Jump to content

Отрицательное преломление

Отрицательное преломление — это электромагнитное явление, при котором световые лучи преломляются . на границе раздела , противоположной их более часто наблюдаемым положительным преломляющим свойствам Отрицательное преломление можно получить с помощью метаматериала , который был разработан для достижения отрицательного значения (электрической) диэлектрической проницаемости (ε) и (магнитной) проницаемости (μ); в таких случаях материалу может быть присвоен отрицательный показатель преломления . Такие материалы иногда называют материалами «двойного негатива». [1]

Отрицательное преломление происходит на границах раздела материалов, где один имеет обычную положительную фазовую скорость (т. е. положительный показатель преломления), а другой имеет более экзотическую отрицательную фазовую скорость (отрицательный показатель преломления).

Отрицательная фазовая скорость

[ редактировать ]

Отрицательная фазовая скорость (NPV) — это свойство распространения света в среде . Существуют разные определения NPV; наиболее распространенным является оригинальное предложение Виктора Веселаго о противопоставлении волнового вектора и (Абрахама) вектора Пойнтинга . Другие определения включают противопоставление волнового вектора групповой скорости и энергии скорости. [2] «Фазовая скорость» используется традиционно, поскольку фазовая скорость имеет тот же знак, что и волновой вектор.

Типичным критерием, используемым для определения NPV Веселаго, является то, что скалярное произведение вектора Пойнтинга и волнового вектора отрицательно (т. е. что ), но это определение не является ковариантным . Хотя это ограничение не имеет практического значения, критерий был обобщен в ковариантную форму. [3] Среду Veselago NPV также называют «левыми (мета) материалами», поскольку компоненты проходящих через нее плоских волн (электрическое поле, магнитное поле и волновой вектор) подчиняются правилу левой руки, а не правилу правой руки . Терминов «левша» и «правша» обычно избегают, поскольку они также используются для обозначения хиральных сред.

Отрицательный показатель преломления

[ редактировать ]
Сравнение преломления в левостороннем метаматериале с преломлением в обычном материале.
Duration: 25 seconds.
Видео, демонстрирующее отрицательное преломление света на однородной плоской границе раздела.

Можно отказаться от прямого рассмотрения вектора Пойнтинга и волнового вектора распространяющегося светового поля и вместо этого напрямую рассмотреть реакцию материалов. Предполагая, что материал ахиральный, можно рассмотреть, какие значения диэлектрической проницаемости (ε) и проницаемости (μ) приводят к отрицательной фазовой скорости (NPV). Поскольку и ε, и μ, как правило, являются комплексными, их мнимые части не обязательно должны быть отрицательными, чтобы пассивный (т. е. с потерями ) материал демонстрировал отрицательное преломление. В этих материалах критерий отрицательной фазовой скорости был выведен Депином и Лахтакиа как

где являются действительными частями ε и µ соответственно. Для активных материалов критерий другой. [4] [5]

Возникновение NPV не обязательно означает отрицательное преломление (отрицательный показатель преломления). [6] [7] Обычно показатель преломления определяется с помощью

,

где по соглашению для . Однако в материалах NPV отрицательный квадратный корень выбирается, чтобы имитировать тот факт, что волновой вектор и фазовая скорость также меняются местами. Показатель преломления — это производная величина, которая описывает, как волновой вектор связан с оптической частотой и направлением распространения света; таким образом, знак должны быть выбраны в соответствии с физической ситуацией.

В хиральных материалах

[ редактировать ]

Показатель преломления также зависит от параметра киральности , что приводит к различным значениям для волн с левой и правой круговой поляризацией, определяемых выражением

.

Отрицательный показатель преломления возникает для одной поляризации, если > ; в этом случае, и/или не обязательно должен быть отрицательным. Отрицательный показатель преломления из-за киральности был предсказан Пендри и Третьяковым с соавт. , [8] [9] и впервые наблюдался одновременно и независимо Plum et al. и Чжан и др. в 2009 году. [10] [11]

Преломление

[ редактировать ]

Следствием отрицательного преломления является то, что лучи света при входе в материал преломляются по одну и ту же сторону от нормали , как показано на диаграмме, и в соответствии с общей формой закона Снеллиуса .

