（哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

闡述了手性負(fù)折射率現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)制；總結(jié)了近幾年國內(nèi)外手性負(fù)折射率材料在仿真模擬和實(shí)驗(yàn)制備方面的研究進(jìn)展；分析了手性負(fù)折射率材料的旋光性、手性參數(shù)、損耗等；介紹了手性負(fù)折射率材料在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。分析認(rèn)為，探索手性負(fù)折射率材料的新機(jī)制、新方法和新材料，從而在可見光波段實(shí)現(xiàn)負(fù)折射率是未來手性負(fù)折射率材料的重要發(fā)展方向之一。

負(fù)折射率材料；手性；旋光性；手性參數(shù)；損耗

1 引言

負(fù)折射率材料是在某一頻段下折射率為負(fù)的新型超材料，這種材料源于1967年V.G.Veselago［1］提出的假設(shè)，他預(yù)測在同時(shí)具有負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率的介質(zhì)（又稱雙負(fù)型負(fù)折射率材料）中，電磁波矢量方向（相位的傳播方向）與能量傳播方向相反，電場E、磁場H、波矢k形成左手規(guī)則（又稱左手材料），介質(zhì)的折射率為負(fù)，這并不違背折射定律。

電磁波在負(fù)折射率材料中傳播具有與常規(guī)材料不同的一些性質(zhì)，常見的有：負(fù)折射效應(yīng)及其隱身特性、逆多普勒效應(yīng)［2］、逆契柯夫輻射、負(fù)古斯-漢斯位移、完美透鏡成像［3-4］、后向波等。依據(jù)這些特殊性質(zhì)，負(fù)折射率材料具有廣泛的應(yīng)用，例如軍用雷達(dá)、天線技術(shù)［5-7］、通信系統(tǒng)及器件、隱身技術(shù)［8］、超靈敏軍事探測、微波器件、生物安全成像、生物分子指紋識(shí)別、遙感、惡劣天氣條件下的導(dǎo)航、微型諧振腔等方面。

實(shí)現(xiàn)負(fù)折射率的方法有很多，如雙負(fù)型負(fù)折射率材料、光子晶體負(fù)折射率材料、手性負(fù)折射率材料等。其中具有漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)的雙負(fù)型負(fù)折射率材料已經(jīng)在可見光頻段觀察到負(fù)折射效應(yīng)［9］，該漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元尺度在150nm左右，在波長690～730nm范圍折射率可達(dá)—0.8。雙負(fù)型負(fù)折射率材料要求在同一頻帶下同時(shí)實(shí)現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率，故可實(shí)現(xiàn)負(fù)折射率的頻帶少，帶寬窄，且共振帶來巨大的損耗。減少損耗的方法并非簡單的減小單元結(jié)構(gòu)就能夠?qū)崿F(xiàn)，特別是在紅外和可見光這樣的高頻區(qū)域，金屬材料對(duì)光波傳輸?shù)膿p耗尤為強(qiáng)烈，這些缺點(diǎn)大大制約了雙負(fù)型負(fù)折射率材料的發(fā)展和應(yīng)用［10-11］。光子晶體負(fù)折射率材料的重要特性就是具有光子帶隙（又稱光子禁帶）［12］，光子晶體負(fù)折射率材料器件具有體積小、壽命長、易于集成化等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用研究［13］。雖然光子晶體負(fù)折射率材料有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是由于光子晶體對(duì)對(duì)稱性和周期性要求都很高，輕微的不對(duì)稱就會(huì)使光子帶隙消失，所以在實(shí)驗(yàn)室中制備光子晶體負(fù)折射率材料非常困難。

