究与发展日新月异。
其中，负折射率材料作为一种具有特殊光学性质的材料，引起了科研人员和工程师们的广泛。
负折射率材料在光子学、液晶显示、声学等领域具有广泛的应用前景，为现代科技的发展带来了许多新的可能性。
然而，由于负折射率材料的特殊性质，仍存在许多挑战和问题需要解决。
本文将对负折射率材料的基本原理、应用场景、制备方法及其未来发展方向进行详细阐述。
负折射率材料是一种具有特殊光学性质的材料，其介电常数和磁导率均为负值。
这种材料的发现与研究，突破了传统光学理论的限制，为光学领域的发展带来了新的机遇。
实验研究和理论分析表明，负折射率材料的电磁波传播特性与常规材料截然不同。
在负折射率材料中，电磁波的传播速度会降低，且传播方向会发生反转。
这种奇特的现象，使得负折射率材料在光子学、声学等领域具有广泛的应用前景。
光子学应用在光子学领域，负折射率材料的应用具有重要意义。
由于该材料中电磁波传播特性的改变，使得光的传播行为发生变化。
例如，利用负折射率材料制造的透镜，可以实现常规透镜无法完成的成像效果，为光子学的发展带来了新的突破。
负折射率材料还可以应用于光子晶体、光子集成电路等领域，提高光子设备的性能和集成度。
液晶显示是一种广泛使用的显示技术，具有低功耗、重量轻、体积小等优点。
将负折射率材料应用于液晶显示中，可以显著提高显示效果。
利用负折射率材料的逆斯涅尔效应，可以实现图像的清晰度和对比度的提高，同时降低反射光的影响，提高液晶显示的视觉效果。
正文3：负折射率材料的制备方法、工艺和生产流程负折射率材料的制备方法主要有纳米制备技术、化学合成和生物制备等。
纳米制备技术包括纳米颗粒制备、纳米纤维制备等，通过控制纳米结构的尺寸和分布，可以得到具有负折射率的纳米材料。
化学合成是通过化学反应合成具有负折射率性质的材料，例如金属有机框架材料等。
生物制备则是利用生物分子的自组装和生物矿化等方法，制备具有特定光学性质的生物复合材料。
物理知识点之光的折射现象及其应用物理知识点之光的折射现象及其应用知识点是知识、理论、道理、思想等的相对独立的最小单元。
下面是店铺给大家带来的物理知识点之光的折射现象及其应用，希望能帮到大家！光的折射现象及其应用1、生活中与光的折射有关的例子：水中的鱼的位置看起来比实际位置高一些（鱼实际在看到位置的后下方）；由于光的折射，池水看起来比实际的浅一些；水中的人看岸上的景物的位置比实际位置高些；夏天看到天上的星斗的位置比星斗实际位置高些；透过厚玻璃看钢笔，笔杆好像错位了；斜放在水中的筷子好像向上弯折了；（要求会作光路图）2、人们利用光的折射看见水中物体的像是虚像（折射光线反向延长线的交点）上面对物理中光的折射现象及其应用知识讲解学习，相信同学们已经能很好的掌握了吧，同学们要加油学习。
信息技术与物理课程教学整合性研究论文【—信息技术与物理课程教学整合性研究论文】信息化是二十一世纪的标志，是当今世界经济和社会发展的大趋势，以网络技术和多媒体技术为核心的信息技术已成为拓展人类思维的创造性工具。
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究其主要原因是在进行计算机辅助教学的过程中，没有合适的应用软件和操作平台，需要教师自己研制开发课件，而开发课件需要花费大量的时间和精力，有时候为了上好一节公开课，甚至要做数十小时的准备。
鉴于此很多教师都反映计算机辅助教学是一项投入多（时间，人力，经费）、产出少的工作，基本上适应不了日常教学。
在这种情况下，信息技术与学科课程整合在计算机辅助教学（简称CAI）的条件上日趋成熟发展起来。
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關於左手物質和負折射現象文/葉真I. 背景平面電磁波在均勻線性介質(Uniform LinearMedium)中的傳播可用一個等效折射率 (EffectiveRefraction Index)來描述。
當波試圖穿越兩個不同折射率介質之間的介面時，就會出現折射現象。
簡單說，折射現象就是指波穿越介面後的傳播方向不再和穿越前的方向一樣，如圖1所示。
