1、最近，在世界范圍內(nèi)越來(lái)越多的科學(xué)家把目光轉(zhuǎn)向了左手材料(Left-Handed Medium，LHM)，也稱為人工電磁材料(meta-materials)。1967年，前蘇聯(lián)科學(xué)家Veselago首先提出LHM(即，當(dāng)平面電磁波在這種材料中傳播的時(shí)候，它們的電場(chǎng)矢量、磁場(chǎng)矢量以及波矢量形成左手關(guān)系)，其介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都是負(fù)值，并在理論上預(yù)言了其一些非同尋常的現(xiàn)象和特殊的性質(zhì)，例如，反常多普勒(Doppler)頻移、切倫可夫(Chere

2、nkov)輻射的逆轉(zhuǎn)以及負(fù)折射現(xiàn)象等。1996-1999年，Pendry教授等人從理論上巧妙設(shè)計(jì)了由細(xì)金屬線的三維周期結(jié)構(gòu)構(gòu)成的負(fù)介電常數(shù)材料，周期性規(guī)則排列的開(kāi)口環(huán)型諧振器可構(gòu)成負(fù)磁導(dǎo)率材料。2000和2001年，美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥(UCSD)分校的Smith教授等人根據(jù)Pendry的理論，把周期性排列的非磁性的開(kāi)口環(huán)型諧振器和細(xì)金屬線陣列結(jié)構(gòu)組合在一起實(shí)現(xiàn)了左手材料。由于左手材料的獨(dú)特性質(zhì)，因此有廣闊的應(yīng)用前景。尤其是在光波波段，

3、更會(huì)出現(xiàn)許多新的光學(xué)效應(yīng)及革命性的應(yīng)用。左手材料可以被用來(lái)設(shè)計(jì)新型光電器件、天線和波導(dǎo)，并應(yīng)用在無(wú)線電通訊、光通信、以及醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域。此外左手材料也可以被應(yīng)用在高容量存貯裝置，例如DVDs。左手材料還可以成為一個(gè)完美成像透鏡，并應(yīng)用在改進(jìn)半導(dǎo)體平版印刷技術(shù)和近場(chǎng)成像技術(shù)。 表面電磁波是指沿兩個(gè)介質(zhì)的分界面?zhèn)鞑サ碾姶挪?，并且在偏離分界面時(shí)，其振幅隨距離增加按指數(shù)衰減。有時(shí)，亦被稱為表面離子體激元(surface plasmon

4、polaritons，SPPs)。SPPs被發(fā)現(xiàn)在次波長(zhǎng)光學(xué)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、光的產(chǎn)生、顯微鏡和生物光子學(xué)等方面有潛在應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)各種各樣不同界面上傳播的表面等離子體激元的性質(zhì)引起了許多科學(xué)家的興趣，特別是人工電磁材料界面上的SPPs，會(huì)有許多可能的應(yīng)用價(jià)值和意想不到的性質(zhì)。 本論文主要研究由常規(guī)介電材料(Dielectric)、左手材料(LHM)、負(fù)介電常數(shù)材料(Negative dielectric permittivity

5、material，NDPM)、以及負(fù)磁導(dǎo)率材料(Negative magnetic permeability material，NMPM)組成的對(duì)稱和不對(duì)稱介質(zhì)板界面表面等離子體激元的性質(zhì)，包括其存在區(qū)域、色散關(guān)系曲線和衰減全反射(Attenuated Total Reflection，ATR)光譜。具體分以下幾個(gè)部分： 首先，闡述了人工電磁材料的概念，進(jìn)而詳細(xì)介紹其發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及應(yīng)用前景。另外，還介紹了SPPs及其應(yīng)用。

6、 其次，理論分析由Dielectric、NDPM、NMPM和LHM這些不同材料組成的二層及三層結(jié)構(gòu)界面上表面等離子體激元的存在條件和色散關(guān)系。 第三，針對(duì)p和s偏振兩種情況，研究在LHM/Dielectric/LHM、NDPM/LHM/NDPM、NMPM/Dielectric/NMPM這三個(gè)對(duì)稱介質(zhì)板界面上SPPs的存在區(qū)域、色散關(guān)系曲線以及ATR光譜。 第四，針對(duì)p和s偏振兩種情況，研究在Dielectric/LH

7、M/NDPM、NMPM/LHM/NDPM、Dielectric/LHM/NMPM這三種不對(duì)稱介質(zhì)板界面上SPPs的性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)可通過(guò)改變?nèi)斯る姶挪牧系慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)，如電等離子頻率和介質(zhì)板厚度，來(lái)影響表面色散曲線枝的數(shù)目和頻率位置，并計(jì)算其ATR光譜。在對(duì)稱與不對(duì)稱人工電磁材料介質(zhì)板界面上SPPs性質(zhì)的研究，也許能夠被應(yīng)用在高容量存儲(chǔ)裝置和新的濾波器等方面。 第五，針對(duì)p和s偏振兩種情況，分別討論由Dielectric、NDPM、NMP