2004年，Pendry首次提出利用手性介質(zhì)實(shí)現(xiàn)負(fù)折射率的方法［14］，將厚0.1mm的金屬片按傾斜角為5°，半徑為5mm，卷曲10砸形成“瑞士卷（Swiss roll）”結(jié)構(gòu)，該手性結(jié)構(gòu)能夠在100MHz實(shí)現(xiàn)負(fù)折射率，這種手性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)折射率的機(jī)制源于結(jié)構(gòu)本身的自感和相鄰金屬薄片之間的電容，當(dāng)電流沿螺旋結(jié)構(gòu)傳輸時(shí)，不僅可以產(chǎn)生磁極化，金屬層之間的平行電流還可以產(chǎn)生電極化。與雙負(fù)型負(fù)折射率材料形成機(jī)制不同，對(duì)于手性介質(zhì)，當(dāng)電磁波入射時(shí)除了自極化外還會(huì)產(chǎn)生交叉極化，即電場不僅可以實(shí)現(xiàn)手性介質(zhì)的電極化，而且能夠引起磁化，因此具有較強(qiáng)的旋光性。研究表明對(duì)于手性介質(zhì)的有效折射率n±=·k（“±”對(duì)應(yīng)右旋圓偏振波RCP和左旋圓偏振波LCP），無論介電常數(shù)和磁導(dǎo)率是否為負(fù)，只要當(dāng)手性參數(shù)足夠大時(shí)即可實(shí)現(xiàn)負(fù)折射率現(xiàn)象，因此，利用手性介質(zhì)實(shí)現(xiàn)負(fù)折射率條件相對(duì)簡單，且損耗小。手性介質(zhì)避免了共振所帶來的損耗，是實(shí)現(xiàn)可見光頻率區(qū)域負(fù)折射率材料的一種有效方法，而且理論研究還表明，手性負(fù)折射率材料平板可實(shí)現(xiàn)圓極化波的亞波長聚焦，人們已經(jīng)提出了手性負(fù)折射率材料的許多潛在應(yīng)用，如波導(dǎo)、極化旋轉(zhuǎn)器、天線等［15］。

2 國內(nèi)外手性負(fù)折射率材料的進(jìn)展

2.1 傳統(tǒng)手性結(jié)構(gòu)的新進(jìn)展

傳統(tǒng)的手性負(fù)折射率材料結(jié)構(gòu)有“十”字型結(jié)構(gòu)［16］、“卐”型結(jié)構(gòu)［17］、“旋轉(zhuǎn)玫瑰”型結(jié)構(gòu)［18］、“U”型結(jié)構(gòu)［19］等。2012年，G.Kenanakis等人［20］利用已有5種手性結(jié)構(gòu)，通過改變材料和幾何參數(shù)將微波段手性負(fù)折射率材料延伸到太赫茲波段，反演得到的等效折射率和手性參數(shù)如圖1所示。在仿真頻率范圍內(nèi)，5種結(jié)構(gòu)分別出現(xiàn)單頻（圖1（a））、雙頻（圖1（d））和多頻（圖1（b）、（c）、（e））負(fù)折射率現(xiàn)象。近年來，通過結(jié)構(gòu)和材料選擇的優(yōu)化使這些傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到了一定的發(fā)展，如2012年，Li等人［21］在傳統(tǒng)“旋轉(zhuǎn)玫瑰”結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上與“田”字形金屬線結(jié)合實(shí)現(xiàn)了負(fù)折射率，如圖2（a）所示，其中手性結(jié)構(gòu)部分（“旋轉(zhuǎn)玫瑰”）在響應(yīng)頻帶獲得較大手性參數(shù)和介電常數(shù)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)折射率，而金屬線部分（“田”）能夠?qū)憫?yīng)起到加強(qiáng)作用，即使在響應(yīng)頻率附近也能得到負(fù)折射率，因此加寬了負(fù)折射率頻帶。通過仿真和實(shí)驗(yàn)顯示，該結(jié)構(gòu)具有很高的品質(zhì)因數(shù)（FOM=|Re（n）|/|Im（n）|，即材料對(duì)光波傳輸?shù)膿p耗），其中RCP在5.36～5.58GHz品質(zhì)因數(shù)達(dá)到50，LCP在5.13～5.29GHz品質(zhì)因數(shù)達(dá)到18，證明該結(jié)構(gòu)對(duì)光波傳輸?shù)膿p失非常小。高的品質(zhì)因數(shù)在負(fù)折射率材料的設(shè)計(jì)中非常重要，尤其是在紅外和可見光波段，品質(zhì)因數(shù)越大損耗越低，越有可能實(shí)現(xiàn)高頻區(qū)域負(fù)折射率材料。2010年，Zhao等人［22］研究了雙層4“U”型開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)，上下兩層結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)角為90°。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此結(jié)構(gòu)具有很好的旋光性和圓二色性，在諧振頻率為5.1和6.3GHz處，RCP和LCP的透射譜有明顯的差別，在5.1GHz附近LCP的透射譜要比RCP的透射譜大7～8dB，而在6.3GHz附近，RCP的透射譜要比LCP的透射譜大3～4dB，并得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。2013年，Liu等人［23］采用Babinet原理設(shè)計(jì)了一種新型互補(bǔ)“U”型孔洞手性負(fù)折射率材料，如圖2（b）所示，金屬選用Au，電介質(zhì)采用聚酰亞胺，這兩種材料對(duì)光波損耗小，是目前在紅外和可見光波段實(shí)現(xiàn)負(fù)折射率最為常用的材料。仿真模擬顯示該結(jié)構(gòu)在140～300THz紅外波段通過調(diào)節(jié)“U”型孔洞的寬度實(shí)現(xiàn)了負(fù)折射率，說明負(fù)折射率的大小依賴于結(jié)構(gòu)尺寸具有可調(diào)性，同時(shí)具有較強(qiáng)的旋光性，該結(jié)構(gòu)在光學(xué)器件方面有很廣泛的潛在應(yīng)用。