而入射角和折射角滿足Snell公式(1)折射現象奠定了光學鏡頭和天文望遠鏡的基礎。
早在1968年，當時蘇聯的科學家V.G. Veselago提出了左手旋(Left Handed) 的概念[1]。
他探討了可能存在的左手物質(Left Handed Materials)的一些物理性質。
那麼，什麼是左手物質呢？通常我們接觸到的是右手旋物質。
簡單說，它是指平面波在這種物質裡傳播時，能流方向和相位方向的夾角小於90度。
而對於左手物質，夾角則要大過90度。
左手物質的特徵就是出現負的折射率 (Negative Refraction Index)。
用數學來描述就是，不但電極率(Permittivity)而且磁化率(Permeability)是負的。
由於折射率是，因而導致負的折射率。
我們可用圖二來說明左右手旋。
J是能流方向，而表徵相位的波矢(Wave Vector)則是由k來表示。
那麼，負折射率將意味著什麼呢？那將出現負折射現象，可由圖三來表示。
這裡，介質1是正折射率物質，而介質2是左手旋即負折射率物質。
當平面電磁波穿越二者邊界時，波向入射波的同方向偏轉。
為簡化起見，我們只考慮各向同性的情況。
Veselago提出左手物質的概念後，很長時間都沒引起人們的注意。
原因可能是，自然界尚不存在左手物質，而左手物質的概念被認為只是理論物理學家的臆想。
直到2000年，英國學者John Pendry[2]指出理想的左手物質可用來製作完美光學鏡頭 (Perfect Lens)；理想的左手物質是指折射圖一 ：折射現象圖二：（a）右手旋 :（b）左手旋圖三：負折射現象物理雙月刊（廿六卷二期）2004年4月物理雙月刊（廿六卷二期）2004年4月率剛好是-1的物質。
左手材料研究进展及应用左手材料,指的是介电常数(ε)和磁导率(μ)都是负数的材料(物质).在自然界中,所有物质的介电常数(ε)和磁导率(μ)都是正数.左手材料这种新型材料的非常之处,在于其负的介电常数和磁导率使得主导普通材料行为的许多物理特性产生逆变. 左手材料有时也被称作”异向介质”,”负折射系数材料”. 迄今为止,我们在自然界中见到的都是右手材料,右手规则一直被认为是物质世界的常规.但是,在左手材料中,电磁波的电场,磁场和波矢却构成左手关系.这也是这种材料被称为"左手材料"的原因.由于这种材料的介电常数和磁导率都是负数,折射率也是负的,根据电磁学理论,可以推断出它有很多奇异的物理特性.由于这个学期正在学习电磁场,电磁场的数学基础和这种反常自然界物质的神奇特性让我非常感兴趣.虽然阅读了较多的文献,不过很多理论还是不能理解.不过,我理解的那一部分已经受益匪浅了.比如,人的大脑要有创新精神,敢于突破常规,虽然右手规则是统治自然界物质的普遍规律,在我们的脑海中,也根深蒂固的有ε和μ同时>0的概念,不过,只要敢于想,敢于创造,这种突破自然界常规的物质LHM(left hand material)就可以发挥出它巨大的功能.一.左手理论的起源和发展1967年，前苏联物理学家Veselag。
在前苏联一个学术刊物上发表了一篇论文，首次报道了他在理论研究中对物质电磁学性质的新发现，即:当ε和μ都为负值时，电场、磁场和波矢之间构成左手关系。
他称这种假想的物质为左手材料，同时指出，电磁波在左手材料中的行为与在右手材料中相反，比如光的负折射、负的切连科夫效应、反多普勒效应等等。
这篇论文引起了一位英国人的关注，1968年被译成英文重新发表在另一个前苏联物理类学术刊物上。
但几乎无人意识到，材料世界从此翻开新的一页。
左手材料的研究发展并不是一帆风顺。
在这一具有颠覆性的概念被提出后的30年里，尽管它有很多新奇的性质，但由于只是停留在理论上，而在自然界中尚未发现实际的左手材料，所以，这一学术假设并没有立刻被人接受，而是处于几乎无人理睬的境地，直到将近本世纪时才开始出现转机。
左手材料的性质及应用在自然界中，介质的介电常数ε和磁导率μ是描述物质基本电磁性质的两个重要参数，这两个参数决定着电磁波的传播特性。
当介质的介电常数和磁导率都为正值时，根据电磁波理论可知介质中的电场、磁场和电磁波传播常数(E、H、k)三者之间构成右手螺旋关系，所以这类物质被称为右手材料(right一handed materials，RHMs)。
