人工电磁媒质调控偏振态的研究
摘 要：长期以来，人们就对电磁波的调控有着浓厚的兴趣。但是随着人们对自然材料的深入了解，发现这些自然材料满足不了人们对电磁波调控的兴趣了。人工电磁煤质（超材料）的出现突破了对自然材料限制，它是一种新型的人工材料，一般由一些单元尺寸小于入射波长的金属结构组成，因为它是人工结构，所以可以调节自身结构来获得一些特殊的电磁特性，如负介电常数、负磁导率、负折射率、非对称传输、逆多普勒效应、反常切连科夫辐射效应等。由于人工电磁煤质具有这些奇特的性质，所以它在很多领域有着巨大的潜力，比如隐身斗篷，吸波器，偏振转换器、超透镜等。偏振态是电磁波的一种非常重要的特性，而不同结构的人工电磁媒介对电磁波有着不同的偏振调控。
关键词：人工电磁煤质；偏振态；手征结构；各项异性
- 人工电磁煤质
（一）人工电磁煤质的介绍
1.人工电磁煤质的由来
1968年，前苏联物理学家V.G.Veselago就已经研究了同时具有负介电常数和负磁导率的材料，这种材料称为左手材料［11,12］，因为V.G.Veselago发现在这种材料中传播的电磁波波矢方向和能量的传播方向相反，电场E、磁场H和波矢K构成左手螺旋关系，这有别于自然材料中的右手螺旋关系。这种假想的材料，虽然有着双负特性，但在之后的几十年人们都未曾在自然中找到它。直到1996年-1999年期间，J.B.Pendry等人相继构造出了周期性排列的金属棒阵列和金属开口谐振环阵列组成的人工电磁媒质，它们的等效介电常数和等效磁导率都是负值。2001年，D.R.Smith和Shelby等人根据J.B.Pendry提出的理论模型，将细金属丝板和金属开口谐振环板有规律地排列在一起，首次构造出了微波波段介电常数和磁导率为负值的人工介质，并通过实验证明电磁波通过这种材料时，人工和空气界面会产生负折射现象。
2.人工电磁煤质的潜力
人工电磁煤质一般是由一些周期性排列的亚波长的金属单元组成，它具有一些天然材料所不具备的电磁特性。这些特性使得人工电磁媒介变成一个新型的重点发展领域，因为它的一些奇特性质在各个领域都有着巨大的潜力，它得到了美国、欧洲等发达国家的重重视和支持。美国国防部长办公室把人工电磁煤质列为“六大颠覆性基础研究领域”之一，美国国防高级研究计划局把人工电磁煤质定义为“强力推进增长领域”，美国空军科学研究办公室把人工电磁煤质列入“十大关键领域”［2］。
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