圖1 5種手性結(jié)構(gòu)Fig.1 Five kinds of chiral structure

圖2 傳統(tǒng)手性結(jié)構(gòu)的新進(jìn)展Fig.2 New developments in conventional chiral structure

2.2 新型手性結(jié)構(gòu)的進(jìn)展

目前，研究者設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的新型手性結(jié)構(gòu)負(fù)折射率材料很多，具有代表性的有：2012年Song等人［24］設(shè)計(jì)的帶開口“田”字型結(jié)構(gòu)，如圖3（a）所示，該結(jié)構(gòu)能使較寬范圍入射角的電磁波實(shí)現(xiàn)了90°的極化旋轉(zhuǎn)，這種結(jié)構(gòu)旋光性非常強(qiáng)，旋光角可達(dá)3 400°/λ。通過仿真和實(shí)驗(yàn)得到的電磁場的分布情況可知，該結(jié)構(gòu)的巨大旋光性來自于電偶極子和磁偶極子的交叉極化；2012年，W.Panpradit等人［25］在微波段實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)因數(shù)大負(fù)折射率的手性負(fù)折射率材料，該材料由雙層共軛“C8”手性平面結(jié)構(gòu)組成，如圖3（b）所示，通過改變“C8”結(jié)構(gòu)的彎曲角以及雙層“C8”之間的旋轉(zhuǎn)角等幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)得到較大的手性，并在微波頻段實(shí)現(xiàn)高負(fù)折射率，負(fù)折射率在—170左右；2013年，Xu等人［26］采用扭曲的希爾伯特手性結(jié)構(gòu)（Hilbert-shaped）制造了X波段（8～12GHz）雙頻段圓極化波起偏器，如圖3（c）所示，該結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)四重對(duì)稱性結(jié)構(gòu)（C4）對(duì)極化敏感，產(chǎn)生手性參數(shù)很大，可在多個(gè)頻帶間實(shí)現(xiàn)共極化和交叉計(jì)劃的轉(zhuǎn)變，且線性極化波轉(zhuǎn)化為圓極化波效率很高，同時(shí)具有大于20dB的極化偏振消光比，在多功能設(shè)備上有重要應(yīng)用。2013年，M.Giloan等人［27］仿真了雙層不對(duì)稱六邊形排布的納米金屬三角結(jié)構(gòu)，如圖3（d）所示，該結(jié)構(gòu)的響應(yīng)機(jī)制來源于手性對(duì)等離子體雜交模式的敏感，手性參數(shù)在對(duì)稱和反對(duì)稱等離子體模式中得到提高，使得LCP在340 THz、RCP在380 THz附近出現(xiàn)負(fù)折射率（n=—4），從給出的LCP、RCP在響應(yīng)頻率下的電場分布情況看，同一平面內(nèi)的兩個(gè)三角金屬片形成平行電偶極子，而上下兩層的三角金屬片則形成反平行電偶極子。2014年，Li等人［28］設(shè)計(jì)了兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)（一對(duì)夾角為45°，另一對(duì)夾角為90°），如圖3（e）所示，仿真和實(shí)驗(yàn)顯示RCP在7.9和8.9GHz、LCP在9.95和10.9GHz具有較強(qiáng)的旋光性，且響應(yīng)頻率對(duì)旋轉(zhuǎn)角φ很敏感，通過調(diào)節(jié)φ可以很容易實(shí)現(xiàn)多頻帶的可調(diào)手性負(fù)折射率材料。

