基于折线形手征负折射介质结构的设计与仿真

李杰; 杨方清; 王战; 董建峰

doi:10.7498/aps.60.114101

摘要

分别设计和仿真了一种新型的工作在微波段和光波段的折线形手征介质结构.利用仿真得到的透射系数和反射系数反演计算了该结构的旋光角、椭偏度、相对介电常数、相对磁导率、手征参数以及折射率等参数.结果表明该结构在这两种波段下都显示出极大的旋光角和椭偏度,且因具有大的手征参数,而不再需要介电常数和磁导率同时为负就可实现左旋圆极化波(LCP)和右旋圆极化波(RCP)的负折射率.

关键词:

A new chiral structure working in microwave and optical frequency bands based on folded-wire is designed and simulated. Effective parameters of this structure, including polarization azimuth rotation angle, ellipticity angle, relative permittivity, relative permeability, chiral parameter and refractive index are obtained from simulated transmission and reflection spectra. The results show that the exceptionally strong polarization azimuth rotation angle and the ellipticity angle are found in microwave and optical frequency bands. Because this structure has a large chiral parameter, negative refractive index of a circularly polarized wave can be obtained without requiring permittivity and permeability to be negative simultaneously.

Keywords:

作者及机构信息

1.
宁波大学光纤通信与网络技术研究所,宁波 315211

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61078060)、浙江省自然科学基金(批准号:Y1091139)、宁波市工业攻关(批准号:2008B10042)、宁波市科技创新团队(批准号:2009B21007)和宁波大学王宽诚幸福基金资助的课题.

Authors and contacts

1.
Institute of Optical Fiber Communication and Network Technology, Ningbo University, Ningbo 315211, China

参考文献

[1]	Veselago V G 1968 Sov. Phys. Usp. 10 509
[2]	Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C, Schultz S 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184
[3]	Shelby R A, Smith D R, Schultz S 2001 Science 292 77
[4]	Caloz C, Itoh T 2002 IEEE Ante. Prop. Soci. Int. Symp. 2 412
[5]	Eleftheriades G V, Iyer A K, Kremer P C 2002 IEEE Trans. Microwave Theory and Tech. 50 2702
[6]	Cubukcu E, Aydin K, Ozbay E, Foteinopoulou S, Soukoulis C M 2003 Nature 423 604
[7]	Parimi P V, Lu W T, Vodo P, Srinivas S 2003 Nature 426 404
[8]	Tretyakov S, Nefedov I, Sihvola A, Maslovski S, Simovski C 2003 J. Electromag. Wave Appl. 17 695
[9]	Pendry J B 2004 Science 306 1353
[10]	Zhou J, Dong J, Wang B, Koschny T, Kafesaki M, Soukoulis C M 2009 Phys. Rev. B 79 121104(R)
[11]	Plum E, Zhou J, Dong J, Fedotov V A, Koschny T, Soukoulis C M, Zheludev N I 2009 Phys. Rev. B 79 035407
[12]	Dong J, Zhou J, Koschny T, Soukoulis C M 2009 Opt. Express 17 14172
[13]	Rogacheva A V, Fedotov V A, Schwanecke A S, Zheludev N I 2006 Phys. Rev. Lett. 97 177401
[14]	Plum E, Fedotov V A, Schwanecke A S, Zheludev N I, Chen Y 2007 Appl. Phys. Lett. 90 223113
[15]	Decker M, Zhao R, Soukoulis C M, Linden S, Wegener M 2010 Opt. Lett. 35 1593
[16]	Xiong X, Sun W, Bao Y, Wang M, Peng R, Sun C, Lu X, Shao J, Li Z, Ming N 2010 Phys. Rev. B 81 075119
[17]	Li Z, Zhao R, Koschny T, Kafesaki M, Alici K B, Colak E, Caglayan H, Ozbay E, Soukoulis C M 2010 Appl. Phys. Lett. 97 081901
[18]	Dong J F, Xu C, Xu J 2009 Mater. Rev. 23 84 (in Chinese) [董建峰、徐超、徐键 2009 材料导报 23 84]
[19]	Dong J F, Xu C, Xu J 2009 Chin. J. Quant. Electr. 26 385 (in Chinese) [董建峰、徐超、徐键 2009 量子电子学报 26 385]
[20]	Tang M C, Xiao S Q, Guan J, Bai Y Y, Gao S S, Wang B Z 2010 Chin. Phys. B 19 074214
[21]	Bao S, Luo C R, Zhao X P 2011 Acta Phys. Sin. 60 014101 (in Chinese) [保石、罗春荣、赵晓鹏 2011物理学报 60 014101]
[22]	Ma H, Qu S B, Xu Z, Zhang J Q, Wang J F 2009 Chin. Phys. B 18 1025
[23]	Wen R M, Li L Y, Han K W, Sun X W 2010 Acta Phys. Sin. 59 4607 (in Chinese) [闻孺铭、李凌云、韩克武、孙晓玮 2010 物理学报 59 4607]
[24]	Zhang Y P, Zhao X P, Bao S, Luo C R 2010 Acta Phys. Sin. 59 6078 (in Chinese) [张燕萍、赵晓鹏、保石、罗春荣 2010物理学报 59 6078]

