超透镜

物质的折射率n与介质的{mu}(介电常数)和{epsilon}(磁导率)存在一定的关系: n=pm{sqrt{ {mu} cdot {epsilon} } }, 当{mu}和{epsilon}>0时, n>0; 而{mu}和{epsilon}<0时, n<0.

基于上述想法, 40年前, 俄罗斯科学家Victor Veselago提出了一种具有负折射率的物质机制, 即同时拥有负介电常数与负磁导率的物质. 这种假想中的物质称为"超材料". 相对于常规物质, 超材料具有不同寻常的光学性质, 将一支笔插入超材料液体中, 笔的像便仿佛在超材料液体外; 而透过超材料液体, 离去的物质将发生蓝移(常规物质是红移).

当然, 常规情况下, 超材料并不存在, 从理论学家们的研究结果中, 我们知道, 想获得由常规物质微粒组成的超材料, 超材料本身的尺寸必须小于电磁波波长. 因此, 科学家们使用了微波, 它的波长在厘米量级, 而超材料模型则由金属棒列和谐振环列相间排成阵列, 在当今的电子技术条件下, 获得一个100*100的微型阵列并不是一件困难的事情.

如何获得负的介电常数和磁导率那? 很简单, 只要让电路振荡频率高于电路共振频率便可以得到. 基于上述理论, 通过于与聚四氟乙烯透镜的光学性质相对比, U.C.S.D.(美国加利福尼亚州大学圣迭戈分校)科学家们制造出了有负折射率的物体(这里我使用了"物体", 因为实现这一特征的是电路结构而不是纯物质).

当然, U.C.S.D.的实验也受到了批评, 但随着人们对于波传播过程中的速度的深入认识:相速度(phase velocity)与群速度(group velocity)的区分, 负折射率电磁波器械的真实性得到了证实.

负折射率电磁波器械可以构成超透镜. 相对于常规透镜, 超透镜在电磁场的近场(near field)的图象探测有天生的优势. 传统的光路分析也揭示了许多负折射率物质的非常规光学特性.