圖3 新型手性結(jié)構(gòu)Fig.3 New chiral structures

綜合上面的文獻(xiàn)可見，目前手性負(fù)折射率材料的研究工作已經(jīng)涵蓋仿真、制備和器件設(shè)計(jì)等方面，其中制備方法包括光刻技術(shù)、打印技術(shù)、光纖拉絲技術(shù)、模版沉積技術(shù)等微納米加工技術(shù)［29］。這些技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，打印和光纖拉絲技術(shù)不用掩模板或模版，制作過程得到簡化，但是光纖拉絲技術(shù)受最小制作尺寸限制，高頻區(qū)域負(fù)折射率材料的單元結(jié)構(gòu)尺寸在納米量級(jí)，所以光纖拉絲技術(shù)無法制作高頻區(qū)域負(fù)折射率材料。模版沉積技術(shù)不需要光刻膠，制備過程簡單，材料質(zhì)量較其他方法有所提高，但是沉積過程會(huì)造成模版污染。目前二維平面負(fù)折射率材料多采用光刻技術(shù)。此外，多層光刻技術(shù)是制備三維立體負(fù)折射率材料的主要方法。但鑒于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件、金屬的趨膚深度和損耗等影響，目前在實(shí)驗(yàn)室中只能夠制造出微波頻段毫米量級(jí)的手性負(fù)折射率材料［27-30］。

更高波段手性負(fù)折射率材料也不斷被設(shè)計(jì)制作出來，2009年，Shuang Zhang在《PHYSICAL REVIEW LETTERS》上發(fā)表文章指出：采用手性微型電感電容（LC）諧振電路可以在THz波段實(shí)現(xiàn)負(fù)折射率［31］，該手性諧振器如圖4所示，其中，圖4（a）是金制諧振器結(jié)構(gòu)圖（尺寸在μm量級(jí)；圖4（b）是手性諧振器等效LC諧振電路；圖4（c）和4（d）是在一定傾斜角度下SEM圖像，該結(jié)構(gòu)在1～1.2 THz之間左旋圓極化波存在一個(gè)負(fù)折射率頻帶。

