基于极性晶格振动的本征型超常电磁介质

具有反常电磁参数的新型介质材料由于其新颖的物理性质和广阔的应用前景引起了越来越多的关注,其使用频率范围也逐渐由微波段向可见光频段发展.目前,典型的超常介质材料主要由人工设计的金属周期结构来实现,但是到红外以上的光频段,这类人工结构面临着加工技术、物理学和材料学极限等方面制约.因此,摆脱人工结构而探索材料本征特性与电磁波的相互作用行为,寻找来自材料本身的超常电磁特性,将成为高频超常电磁介质和器件的重要发展方向之一.在红外波段本征超常电磁介质的研究方面,利用极性晶格振动和电磁波相互作用机制实现超常介电常数是一个新的研究方向.本文较详细地介绍了该机制原理及其在实现超常电磁介质方面的应用和取得的主要研究成果.

基于电子共振跃迁的光频本征型超常电磁介质

超常电磁介质因其异于普通材料的电磁性质而受到广泛关注,基于周期性谐振结构的超常介质(即超材料)到光频段以后会出现加工困难,且损耗明显,而基于材料本征性质的超常介质却表现出独特的优势.文章简要介绍了三类本征型超常电磁介质的形成机制,它们分别是强各向异性机制、自旋波和等离子体耦合机制以及电子共振跃迁机制.重点介绍了基于电子共振跃迁的超常介质.采用半经典理论分析了气态介质中二能级、三能级体系的电偶极跃迁和磁偶极跃迁过程,总结了极化率和磁化率的一般表达式,综述了基于二能级、三能级及多能级模型获得的气态超常电磁介质.此外,对凝聚态体系中的电子共振跃迁和超常电磁性质关系作了简要阐述.最后,对采用实验方法实现的这种本征型超常电磁介质进行了简要分析.

基于稀土离子电磁偶极跃迁的光频超常介质

超常电磁介质具有自然材料所不具有的奇异电磁参数,成为颠覆性技术的生长点。目前这类材料主要基于周期性的谐振结构(超材料)技术,而可见光频段超常介质的实现则面临着技术制约和物理极限。为此提出了利用稀土离子的电子共振跃迁机制实现光频的超常电磁响应。根据半经典理论分析了稀土掺杂晶体中的二能级电子跃迁过程,获得了电磁参数与跃迁参数的关系,在此基础上可模拟出跃迁频率处的超常电磁响应,进而通过选择特定共掺稀土离子获得负折射材料。本文综述了该领域的一些研究进展。