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光频三维各向同性左手超材料结构单元模型的仿真设计

龚伯仪 周欣 赵晓鹏

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光频三维各向同性左手超材料结构单元模型的仿真设计

龚伯仪, 周欣, 赵晓鹏

Numerical study of three-dimensional isotropic left-handed metamaterials at visible frequencies

Gong Bo-Yi, Zhou Xin, Zhao Xiao-Peng
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  • 基于树枝结构单元思想,提出了光频三维各向同性左手超材料球刺结构单元模型.采用金属的Drude原理,运用等效媒质理论,仿真研究了结构的电磁响应特性.在晶格间距与工作波长的比值满足等效媒质理论要求的前提下,通过调节结构单元的几何参数,发现它能在光波段出现介电常数和磁导率同时为负值的区域,实现折射率小于零的左手超材料响应特性.该模型结构简单,具有各向同性特点.研究结果为采用"由下向上"方法制备光波段的三维左手超材料指出了新的途径.
    In this paper, we design a three-dimensional isotropic left-handed metamaterial (LHM) composed of sphere-thorn shaped cells at visible frequencies. Adopting the metallic Drude's principle, we simulate and study its transmission properties for the incident plane electromagnetic wave. The dimension of unit cell here is far below the resonant wavelength, and thus the effective medium theory is well satisfied. With appropriate geometric parameters, this structure can realize negative refractive index with simultaneous negative permittivity and permeability at visible frequencies. The LHM proposed in this paper has advantages of simplicity and isotropy, moreover, our numerical model provides a new method for 'top-to-bottom’approach to preparing visible three-dimensional metamaterials.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:50632030,50872113,50936002) 资助的课题.
    [1]

    Veselago V G 1967 Usp. Fiz. Nauk 92 517

    [2]

    Veselago V G 1968 Sov. Phys. Usp. 10 509

    [3]

    Houck A A, Brock J B, Chuang I L 2003 Phys. Rev. lett. 90 137401

    [4]

    Parazzoli C G, Greegor R B, Li K, Koltenbah B E C 2003 Phys. Rev. Lett. 90 107401

    [5]

    Pendry J B 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3966

    [6]

    Grbic A, Eleftheriades G V 2002 J. Appl. Phys. 91 5930

    [7]

    Shelby R A, Smith D R, Schulrz S 2001 Science 292 77

    [8]

    Zhang B, Wang Z 2007 Acta Phys. Sin. 56 1404 (in Chinese) [张 波、王 智 2007 物理学报 56 1404]

    [9]

    Dong J W, Hu X H, Wang H Z 2007 Chin. Phys. 16 1057

    [10]

    Wang Z D, Liu N H 2009 Acta Phys. Sin. 58 559 (in Chinese) [王振德、刘念华 2009 物理学报 58 559]

    [11]

    Wu J F, Sun M Z, Zhang C M 2009 Acta Phys. Sin. 58 3844 (in Chinese) [吴俊芳、孙明昭、张淳民 2009 物理学报 58 3844]

    [12]

    Pendry J B, Holden A J, Stewart W J, Youngs I 1996 Phys. Rev. lett. 76 25

    [13]

    Pendry J B, Holden A J, Robbins D J, Stewart W J 1999 IEEE Trans. MTT 47 2075

    [14]

    Zhang C M, Sun M Z, Yuan Z L, Song X P 2009 Acta Phys. Sin. 58 1758 (in Chinese) [张淳民、孙明昭、袁志林、宋晓平 2009 物理学报 58 1758]

    [15]

    Chen H Sh, Ran L X, Huang fu J T, Zhang X M, Chen K S 2004 Phys. Rev. E 70 057605

    [16]

    Huangfu J T, Ran L, Chen H, Zhang X, Chen K, Grzegorczyk T M, Kong J A 2004 Appl. Phys. Lett . 84 1357

    [17]

    Liu Y H, Luo C R, Zhao X P 2007 Acta Phys. Sin. 56 5883 (in Chinese) [刘亚红、罗春荣、赵晓鹏 2007 物理学报 56 5883]

    [18]

    Yan C C, Cui Y P, Wang Q, Zhuo S C 2008 Chin. Phys. Lett. 25 482

    [19]

    Meng F Y, Wu Q, Jin B Sh, Wang H L, Wu J 2006 Acta Phys. Sin. 55 4514 (in Chinese) [孟繁义、吴 群、金博识、王海龙、吴 健 2006 物理学报 55 4514]

    [20]

    Zhou X, Fu Q H, Zhao J, Yang Y, Zhao X P 2006 Opt. Express 14 7188

    [21]