3 可調(diào)諧手性負(fù)折射率材料

圖5 可調(diào)諧手性負(fù)折射率材料Fig.5 Tunable chiral metamaterials

在實(shí)際應(yīng)用中，雙頻、多頻電磁超材料具有廣泛的應(yīng)用前景，如多頻吸波器、多頻工作的微波毫米波器件以及多模多頻通信射頻集成電路等，因此設(shè)計(jì)研制雙頻、多頻已成為目前超材料研究重要方向之一。雖然手性結(jié)構(gòu)負(fù)折射率材料與雙負(fù)型負(fù)折射率材料相比能夠?qū)崿F(xiàn)上述雙頻、多頻特性，但是其工作頻段依舊相對(duì)較窄且不能調(diào)節(jié)，這極大地限制了電磁超材料的實(shí)際應(yīng)用。初期，通過調(diào)節(jié)單元結(jié)構(gòu)尺寸和材料可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作頻率的調(diào)節(jié)，但是這種調(diào)節(jié)是非動(dòng)態(tài)的［32］，因此，為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可調(diào)諧的多頻電磁超材料，國內(nèi)外眾多學(xué)者提出了許多改進(jìn)方法，如基于液晶、亞鐵磁性材料、變?nèi)荻O管、超導(dǎo)材料、結(jié)構(gòu)位移等連續(xù)可調(diào)諧的電磁超材料［33］。2012年，Jiangfeng Zhou等人在《PHYSICAL REVIEW B》上發(fā)表文章指出采用飛秒脈沖激光激勵(lì)硅基底"卐"字形手性負(fù)折射率材料（如圖5（a）所示）來提高材料的傳輸和旋光性，并降低了極化失真，如圖5（b）所示。同時(shí)，通過脈沖激光的激勵(lì)，硅基底的傳導(dǎo)系數(shù)增加抑制了結(jié)構(gòu)材料的諧振響應(yīng)，使手性減小，折射率從負(fù)變?yōu)檎鐖D5（c）所示，同時(shí)不同的手性結(jié)構(gòu)尺寸下可調(diào)諧范圍也在變化，如圖5（d）所示，該種可調(diào)諧手性負(fù)折射率材料可以應(yīng)用于超速開關(guān)、頻率調(diào)節(jié)器、相位調(diào)節(jié)器、記憶裝置、電化學(xué)開關(guān)和主動(dòng)偏振片等［34］。

4 手性負(fù)折射率材料的應(yīng)用進(jìn)展

4.1 手性負(fù)折射率材料波導(dǎo)的新進(jìn)展

電磁波在負(fù)折射率材料波導(dǎo)中的傳播具有不同于常規(guī)波導(dǎo)中的傳播特性，手性波導(dǎo)中電磁波的雙模，為相位匹配提供了條件，固定模式的截止頻率和特定頻率下特異的傳播常數(shù)能夠運(yùn)用到多通道網(wǎng)絡(luò)中，利用手性負(fù)折射率材料波導(dǎo)器設(shè)計(jì)的光方向耦合器和光子開關(guān)具有更大的靈活性和保障。手性負(fù)折射率材料在信息、通信等領(lǐng)域有十分廣闊的應(yīng)用前景。所以，研究負(fù)折射率材料波導(dǎo)特別是手性負(fù)折射率材料波導(dǎo)對(duì)電磁器件和光子器件的研究和制備具有重要意義。

寧波大學(xué)董建峰課題組有著多年從事負(fù)折射率材料、手性負(fù)折射率材料和超材料波導(dǎo)的研究經(jīng)驗(yàn)，該課題組在已有包含手性負(fù)折射率介質(zhì)的各種波導(dǎo)如平板波導(dǎo)［35-36］、平行板波導(dǎo)［37］、金屬襯底平板波導(dǎo)［38］等理論研究的基礎(chǔ)上提出了部分填充手性負(fù)折射率介質(zhì)的平行板波導(dǎo)［39］，通過對(duì)導(dǎo)模特性曲線以及功率和能流進(jìn)行的研究表明波導(dǎo)中出現(xiàn)了表面波模、功率流動(dòng)方向與相位傳播方向相反的后向波、功率儲(chǔ)存、傳播常數(shù)三值、模式交叉等現(xiàn)象。此外，還發(fā)現(xiàn)在某一頻段，沒有任何模式存在，即此波導(dǎo)中存在電磁波傳播的禁帶等手性負(fù)折射率材料波導(dǎo)的特異性能。