См. также

[ редактировать ]

Электромагнитные взаимодействия

[ редактировать ]
  1. ^ Слюсарь, Вадим И. (10 октября 2009 г.). «Метаматериалы в антенных решениях» (PDF) . Материалы международной конференции по теории и технике антенн : 19–24. doi : 10.1109/ICATT.2009.4435103 (неактивен 31 января 2024 г.). {{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )
  2. ^ Веселаго, Виктор Г (30 апреля 1968 г.). «Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями ε и μ». Успехи советской физики . 10 (4): 509–514. Бибкод : 1968СвФУ..10..509В . doi : 10.1070/pu1968v010n04abeh003699 (неактивен 12 апреля 2024 г.). ISSN   0038-5670 . {{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на апрель 2024 г. ( ссылка )
  3. ^ МВ МакКолл (2008). «Ковариантная теория распространения отрицательной фазовой скорости». Метаматериалы . 2 (2–3): 92. Бибкод : 2008МетаМ...2...92М . doi : 10.1016/j.metmat.2008.05.001 .
  4. ^ Р. А. Депин и А. Лахтакиа (2004). «Новое условие для идентификации изотропных диэлектрико-магнитных материалов с отрицательной фазовой скоростью». Письма о микроволновых и оптических технологиях . 41 (4): 315–316. arXiv : физика/0311029 . дои : 10.1002/mop.20127 . S2CID   6072651 .
  5. ^ П. Кинслер и М.В. МакКолл (2008). «Критерии отрицательного преломления в активных и пассивных средах». Письма о микроволновых и оптических технологиях . 50 (7): 1804. arXiv : 0806.1676 . дои : 10.1002/mop.23489 . S2CID   117834803 .
  6. ^ Маккей, Том Г.; Лахтакия, Ахлеш (12 июня 2009 г.). «Отрицательная рефракция, отрицательная фазовая скорость и противоположение в бианизотропных материалах и метаматериалах». Физический обзор B . 79 (23): 235121. arXiv : 0903.1530 . Бибкод : 2009PhRvB..79w5121M . дои : 10.1103/PhysRevB.79.235121 .
  7. ^ Дж. Скаар (2006). «О разрешении показателя преломления и волнового вектора». Оптические письма . 31 (22): 3372–3374. arXiv : физика/0607104 . Бибкод : 2006OptL...31.3372S . CiteSeerX   10.1.1.261.8030 . дои : 10.1364/OL.31.003372 . ПМИД   17072427 . S2CID   606747 .
  8. ^ Пендри, Дж. Б. (2004). «Киральный путь к отрицательному преломлению». Наука . 306 (5700): 1353–5. Бибкод : 2004Sci...306.1353P . дои : 10.1126/science.1104467 . ПМИД   15550665 . S2CID   13485411 .
  9. ^ Третьяков С.; Нефедов И.; Шивола, А.; Масловский С.; Симовски, К. (2003). «Волны и энергия в киральной ничтожности». Журнал электромагнитных волн и приложений . 17 (5): 695. arXiv : cond-mat/0211012 . Бибкод : 2003JEWA...17..695T . дои : 10.1163/156939303322226356 . S2CID   119507930 .
  10. ^ Слива, Э.; Чжоу, Дж.; Донг, Дж.; Федотов В.А.; Кошный, Т.; Сукулис, CM; Желудев Н.И. (2009). «Метаматериал с отрицательным индексом хиральности» (PDF) . Физический обзор B . 79 (3): 035407. arXiv : 0806.0823 . Бибкод : 2009PhRvB..79c5407P . дои : 10.1103/PhysRevB.79.035407 . S2CID   119259753 .
  11. ^ Чжан, С.; Парк, Ю.-С.; Ли, Дж.; Лу, Х.; Чжан, В.; Чжан, X. (2009). «Отрицательный показатель преломления в хиральных метаматериалах». Письма о физических отзывах . 102 (2): 023901. Бибкод : 2009PhRvL.102b3901Z . doi : 10.1103/PhysRevLett.102.023901 . ПМИД   19257274 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 1dc2ec1b8489a65c3151e7b3fde92a9f__1715889120
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/1d/9f/1dc2ec1b8489a65c3151e7b3fde92a9f.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Negative refraction - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)