    Liu H, Zhao X P, Yang Y, Li Q W, Lv J 2008 Adv. Mater. 20 2050

    [22]

    Liu B Q, Zhao X P, Zhu W R, Luo W, Cheng X C 2008 Adv. Funct. Mater. 18 3523

    [23]

    Dolling G, Enkrich C, Wegener M, Soukoulis C M, Linden S 2006 Opt. Lett. 31 1800

    [24]

    Povinelli M L, Johnson S G, Joannopoulos J D 2003 Appl. Phys. Lett. 82 1069

    [25]

    Smith D R, Pendry J B 2006 J. Opt. Soc. Am. B 23 391

    [26]

    Yan C C, Cui Y P, Wang Q, Zhuo S C 2008 Chin. Phys. Lett. 25 482

    [27]

    Wang F M, Liu H, Li T, Dong Z G, Zhu S N,Zhang X 2007 Phys. Rev. E 75 016604

  • [1]

    Veselago V G 1967 Usp. Fiz. Nauk 92 517

    [2]

    Veselago V G 1968 Sov. Phys. Usp. 10 509

    [3]

    Houck A A, Brock J B, Chuang I L 2003 Phys. Rev. lett. 90 137401

    [4]

    Parazzoli C G, Greegor R B, Li K, Koltenbah B E C 2003 Phys. Rev. Lett. 90 107401

    [5]

    Pendry J B 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3966

    [6]

    Grbic A, Eleftheriades G V 2002 J. Appl. Phys. 91 5930

    [7]

    Shelby R A, Smith D R, Schulrz S 2001 Science 292 77

    [8]

    Zhang B, Wang Z 2007 Acta Phys. Sin. 56 1404 (in Chinese) [张 波、王 智 2007 物理学报 56 1404]

    [9]

    Dong J W, Hu X H, Wang H Z 2007 Chin. Phys. 16 1057

    [10]

    Wang Z D, Liu N H 2009 Acta Phys. Sin. 58 559 (in Chinese) [王振德、刘念华 2009 物理学报 58 559]

    [11]

    Wu J F, Sun M Z, Zhang C M 2009 Acta Phys. Sin. 58 3844 (in Chinese) [吴俊芳、孙明昭、张淳民 2009 物理学报 58 3844]

    [12]

    Pendry J B, Holden A J, Stewart W J, Youngs I 1996 Phys. Rev. lett. 76 25

    [13]

    Pendry J B, Holden A J, Robbins D J, Stewart W J 1999 IEEE Trans. MTT 47 2075

    [14]

    Zhang C M, Sun M Z, Yuan Z L, Song X P 2009 Acta Phys. Sin. 58 1758 (in Chinese) [张淳民、孙明昭、袁志林、宋晓平 2009 物理学报 58 1758]

    [15]

    Chen H Sh, Ran L X, Huang fu J T, Zhang X M, Chen K S 2004 Phys. Rev. E 70 057605

    [16]

    Huangfu J T, Ran L, Chen H, Zhang X, Chen K, Grzegorczyk T M, Kong J A 2004 Appl. Phys. Lett . 84 1357

    [17]

    Liu Y H, Luo C R, Zhao X P 2007 Acta Phys. Sin. 56 5883 (in Chinese) [刘亚红、罗春荣、赵晓鹏 2007 物理学报 56 5883]

    [18]

    Yan C C, Cui Y P, Wang Q, Zhuo S C 2008 Chin. Phys. Lett. 25 482

    [19]

    Meng F Y, Wu Q, Jin B Sh, Wang H L, Wu J 2006 Acta Phys. Sin. 55 4514 (in Chinese) [孟繁义、吴 群、金博识、王海龙、吴 健 2006 物理学报 55 4514]

    [20]

    Zhou X, Fu Q H, Zhao J, Yang Y, Zhao X P 2006 Opt. Express 14 7188

    [21]

    Liu H, Zhao X P, Yang Y, Li Q W, Lv J 2008 Adv. Mater. 20 2050

    [22]

    Liu B Q, Zhao X P, Zhu W R, Luo W, Cheng X C 2008 Adv. Funct. Mater. 18 3523

    [23]

    Dolling G, Enkrich C, Wegener M, Soukoulis C M, Linden S 2006 Opt. Lett. 31 1800

    [24]

    Povinelli M L, Johnson S G, Joannopoulos J D 2003 Appl. Phys. Lett. 82 1069

    [25]

    Smith D R, Pendry J B 2006 J. Opt. Soc. Am. B 23 391

    [26]

