1、左手材料是電容率和磁導率同時小于零的人工特異材料，它具有諸多不同于普通介質的非凡特性和潛在的應用前景，是當前國際研究的熱點課題之一。本論文是根據(jù)目前左手材料的不足，設計了多種新型左手材料，尤其是在可見光波段具有高透過率的左手材料。主要內容包括以下幾個方面： （1）限于金屬波導中的離散漁網(wǎng)格振蕩器。通過對一個結構單元的S參數(shù)的計算，提取出材料的各種電磁參數(shù)，并發(fā)現(xiàn)折射率在波長為614 nm和661 nm之間是負的。品質因數(shù)FOM的

2、最大值在640nm處為0．9。對于另外一組單元尺寸，在波長655 nm處的FOM值達到1．07。還通過計算單元中銀表面的誘導電流分布，揭示了此結構的振蕩機理。以及提出了相應的LC振蕩電路，并對其進行定量的分析和計算，計算結果顯示了文中提出的LC振蕩模型能夠較好地預言結構的共振波長。 （2）限于金屬波導中的離散桿對振蕩器。通過對一個結構單元的S參數(shù)的計算，提取出材料的各種電磁參數(shù)，并發(fā)現(xiàn)折射率在波長為517 nm和564 nm之間

3、是負的。品質因數(shù)FOM的最大值在543．5 nm處為1．12。對于另外一組單元尺寸，在波長721 nm處的FOM值達到1．41。大量的模擬也驗證了只要改變單元的幾何尺寸就可以獲得具有高FOM值的負折射帶。 （3）內有金屬桿陣列的金屬波導。通過對材料的一個單元的S參數(shù)的計算，提取出材料的折射率、波阻抗、有效電容率和有效磁導率。模擬結果顯示具有高透過率負折射帶位于672 nm和798 nm之間，在波長為710 nm處品質因數(shù)FOM的

4、值達到3．17。這個值是目前所報道的在可見光區(qū)域中甚至是在整個光波段中最大的值。大量的模擬驗證了只要通過簡單地調諧縫隙間距就能夠很容易地獲得具有高透過率的不同的負折射帶。這是一種非常有效的在可見光區(qū)域實現(xiàn)負折射的方法。另外，通過模擬銀中的誘導電流分布，揭示了材料結構的振蕩機理。最后，設計一個楔型結構證實了負折射行為。 （4）對稱π型陣列特異材料。數(shù)值模擬展示了這種結構具有負折射特性。從S參數(shù)中，分別提取出折射率、波阻抗、有效電容

5、率和有效磁導率。從折射率特性曲線中，發(fā)現(xiàn)存在負折射率帶。此外，通過模擬在共振頻率附近處π型銅線中的電流分布，揭示了振蕩機理。 （5）對稱C型陣列特異材料。數(shù)值模擬展示了這種結構具有非凡的電磁共振現(xiàn)象和負折射性質。S參數(shù)頻率響應曲線揭示了兩電磁共振現(xiàn)象。從提取折射率特性曲線中，發(fā)現(xiàn)高透過率的負折射帶大致位于兩個電磁共振峰之間。研究也發(fā)現(xiàn)：出現(xiàn)兩電磁共振現(xiàn)象的原因來自于C型環(huán)之間的磁耦合。通過改變C型環(huán)的尺寸，可以改變兩振蕩頻率的位

6、置，甚至使得兩個振蕩頻率出現(xiàn)二重簡并。反過來，當振蕩頻率簡并時，通過改變C型環(huán)尺寸，可以使得振蕩頻率分裂，正是這種分裂帶來了負折射帶的展寬。 （6）改造的開口環(huán)和金屬線陣列特異材料。通過對開口環(huán)和金屬線陣列結構的改造。使得每個單元由兩個分離的開口環(huán)和一根金屬線構成。數(shù)值模擬展示了這種結構具有負折射現(xiàn)象。重要的是，只需簡單地調節(jié)襯底A的位置，就可獲得不同的負折射帶，這些帶的疊加能夠得到更寬的負折射帶。所設計的這種結構的優(yōu)點既靈活又

7、真正可調，有利于在微波器件中應用。此外，通過分析開口環(huán)中的電流和電荷分布解釋了襯底位于不同位置處影響折射率的原因。 （7）基于三層單元的一維周期性介質。首先，根據(jù)有效波近似，推導出這種結構的有效電容率和有效磁導率的表達式。并以三層周期性結構為例，證實了這種結構的負折射現(xiàn)象。值得注意的是，當結構單元的三層分別由單負型電容率介質、單負型磁導率介質和右手介質構成時，通過調諧右手介質層的折射率或是厚度就很容易得到更多值的負折射率。因此，