而左手材料是指介电常数和磁导率同时为负数的材料，在这种介质中，电场、磁场和电磁波传播常数三者之间构成左手螺旋关系。
这是一种新颖奇异的材料,其通常也称负折射率材料。
一、左手材料的发展历史1968年，前苏联科学家Veselago VG发现介电常数ε和磁导率μ都为负值的物质的电磁学性质与常规材料不同，还指出当平面电磁波照射在这样的媒介时，会发生反常的折射现象，不过其在自然界中并不存在，因此他的研究只是停留在理论上。
1996年Pendry提出了金属线周期结构，这种结构可使介质的介电常数为负。
1999年，Pendry等人又用电介质体设计了一种具有磁响应的周期性结构实现了介质磁导率的负值，进而展现了负折射率材料存在的可能性，人们对这种材料也投入了更多的兴趣。
2001年，加州大学San Diego分校的Smith等物理学家根据Pendry等人的建议，首次制造出在微波波段具有负介电常数和负磁导率的物质，证明了负折射材料的存在。
2002年，美国加州大学Itoh教授和加拿大多伦多大学Eleftheriades教授领导的研究组几乎同时提出一种基于周期性LC网络的实现左手材料的新方法。
目前基于LC网络的左手材料的研究在理论和实验上都有很大进展。
研究还表明LC左手材料在微波电路、天线等方面的应用中具有很大的优势。
在2002年底，麻省理工学院孔金瓯教授也从理论上证明了“左手”材料存在的合理性，他称之为“导向介质”。
2003年美国Parazzoli C G等人及Houcl等人同时分别进行了一系列成功的实验工作，样品实验的数据与模拟计算非常吻合，都晰而显著地展示出负折射现象；且在不同入射角下测量到的负折射率是一致的，完全符合Snell定律，证实了左手材料的存在二、左手材料的性质材料与电磁波的相互作用主要体现在材料的介电常数ε和磁导率μ这两个物理参数上。
《负折射研究综述》负折射现象是俄国科学家Veselago 在1968 年提出的：当光波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，光波的折射与常规折射相反，入射波和折射波处在于界面法线方向同一侧。
直到本世纪初这种具有负折射率的材料才被制备出来。
这种材料由金属线和非闭合金属环周期排列构成，也被称为metmaterial 。
在这种材料中，电场、磁场和波矢方向遵守“左手”法则，而非常规材料中的“右手”法则。
因此，这种具有负折射率的材料也被称为左手材料，光波在其中传播时，能流方向与波矢方向相反。
英国科学家Pendry 提出折射率为-1的一个平板材料可以作为透镜实现完美成像，可以放大衰势波,使成像的大小突破光学衍射极限。
负折射现象实验和超透镜提出时引起极大的争议，因为这些概念违反人们的直觉。
通过查询相关的论文，我找到了两种理论来解释负折射是存在的。
第一种是根据法拉第、洛伦兹等人提出的电极化方程，经过对比后得到折射率的表达式，然后说明其为负的可能性。
1837年，法拉第最先提出电介质在电场中极化的概念．1850年，0.F.Mosotti 提出了电介质极化理论方程。
1880年，H.F.Lorenntz 和L ．V ．Lorenz 用光学方法导出了一个包含折射率的公式，称为Lorentz-Lorenz 方程。
由这两个方程对比可知道r n ε=2。
r r n με=2。
因而，r r n με±=。
这里的负号不能随便丢掉．在某种材料同时具有0,0<<r r με时，上式右端可能取负值。
这就是负折射材料。
第二种则是由麦克斯韦方程组出发，推导出折射率的表达式，同样也可以证明折射率是可以为负的。
根据麦克斯韦电磁场理论，对于无损耗、各向同性、均匀的介质得到正弦时变光波的亥姆霍兹方程为： 022=+∇E K E 022=+∇B K B 其中：002222002221,,μεεμεεμμωμεω=====c n n c w k r r r r 式中n 代表折射率，c 是真空中的光速。
左手材料及其光学特性作者：郭嘉琛论文摘要：左手材料是一种人工制备的具有亚观结构的材料，因为其独特的电磁学特性，在很多方面都具有潜在的应用价值。