4.2 手性負(fù)折射率材料偏振轉(zhuǎn)換器件的新進(jìn)展

三維手性材料顯示出圓雙折射和圓二向色性，而二維手性材料顯示出圓轉(zhuǎn)換二向色性。三維手性材料，圓雙折射特性將旋轉(zhuǎn)入射電磁波的偏振態(tài)，圓二向色性導(dǎo)致右旋、左旋圓偏振光不同的透射率，這兩種現(xiàn)象都與光的傳播方向無關(guān)。對(duì)于二維手性材料，圓轉(zhuǎn)換二向色性導(dǎo)致右旋、左旋圓偏振光之間不同的圓轉(zhuǎn)換效率，當(dāng)光反向通過二維手性材料時(shí)，圓轉(zhuǎn)換效率倒置，因此相同旋性的偏振光正反兩個(gè)方向通過二維手性材料時(shí)透過率不同，導(dǎo)致非對(duì)稱傳輸。2013年，Kun Song等人設(shè)計(jì)了一種頻率可調(diào)諧的90°偏振轉(zhuǎn)換器件，在微波、THz波和光波段具有重要應(yīng)用［40］，該材料結(jié)構(gòu)由臂寬不均勻的“卐”型和金屬線組成，如圖6（a）所示。2014年，Cheng等人［41］設(shè)計(jì)并制造一種完美圓極化起偏器，該起偏器由雙層旋轉(zhuǎn)90°的不對(duì)稱開口諧振環(huán)手性單元組成，如圖6（b）所示，這種結(jié)構(gòu)可以調(diào)整入射電場的垂直成分以區(qū)分y極化波沿—z軸方向傳播的部分，并通過電子束光刻法制作了20×20個(gè)單元（200mm×200mm×1.2mm）組成的平板，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在7.8 GHz形成RCP，在10.1 GHz形成LCP，同時(shí)具有30db的極化偏振消光比［42］。

圖6 手性偏振轉(zhuǎn)換器Fig.6 Chiral rotation device

4.3 手性負(fù)折射率材料吸收性能的新進(jìn)展

手性負(fù)折射率材料由于本身諧振會(huì)帶來巨大損耗，因此是很好的吸波材料，同時(shí)又具有手性參數(shù)可調(diào)、頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，大多數(shù)手性材料具有正反面互易、雙面吸收的特點(diǎn)，因此具有巨大的應(yīng)用前景。圖7是基于手性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種極化不敏感和雙面吸波的超材料吸波體。理論和仿真結(jié)果表明：該超材料吸波體在5.83GHz對(duì)入射電磁波具有95.9％的雙面強(qiáng)吸收，且對(duì)極化不敏感。

5 結(jié)束語

圖7 手性吸波體的結(jié)構(gòu)Fig.7 Chiral absorbing materials

本文按照傳統(tǒng)手性結(jié)構(gòu)和新型手性結(jié)構(gòu)分別介紹了國內(nèi)外的發(fā)展情況，其中包括仿真發(fā)展的情況和實(shí)驗(yàn)制備的情況，詳細(xì)地介紹了具有代表性的手性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)負(fù)折射率的機(jī)制和優(yōu)點(diǎn)?？偨Y(jié)如下：第一，手性負(fù)折射率材料的機(jī)制已經(jīng)為研究者所掌握，所以單純的仿真模擬旨在指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)制備和高頻區(qū)域負(fù)折射率特性的探索；第二，如何實(shí)現(xiàn)手性負(fù)折射率材料是目前研究的熱點(diǎn)；第三，高頻區(qū)域?qū)崿F(xiàn)手性負(fù)折射率材料是難點(diǎn)，特別是可見光區(qū)域。

目前研究中存在的問題是在紅外和可見光等高頻區(qū)域只是單純地仿真模擬，還沒有實(shí)驗(yàn)制備方面的探索，制備方法和器件的研制主要集中在微波頻段區(qū)域。