    Yan C C, Cui Y P, Wang Q, Zhuo S C 2008 Chin. Phys. Lett. 25 482

    [27]

    Wang F M, Liu H, Li T, Dong Z G, Zhu S N,Zhang X 2007 Phys. Rev. E 75 016604

  • [1] 柳钰, 徐忠锋, 王兴, 曾利霞, 刘婷. 光电离过程中Fe靶和V靶特征辐射的角相关研究. 物理学报, 2020, 69(4): 043201. doi: 10.7498/aps.69.20191524
    [2] 刘全慧, 张梦男, 肖世发, 寻大毛. 三维各向同性谐振子的几何动量分布. 物理学报, 2019, 68(1): 010301. doi: 10.7498/aps.68.20181634
    [3] 梁煜, 关奔, 翟志刚, 罗喜胜. 激波汇聚效应对球形气泡演化影响的数值研究. 物理学报, 2017, 66(6): 064701. doi: 10.7498/aps.66.064701
    [4] 余亚东, 梁果, 任占梅, 郭旗. (1+2)维各向同性介质中的旋转椭圆空间光孤子. 物理学报, 2015, 64(15): 154202. doi: 10.7498/aps.64.154202
    [5] 李兴华, 杨亚天. 球坐标中三维各向同性谐振子的类经典态. 物理学报, 2015, 64(8): 080301. doi: 10.7498/aps.64.080301
    [6] 刘亚红, 刘辉, 赵晓鹏. 基于小型化结构的各向同性负磁导率材料与左手材料. 物理学报, 2012, 61(8): 084103. doi: 10.7498/aps.61.084103
    [7] 张斌, 潘雪丰, 陶卫东. 新型内反射旋光光学滤波器研究. 物理学报, 2011, 60(5): 054214. doi: 10.7498/aps.60.054214
    [8] 胡玉禄, 杨中海, 李建清, 李斌, 高鹏, 金晓林. 螺旋线行波管三维多频非线性理论分析和数值模拟. 物理学报, 2009, 58(9): 6665-6670. doi: 10.7498/aps.58.6665
    [9] 潘诗琰, 朱鸣芳. 三维溶质枝晶生长数值模拟. 物理学报, 2009, 58(13): 278-S284. doi: 10.7498/aps.58.278
    [10] 张阿漫, 姚熊亮, 李 佳. 气泡群的动态物理特性研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1672-1682. doi: 10.7498/aps.57.1672
    [11] 孟繁义, 吴 群, 金博识, 王海龙, 吴 健. 二维各向同性异向介质负折射特性仿真验证. 物理学报, 2006, 55(9): 4514-4519. doi: 10.7498/aps.55.4514
    [12] 傅美欢, 任中洲. 含自旋轨道耦合的三维各向同性谐振子的四类升降算符. 物理学报, 2004, 53(5): 1280-1283. doi: 10.7498/aps.53.1280
    [13] 狄尧民. 关于三维各向同性谐振子径向矩阵元计算的讨论. 物理学报, 2003, 52(4): 786-789. doi: 10.7498/aps.52.786
    [14] 查新未. 三维各向同性谐振子的径向基本算符. 物理学报, 2002, 51(4): 723-726. doi: 10.7498/aps.51.723
    [15] 孙喜明, 姚朝晖, 杨京龙. BGK方法在三维非结构网格上的初步应用. 物理学报, 2002, 51(9): 1942-1948. doi: 10.7498/aps.51.1942
    [16] 吴奇学. 带电粒子在均匀磁场与三维各向同性谐振子场中运动的双波描述. 物理学报, 2000, 49(7): 1211-1214. doi: 10.7498/aps.49.1211
    [17] 陈昌远. 三维各向同性谐振子径向矩阵元的递推关系. 物理学报, 2000, 49(4): 607-609. doi: 10.7498/aps.49.607
    [18] 刘宇峰, 曾谨言. 二维各向同性谐振子的四类升、降算子. 物理学报, 1997, 46(3): 423-427. doi: 10.7498/aps.46.423
    [19] 刘宇峰, 曾谨言. 三维各向同性谐振子的四类升、降算子. 物理学报, 1997, 46(3): 417-422. doi: 10.7498/aps.46.417
    [20] 潘峰, 许佩军. 三维各向同性振子的q形变及其波函数. 物理学报, 1993, 42(6): 867-873. doi: 10.7498/aps.42.867
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-04-16
  • 修回日期:  2010-06-13
  • 刊出日期:  2011-02-05

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