本文简要介绍了左手材料在完美透镜、一维光子晶体、薄板波导等方面的研究进展，对其理论研究和实验结果进行了评述，并探讨了其发展前景。
关键词：左手材料光子晶体薄板波导1.概论1.1 一左手材料的完美透镜作用：右手材料制成的光学透镜具有一些局限性，如其最大分辨率受制于电磁波的波长，而左手材料制成的透镜可以实现对消逝波(evanescentwaves)的成像，因此它突破了传统透镜的最大分辨率受制于电磁波波长的局限，被称之为完美透镜。
Veselago的理论研究表明：理想的无损耗的且介电常数￡=-1，磁导率u =-1的左手材料薄板对传播波(远场)具有二次聚焦作用，而Pendry对此的进一步研究表明，左手材料薄板对消逝波(近场)也具有二次汇聚作用，因此，Pendry提出左手材料薄板可用来制作完美透镜，它可实现对消逝波的成像。
我的进一步研究指出，左手材料薄板对消逝波的确具有放大作用，但对薄板的厚度具有一定的限制，而材料的吸收会严重损害其对消逝波的放大作用。
左手材料薄板对消逝波具有放大作用，是因为消逝波与表面等离子极化波的相l瓦作用。
当过渡层的厚度远小于真空中的波长时，过渡层会在左手材料的频率段产生一个表面模，该表面模对完美透镜成像的最小横向波长施加了限制：表面模对传播波的影响没有对消逝波的影响那么明显1．2 二维近场透镜完美透镜对消逝波的成像不能采用传统的光线图描述，因为消逝波(近场)到达成像点是个谐振过程。
而且在近场条件下，电磁场可分解为静电场和静磁场，对于TE极化(S polarization)的近场中，磁场居于支配地位；对于TM极化(P polarization)的近场中，电场处于支配地位。
因此研究完美透镜对近场的成像就可借用静电(磁)场理论中求电(磁)势的方法，此时保角变换是研究完美透镜近场成像的一种简便方法，但必须注意到完美透镜近场成像的核心是表面等离子极化波。
折射现象的原理是什么有哪些应用折射现象的原理：当光从一种介质斜射入另一种介质时，一般会发生偏折，这种现象叫做光的折射。
传播介质的改变是导致光波发生折射的重要原因。
折射是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。
光的折射的应用有：海市蜃楼、霓虹、光通讯等，其中光通讯是人类最早应用的通讯方式之一。
折射现象的原理折射现象的原理：当光从一种介质斜射入另一种介质时，一般会发生偏折，这种现象叫做光的折射。
传播介质的改变是导致光波发生折射的重要原因。
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。
"折射定律"是指当光由第一媒质（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。
光的折射的应用有哪些光的折射的应用有：海市蜃楼、霓虹、光通讯等，其中光通讯是人类最早应用的通讯方式之一。
从烽火传递信号，到信号灯﹑旗语等通讯方式，都是光通讯的范畴。
但由于受到视距﹑大气衰减﹑地形阻挡等诸多因素的限制，光通讯的发展缓慢。
折射现象的特性光的折射与光的反射一样都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中，而折射光线则进入到另一种介质中。
由于光在两种不同的物质里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化，这就是光的折射。
在折射现象中，光路是可逆的。
在两种介质的分界处，不仅会发生折射，也发生反射。
例如在水中，部分光线会反射回去，部分光线会进入水中。
反射光线光速与入射光线相同，折射光线光速与入射光线不相同。
光的折射定律1.折射光线、入射光线和法线在同一平面内。
（三线共面）2.折射光线与入射光线分居法线两侧。
（两线分居）3.当光从空气斜射入其他介质中时，折射角小于入射角。
4.当光从其他介质中斜射入空气时，折射角大于入射角。
5.折射角随着入射角的增大而增大。
6.当光线垂直射向介质表面时，传播方向不改变，这时入射角与折射角均为0°。