綜上所述，未來手性負(fù)折射率材料的研究方向有：（1）理論上，可深入研究負(fù)折射率材料的基本特性、物理機(jī)制，構(gòu)建更合理的結(jié)構(gòu)模型；（2）對(duì)工作頻段和方向性的控制上，目前大多數(shù)的負(fù)折射率材料的工作頻段只能達(dá)到紅外波段，且只能在一定角度的入射波下實(shí)現(xiàn)負(fù)折射，如果要實(shí)現(xiàn)隱身特性至少應(yīng)該覆蓋可見光頻率區(qū)域，材料的各向同性特性也需要考慮，才能使不同方向入射波在較寬的頻率區(qū)域上得到控制；（3）在實(shí)驗(yàn)室制備上，目前平面工藝局限于很小的面積上，處于實(shí)驗(yàn)室測試階段，如果要使手性負(fù)折射率材料實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還需提高相關(guān)制備工藝，向大體積、三維空間發(fā)展；（4）繼續(xù)探索與新型手性負(fù)折射率材料設(shè)計(jì)及性能優(yōu)化相關(guān)模擬仿真方法和光學(xué)器件的設(shè)計(jì)；（5）探索實(shí)現(xiàn)手性負(fù)折射率材料的新機(jī)制、新方法和新材料，來解決因?yàn)椴牧蠐p耗等因素所帶來的無法在可見光頻段實(shí)現(xiàn)負(fù)折射率等難題；（6）手性負(fù)折射率材料與其他常規(guī)材料、超材料之間的相互作用也應(yīng)該得到重視。

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賈秀麗（1983—），女，黑龍江哈爾濱人，博士研究生，講師，2010年于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)獲得碩士學(xué)位，主要從事手性負(fù)折射率材料方面的研究。E-mail：jiaxiuli_hit@163.com

王曉鷗（1960—），女，黑龍江雞西人，教授，博士生導(dǎo)師，1990年、2006年于哈爾濱工業(yè)大學(xué)分別獲得碩士、博士學(xué)位，主要從事光學(xué)非線性方面的研究。E-mail：wxo@hit.edu.cn

周忠祥（1965—），男，黑龍江哈爾濱人，教授，博士生導(dǎo)師，1987年于吉林大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，1997年于哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲得博士學(xué)位，主要從事光電功能材料與器件、電磁波與等離子體相互作用、非線性光學(xué)與光學(xué)信息處理等方面的研究。E-mail：zhouzx@hit.edu.cn

孟慶鑫（1973—），女，黑龍江哈爾濱人，副教授，碩士生導(dǎo)師，2005年于哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲得博士學(xué)位，主要從事多功能材料的電磁性能及其在電磁波調(diào)制方面的研究。E-mail：mengqx@hit.edu.cn

手性負(fù)折射率材料的最新進(jìn)展

賈秀麗*，王曉鷗，周忠祥，孟慶鑫

Latest progress on chiral negative refractive index metamaterials

JIA Xiu-li*，WANG Xiao-ou，ZHOU Zhong-xiang，MENG Qing-xin
（School of Science，Harbin institute of technology，Harbin 150001，China）
*Corresponding author，E-mail：jiaxiuli_hit@163.com

In this paper，we describe the mechanism of chiral negative refraction phenomenon，and summarize the research progress on simulations and experiments of metamaterial in recent years.Meanwhile，we analysis the optical activity，chiral parameters，losses and so on，and introduce the applications of chiral negative refraction materials in various fields.According to the analysis，we believe that it is one of important development directions for chiral negative refractive index materials to explore new mechanism，new methods and new materials，so as to achieve negative refraction in visible range in the future.

negative refractive index metamaterials；chirality；optical activity；chiral parameters；loss

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（No.61205011）

2095-1531（2015）04-0548-09

TB34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.3788/CO.20150804.0548

2015-03-26；

2015-05-13