SQUID左手材料特性及各向异性左手材料性质研究

论文摘要

自2000年Smith首次实现介电常数和磁导率同时为负的左手材料以来,这一领域引起了人们的强烈关注。左手材料是一种新型的人造材料,人们已经发现它具有一些新的物理效用及奇特的性质。因此,研究左手材料的性质以及如何实现左手材料在理论和实践上具有重要意义。本论文的中心是SQUID左手材料的构建以及具有特定介电常数和磁导率形式的各向异性材料性质的研究,具体集中在以下几个方面。首先提出了基于SQUID和金属导线构建具有量子特性的左手材料的设想,并系统研究了在微波探测场和微波耦合场作用下这种左手材料的特性,重点考察了微波耦合场通过量子相干效应对这种左手材料的磁导率的调控。其次研究了SQUID阵列在另一种工作方式——直流偏置磁场作用下对小信号微波探测场的响应。我们发现磁导率及其共振频率均可以通过直流偏置磁场进行调节,并且在一定条件下出现双稳特性。这使实现极低频的负磁导率以及通过磁场脉冲实现磁导率在正负之间快速跳变成为可能。然后求解了具有一定色散关系的两半无穷左手材料界面上的表面等离子体激元模式,讨论了各向异性左手材料界面上的表面等离子体激元的新特性,并探讨各向异性左手材料对金属中表面等离子体激元的衰减的抑制的可能性。我们还提出了一种“衰逝波放大型”模式,并讨论了实验验证这种模式的可能性。最后研究了普通单轴晶体内表面的反射现象,提出了光线负反射的概念,讨论了实现负反射的条件。系统分析了电磁波在各向异性材料界面上的行为。得到了波法线的入射角和反射角之间、光线入射角和反射角之间的简单关系以及反射透射系数。我们通过分析发现,对于ε⊥、εz异号的左手材料,通过选择合适的主轴倾角,其反射折射行为的“怪异”会更明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 左手材料研究进展和现状
• 1.3 论文各部分的主要内容
• 第2章 左手材料的理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 左手材料的基本性质
• 2.2.1 玻印廷矢量（S|→） 和波矢（k|→） 反向平行
• 2.2.2 左手材料的折射率为何为负
• 2.2.3 左-右手材料界面上的负折射
• 2.3 左手材料构造基础
• 2.3.1 负介电常数的产生方法
• 2.3.2 负磁导率的产生方法
• 2.4 理想成像理论
• 2.5 左手材料的各向异性
• 第3章 SQUID 量子左手材料
• 3.1 引言
• 3.2 SQUID 和EIT 简介
• 3.2.1 约瑟夫森效应
• 3.2.2 射频超导量子干涉器件rf SQUID
• 3.2.3 EIT 理论概述
• 3.3 SQUID 量子左手材料的磁响应
• 3.4 SQUID 量子左手材料的磁导率
• 3.4.1 无耦合场时的磁导率
• 3.4.2 强耦合场时的磁导率
• 3.5 小结
• 第4章 SQUID 阵列的经典双稳特性
• 4.1 引言
• 4.2 结构和动力学描述
• 4.3 对微波探测场的响应
• 4.4 系统的磁导率
• 4.5 进一步的讨论
• 4.6 小结
• 第5章 含左手材料时的表面等离子体激元
• 5.1 引言
• 5.2 SPPs 的基本性质
• 5.2.1 SPPs 的色散关系
• 5.2.2 SPPs 模式存在的条件
• 5.3 两左手材料界面上的 SPPs
• 5.4 各向异性介质中的SPPs 的新特性
• 5.5 各向异性对表面等离子体激元波在金属中衰减的控制
• 5.6 衰逝波放大型SPPs 模式
• 5.7 小结
• 第6章 各向异性介质中光的反射
• 6.1 引言
• 6.2 普通单轴晶体中负反射和负折射现象的定性分析
• 6.3 普通单轴晶体实现负反射的条件
• 6.4 普通单轴晶体光线入射角和光线反射角的关系
• 6.5 各向异性介质中的电磁场
• 6.6 各向异性介质中电磁波的内反射
• 6.6.1 反射时的波矢
• 6.6.2 反射时的光线
• 6.6.3 反射透射系数
• 6.7 讨论
• 6.8 小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果