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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王喻生
研究生(外文):Yu-Sheng Wang
論文名稱:負折射率材質與完美成像之研究
論文名稱(外文):Study on Negative Index of Refraction and Pendry’s Superlens
指導教授:陳志隆陳志隆引用關係
指導教授(外文):Jyh-Long Chern
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:物理學系碩博士班
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞:負折射率
外文關鍵詞:negative index of refractionMeta-material
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本論文利用Pendry提出的理論模型,參考UCSD團隊的實驗系統,成功的在微波波段重現負折射率材質。並進一步實驗證明電磁波在負折射率材質中傳遞會產生相位反轉現象,以及利用負折射率材質為成像鏡組,達到突破傳統成像的繞射極限,實踐Pendry完美成像的想法。
In this thesis, we made left-hand meta-material which is formed by a periodic array of interspaced conducting nonmagnetic split ring resonator and continuous wire, the permeability and permittivity are effectively negative simultaneously, and hence the index of refraction is negative. We report a direct observation of phase advance in the range of X band (8-12.5 GHz) as a consequence of the appearance of negative index of refraction.
The sharpness of the image formed by a conventional lens is always limited by the wavelength of light. Recently, Pendry proposed a superlens with medium of negative index of refraction such that the resolution is not limited by wavelength. We report a direct observation of imaging beyond the limit of wavelength in the microwave range of X band.
目錄
誌謝…………………………………………………………………….Ⅰ
中文摘要……………………………………………………………….Ⅱ
英文摘要(Abstract)…………………………………………………….Ⅲ
目錄…………………………………………………………………….Ⅳ
圖表目錄……………………………………………………………….Ⅶ
第一章 緒論…………………………………………………………….1
1-1負折射率材質的歷史源起……………………………………….1
1-2負折射率材質在完美成像上的應用…………………………….2
1-3 跟隨前輩腳步的延伸工作……………………………………….3
第二章 負折射率的源起……………………………………………….5
2-1 Vesalago的想法………………………………………………….5
2-2 負折射率材質的現象……………………………………………9
2-3 小結……………………………………………………………..10
第三章 J. B. Pendry的工作
3-1 負折射率材質理論上的可行性…………………………..…….11
3-1-1 等效介電係數為負值……………………………………...12
3-1-2 等效磁導係數為負值………………………………………13
3-2 完美成像理論…………………………………………………...15
3-2-1 Pendry提出的成像理論…………………………………....16
3-2-2 Pendry的模擬結果…………………………………………24
3-3 模擬結果的重現………………………………………………..26
3-4 小結……………………….……………………..……………..28
第四章 UCSD的實驗
4-1 負折射率材質製作方法………………………………….……30
4-2 UCSD的實驗方法…………………………………….……..32
4-3 UCSD的實驗數據…………………………………….…….34
4-4 小結……………………………………………………………35
第五章 實驗延伸
5-1 Split Rings Resonator的行為………………………………….37
5-1-1 SRR的製作…………………………………………………37
5-1-2 SRR實驗量測系統…………………………………………38
5-1-3 SRR在微波波段的行為………………...…………………..40
5-1-4 SRR立體組合結構在微波波段的行為…………………….43
5-1-5 小結………………………………………………………….47
5-2 週期性排列金屬線狀結構的行為……………………………….48
5-2-1 Wire element 的模型與製作…………………………………48
5-2-2 Wire element的實驗量測…………………………………….51
5-2-3 小結………………………………………………..……… 54
5-3 Left-Handed Metamaterial………………………………..………54
5-3-1 LHM的製作…………………………………………………54
5-3-2 LHM折射率量測……………………………………………56
5-3-3 微波在LHM材質中的相位變化情形…………………….59
5-3-4 小結………………………………………………………….63
5-4 結論……………………………………………………………….64
第六章 完美成像
6-1 微波波段完美成像的模擬………………………………………66
6-2 螺旋天線…………………………………………………………69
6-2-1 螺旋天線的初版製作………………………………………..69
6-2-2 螺旋天線的第二版製作(阻抗匹配)……………………72
6-3 完美成像微波波段的實驗……………………………………...74
6-4 小結……………………………………………………………...75
第七章 總結…………………………………………………………..77
附錄 使用儀器簡介……………………………………………..….A
1. V. G. Veselago, “The Electrodynamics of Substances with Simultaneously
Negative Values of and ,” Sov. Phys. Usp. 10, 509-514 (1968)
2. J. B. Pendry, A. J. Holden, W. J. Swewart, and I. Youngs, “Extremely Low
Frequency Plasmons in Metallic Mesostructures,” Phys. Rev. Lett. 76, 4773
-4776 (1996)
3. J. B. Pendry, A. J. Holden, D. J. Robbins, and W. J. Swewart, “Magnetism
from Conductors and Enhanced Nonlinear Phenomena,” IEEE Trans. Microwave
Theory Tech. 47, 2075-2084 (1999)
4. R. A. Shelby, D. R. Smith, S. C. Nemat-Nasser, and S. Schultz, “Microwave
Transmission Through a Two-Dimensional, Isotropic, Left-Handed
Metamaterial,” Appl. Phys. Lett. 78, 489-491 (2001)
5. R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, “Experimental Verification of a
Negative Index of Refraction,” Science 292, 77-79 (2001)
6. J. B. Pendry, “Negative Refraction Makes a Perfect Lens,” Phys. Rev.
Lett. 85, 3966-3969 (2000)
7. J. D. Jackson, “Classical Electrodynamics,” 3rd Ed. (Wiley, New York,
1999)
8. D. R. Smith, Willie J. Padilla, D. C. Vier, S. C. Nemat-Nasser, and S.
Schultz, ” Composite Medium with Simultaneously Negative Permeability and
Permittivity, “ Phys. Rev. Lett. 84, 4184-4187 (2000)
9. COMSOL LAB, see http://www.comsol.com; electromagnetic module (version 2.2)
10. John D. Kraus, “Antenna”, (McGRAW-Hill, New York 1950), P.179
11. G. Gonzalez, “Microwave Transistor Amplifiers Analysis and Design,”
2Ed.(Prentice Hall, New Jersey, 1997)
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