關(guān)于負(fù)折射率材料光學(xué)表征的研究.pdf

1、在科學(xué)巨匠牛頓其經(jīng)典著作《光學(xué)》中，對(duì)光的折射、透射、反射現(xiàn)象和顏色理論有了詳盡的研究。此后，人們習(xí)慣使用折射率作為物質(zhì)本身的一種性質(zhì)表示物質(zhì)中光的傳播方向。當(dāng)人們對(duì)電磁波有了深刻了解之后，發(fā)現(xiàn)光與電磁波的特性高度一致，隨著研究的不斷深入，折射率的內(nèi)涵也就更加豐富，一方面表達(dá)了光在特定物體中路徑的變化規(guī)律，另外也表達(dá)了光在該材料中的速率，以及該介質(zhì)的電容率和磁導(dǎo)率。
　　1968年，前蘇聯(lián)科學(xué)家Veselago通過對(duì)解析表達(dá)式的研

2、究，發(fā)現(xiàn)了折射率在理論上也可以為負(fù)值，提出了負(fù)折射材料的概念，展望了負(fù)折射材料的種種應(yīng)用前景，比如完美透鏡，制作隱形材料等等。但是自然界中并不存在負(fù)折射材料，有關(guān)它的研究還是局限于少量理論探索。2000年左右，Pendry，Dr Smith制作并測(cè)試了微波頻段的負(fù)折射率人工超構(gòu)材料，為此后研究奠定了理論及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　本文主要基于金納米線陣列設(shè)計(jì)負(fù)折射材料，研究包括表面等離子理論，表面等離子體波激發(fā)方式等，到研究模型構(gòu)建，仿真優(yōu)

3、化，近場(chǎng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)表征等各個(gè)項(xiàng)目，旨在設(shè)計(jì)制造當(dāng)前加工工藝下能夠制造的人工負(fù)折射材料，并利用該材料完成對(duì)負(fù)折射材料光學(xué)實(shí)驗(yàn)表征方法的研究。傳統(tǒng)研究受限制于檢測(cè)設(shè)備精度等各方面因素，因此對(duì)負(fù)折射材料大多只有理論及計(jì)算機(jī)仿真上的結(jié)果。本文的表征方法簡(jiǎn)便明了，并結(jié)合了計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果清晰明了地對(duì)負(fù)折射現(xiàn)象進(jìn)行表征，不同于前人實(shí)驗(yàn)的例子，解決了諸多測(cè)試方面的難題。
　　首先通過FDTD算法對(duì)可能影響其負(fù)折射性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)，制造誤差等進(jìn)行計(jì)算機(jī)

4、仿真，以優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能。經(jīng)過對(duì)仿真結(jié)果的歸納得到影響結(jié)構(gòu)特性的主要因素為光源波長(zhǎng)，納米線半徑及結(jié)構(gòu)周期。納米線間距，排列晶格，表面平整度等對(duì)結(jié)果沒有明顯影響。最終得到納米結(jié)構(gòu)周期在400nm，金納米線半徑為100nm左右的材料在532nm波長(zhǎng)的光源激勵(lì)下具有較優(yōu)的負(fù)折射特性。
　　最后光學(xué)表征實(shí)驗(yàn)中，采用波長(zhǎng)為532nm的發(fā)散光對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品及正常折射材料（空載玻片）進(jìn)行測(cè)試，對(duì)比其出射面及其垂直方向上的光強(qiáng)分布。按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的光路圖測(cè)