施引文献

[1]	Veselago V G 1968 Sov. Phys. Usp. 10 509
[2]	Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C, Schultz S 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184
[3]	Shelby R A, Smith D R, Schultz S 2001 Science 292 77
[4]	Caloz C, Itoh T 2002 IEEE Ante. Prop. Soci. Int. Symp. 2 412
[5]	Eleftheriades G V, Iyer A K, Kremer P C 2002 IEEE Trans. Microwave Theory and Tech. 50 2702
[6]	Cubukcu E, Aydin K, Ozbay E, Foteinopoulou S, Soukoulis C M 2003 Nature 423 604
[7]	Parimi P V, Lu W T, Vodo P, Srinivas S 2003 Nature 426 404
[8]	Tretyakov S, Nefedov I, Sihvola A, Maslovski S, Simovski C 2003 J. Electromag. Wave Appl. 17 695
[9]	Pendry J B 2004 Science 306 1353
[10]	Zhou J, Dong J, Wang B, Koschny T, Kafesaki M, Soukoulis C M 2009 Phys. Rev. B 79 121104(R)
[11]	Plum E, Zhou J, Dong J, Fedotov V A, Koschny T, Soukoulis C M, Zheludev N I 2009 Phys. Rev. B 79 035407
[12]	Dong J, Zhou J, Koschny T, Soukoulis C M 2009 Opt. Express 17 14172
[13]	Rogacheva A V, Fedotov V A, Schwanecke A S, Zheludev N I 2006 Phys. Rev. Lett. 97 177401
[14]	Plum E, Fedotov V A, Schwanecke A S, Zheludev N I, Chen Y 2007 Appl. Phys. Lett. 90 223113
[15]	Decker M, Zhao R, Soukoulis C M, Linden S, Wegener M 2010 Opt. Lett. 35 1593
[16]	Xiong X, Sun W, Bao Y, Wang M, Peng R, Sun C, Lu X, Shao J, Li Z, Ming N 2010 Phys. Rev. B 81 075119
[17]	Li Z, Zhao R, Koschny T, Kafesaki M, Alici K B, Colak E, Caglayan H, Ozbay E, Soukoulis C M 2010 Appl. Phys. Lett. 97 081901
[18]	Dong J F, Xu C, Xu J 2009 Mater. Rev. 23 84 (in Chinese) [董建峰、徐超、徐键 2009 材料导报 23 84]
[19]	Dong J F, Xu C, Xu J 2009 Chin. J. Quant. Electr. 26 385 (in Chinese) [董建峰、徐超、徐键 2009 量子电子学报 26 385]
[20]	Tang M C, Xiao S Q, Guan J, Bai Y Y, Gao S S, Wang B Z 2010 Chin. Phys. B 19 074214
[21]	Bao S, Luo C R, Zhao X P 2011 Acta Phys. Sin. 60 014101 (in Chinese) [保石、罗春荣、赵晓鹏 2011物理学报 60 014101]
[22]	Ma H, Qu S B, Xu Z, Zhang J Q, Wang J F 2009 Chin. Phys. B 18 1025
[23]	Wen R M, Li L Y, Han K W, Sun X W 2010 Acta Phys. Sin. 59 4607 (in Chinese) [闻孺铭、李凌云、韩克武、孙晓玮 2010 物理学报 59 4607]
[24]	Zhang Y P, Zhao X P, Bao S, Luo C R 2010 Acta Phys. Sin. 59 6078 (in Chinese) [张燕萍、赵晓鹏、保石、罗春荣 2010物理学报 59 6078]

