第1章 概 论
1.1人工电磁结构的概念
人工电磁结构(Electromagnetic Metamaterial)是指在自然界中本身并不存在或者没有被发现,而由人们根据电磁学理论的推导计算所设计并制作出来的,具有非常规电磁属性的人造媒质或材料[1]。由于它通常是由两种或者两种以上的自然物质(通常是金属和介质)按照特定的规则组合而成的,所以也有学者把它叫做复合材料(Composite Material)[2];Metamaterial一词本身也表达了“混合的”“合成的”材料[3]的含义。但是在科学研究中,为了突出被研究对象的本质,把这些新型的材料统一定名为“人工电磁结构”。
事实上,人们对于人工电磁结构的研究由来已久。1987年,John和Yablonbitch等人在传统晶体概念基础上各自独立地提出了光子晶体(Photonic Crystal)的设计[4-5]。光子晶体是一种非常典型的光子带隙(Photonic Band-Gap,PBG)结构,它的禁带效应功能是引起人们最大兴趣的所在。比如通过对材料介电常数的分布进行周期调制,某些特定角度的入射波被临近的周期结构散射而产生干涉,发生类似布拉格(Bragg)衍射的现象。这些特定入射方向的能量由于衍射效应导致传播的群速度为零,因而被禁止通过,形成禁带。利用光子晶体的禁带机制,人们能够对光进行更加自如的控制。
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