左手媒质的全反射及表面波分析.pdf

2 0 0 5 ’全国微波毫米波会议沧文集左手媒质的全反射及表面波分析党晓杰，梁昌洪( 西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室，西安，7 1 0 0 7 1 )摘要：本文分析了右手媒质与左手媒质交界处发牛全反射的临界角的条件，并与两右手媒质交界处 的全反射进行了对比在此基础上给出了左手媒质中表面波场的具体形式，并与右手媒质中的表面 波进行了对比，结果表明在发生表面波的隋况下，左手媒质中的电磁波并没有表现出不同于普通右手媒质的特性 关键字：左手媒质，全反射，表面波1 ．引言1 9 6 8 年，前苏联科学家V e s e l a g o 从理论上指出：当介质的介电常数占以及磁导率∥同时为负值时，其折射率为负值因为这种媒质中波矢量、电场矢量以及磁场矢量呈左手螺旋关系，所以称 其为左手媒质2 0 0 1 年，美国加州大学S a nD i ．e g o 分校的D ．R ．S m i t h 等人首次人工构成这种“左手 媒质”近来，左手媒质成为了一个新的研究热点两右手媒质交界处波的反射与折射如图l 所示 ≮岛> 01 ／ ／Z图1 两右手媒质交界处折射波的方向 左手媒质的—个突出的特点就是：在左手媒质与通常的右手媒质的交界处，电磁波会呈现出1 i同寻常的折射现象，如图2 所示。

从图2 中我们可以看出，与两种右手媒质交界面不同的是，入射波与折射波在在法线的同—坝虬 而且根据折射定律s m 吼n lmi 丽一iu ’以及电磁场连续肚方程，可以得到在此交界面的反射以及透射系数2 0 0 5 ‘全国微波毫米波会议论文集￡> 0Z ‘岛 哆 眈时，为满足折射定律，只必为复数角，即巧= 以+ j O t ，而且此时要求以= 一：／z “ ，s i n0 , 才为小于一l 的实数晟终得到透射波的电场值为豆：芦，e —m 厥”e 如厮m B k( 6 )其中，N = 一J c o s a , =由此可见，在! 鳓在左手媛质中沿x 方向传播自晰波，且振{ 醯z 方向按十醐期律衰减类 似于右手媒质的隋况，这种波称为慢波，或渚1 是表面波同理，可以得到左手媒质中的透射波磁场为只：鱼f 秽+ 三 叩2ls i n 占, l e - o 厩M e 如鬲s j n e l( 8 )由于反射波与入射波的相位不同，沿z 方向的平均能流密度为零，即无平均功率透过界面进^ 左手 媒质中由上面可以看出，此时左手媒质与右手媒质一一丰￥存在表面| 曼波，而且表面波的传播方向以及衰 ≯赭性与右手帮颟中的相同。

在这种情况下，左手鹕鼎于表面波并没有表现出奇特的电磁特陡4 ．结论本文从理论上分析了右手媒质与左手媒质交界处发生全反射的临界角的条件，并与两右手媒质 交界处的全反射进行了对比在此基础上给日{ r 左手媒质中表面波场的具体形式，并与右手媒质中 的表面波i 新亍了对比，结黥明在发生表面波附胤开卜- ，左手媒质中的电磁波并没有表现出不同于 普通右手媒质的特性参考文献[ 1 ] IV e s e l a g o V G ．T h e e l 蛳c s o f s u b s t a n c e s w i t hs i r m f l t a n e a n s l y n e g a t i v e v a l u e s o fa n dI t , S o yP h y sU s p ．，1 9 6 8 ．1 0 ( 4 ) ：5 0 9 ～5 1 4[ 2 ] P e n d r y J B ，H o l d e n A J ，S 忙w a r t W J ，Y o t m g s I ．E x t r e m e l y l o w f r e q u e n c y p l a s m o n s i n m e t a U i c m e s o n ．P l a y s ，R e v ．L e l t ．，1 9 9 6 ，7 6 ( 2 5 ) ：4 7 7 3 ～4 7 7 6[ 3 】P ％d r y J B ，H o l d e n AJ ，R o b b i o s DJ ，弧= w 舐wJ ．L o w f r e q u e n c y p l a s m o n s i n t h i n ．w i l es t r u c 心e s ．J ．P h y s ．C 1 0 ，1 9 9 8 ：4 7 8 5 ～4 8 0 8[ 4 ] P e n d r y J B ，S m i t h D R ．C o m m e n t o n “W a v e R e f r a c t i o n i n N e g a t i v e I I K l e X M e d i a ：A l w a y s P o s i t i v ea n dV e r y I n h o m i g e n e o u s ' ’．P h y s ，R e vL e t t ．2 0 0 3 ，9 0 ：0 2 9 3 0 36 7 9五％，，，UY2 0 0 5 ’全国微波毫米波会议论文集【5 ] S m i t h D R ，P a d i l l a W J ，V i e r D C ，N e r o m - N a s s e r S C ，S c h u l t z S ．C o m p o s i t e m e d i u m v A t hs i m u l t a n e o t t s l y n e g a t i v e p e r m e a b i l i t y a n d p e r r m t f i v i t y ．H 酗．R e v ．m ．，2 0 0 0 ，{ ；4 ( 18 ) ：4 1 8 4 - 4 1 8 7【6 ] S h e l b y R A ，S m i t h D R ，S c h u l t z S ．E x p e f i m e n l a l v 刮f i c a f i o n o f a n e g a t i v e i n d e x o f r e f r a c t i o nS c i e n c e2 0 0 1 ，2 9 2 ( 6 ) ：7 7 - 7 9[ 7 ] T i e J t m C u i ，J i n A u K o n g ．T h n e - d o m a m e l e c l r o m a g n e f i ce f l e l ' g y i n a f r e q n e n c y a t i s p e ≈i v e l e f l - h n n d e dm e d i u m ．斜雌R e v ．B ，，2 0 0 4 ，7 0 ：2 0 5 1 0 6【8 jP e a 奶' J BN e g a t i v e r e f r a c t i o n r r 呔e s a p e r f e c t l e n s ．P h y s ．R e vL e a ，2 0 。

o ，8 5 ( 1 8 ) ：3 9 6 6 ～3 9 6 9[ 9 】L i n d e n I V ，T r e t y a k o v S A ，N i k o s k i n ∞K I ，l l v o n 印S ．B W m e d i a - M e d i a w i t h n e g a t i v e i x Ⅱv a m e t e r s ，c a p 日b l e o f s u p p o r t i n g b a c k w a r d w a v e sM i c r o w a v e O p t ．T e c h ，L e t t ．2 0 0 1 ，3 1 ( 2 ) ：1 2 9 ～1 3 3【1 0 ] Z i o l k o w s k i R W ，H e y m m E ．W a v e p r o p a g a l i o n i n m e d i a t m v m g n e g a t i v e p e a m i U i v i t y a n d p e m a e a b i l i t yP h y s ．R ．e v ．E ．，2 0 0 1 , 6 4 ( 5 ) ：0 5 6 6 2 5 ：l ～1 5。