[1]	周建华, 李栋华, 曾阳素, 朱鸿鹏. 梯度负折射率介质中高斯光束传输特性的研究. 物理学报, 2014, 63(10): 104205. doi: 10.7498/aps.63.104205
[2]	徐新河, 吴夏, 肖绍球, 甘月红, 王秉中. 磁电超材料折射率特性分析. 物理学报, 2013, 62(8): 084101. doi: 10.7498/aps.62.084101
[3]	李杰, 董建峰. 光轴平行于界面的单轴手征介质中的负折射研究. 物理学报, 2012, 61(11): 114101. doi: 10.7498/aps.61.114101
[4]	苏妍妍, 龚伯仪, 赵晓鹏. 基于双负介质结构单元的零折射率超材料. 物理学报, 2012, 61(8): 084102. doi: 10.7498/aps.61.084102
[5]	李杰, 杨方清, 董建峰. 双层金属线平面手征结构的强旋光性和负折射率研究. 物理学报, 2011, 60(12): 124202. doi: 10.7498/aps.60.124202
[6]	卓士创, 闫长春. 可见光紫端748 THz处的高透过率负折射率材料模拟研究. 物理学报, 2010, 59(1): 360-364. doi: 10.7498/aps.59.360
[7]	童元伟, 毛宇, 庄松林. 光频段多频率域负折射率材料的数值研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5553-5558. doi: 10.7498/aps.59.5553
[8]	王振德, 刘念华. 正负折射率材料组成的半无限一维光子晶体的反射率. 物理学报, 2009, 58(1): 559-564. doi: 10.7498/aps.58.559
[9]	汤世伟, 朱卫仁, 赵晓鹏. 光波段多频负折射率超材料. 物理学报, 2009, 58(5): 3220-3223. doi: 10.7498/aps.58.3220
[10]	郑军, 刘正东, 曾福华, 方慧娟. 倒Y形四能级原子系统电磁诱导的左手效应. 物理学报, 2008, 57(7): 4219-4223. doi: 10.7498/aps.57.4219
[11]	曾福华, 刘正东, 郑军, 方慧娟. 量子调控中介质的左手效应. 物理学报, 2008, 57(4): 2218-2221. doi: 10.7498/aps.57.2218
[12]	王同标, 刘念华. 正负折射率材料组成的一维光子晶体的能带及电场. 物理学报, 2007, 56(10): 5878-5882. doi: 10.7498/aps.56.5878
[13]	石刚, 岑洁萍, 樊莉, 刘拥军. 左右手系材料界面处全反射行为的特性. 物理学报, 2007, 56(8): 4653-4656. doi: 10.7498/aps.56.4653
[14]	林志立. 左手性介质透镜系统的赛德尔像差特性研究. 物理学报, 2007, 56(10): 5758-5765. doi: 10.7498/aps.56.5758
[15]	冯宇, 吴健, 宋建平. 负折射指数物质中金属线对电磁波的影响. 物理学报, 2006, 55(6): 2794-2798. doi: 10.7498/aps.55.2794
[16]	赵天恩, 伍瑞新, 杨帆, 陈平. 周期性层状铁氧体-电介质复合材料中导模模式的有效负折射率. 物理学报, 2006, 55(1): 179-183. doi: 10.7498/aps.55.179
[17]	张东科, 张冶文, 赫丽, 李宏强, 陈鸿. 利用集总L-C元件构造的一维metamaterials特性的实验研究. 物理学报, 2005, 54(2): 768-772. doi: 10.7498/aps.54.768
[18]	郑晴, 赵晓鹏, 付全红, 赵乾, 康雷, 李明明. 左手材料的反射特性与负折射率行为. 物理学报, 2005, 54(12): 5683-5687. doi: 10.7498/aps.54.5683
[19]	陈龙, 何赛灵, 沈林放. 含负折射率介质的多层结构中倏逝波传播及隧道效应的分析. 物理学报, 2003, 52(10): 2386-2392. doi: 10.7498/aps.52.2386
[20]	唐永林, 李大义, 陈建国, 康俊. 对数型折射率饱和非线性介质中光孤子高斯型呼吸模式. 物理学报, 1999, 48(7): 1248-1253. doi: 10.7498/aps.48.1248

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