超透鏡

物質的折射率n與介質的{mu}(磁導率)和{epsilon}(介電常數)存在一定的關係: n=\pm{\sqrt{ {mu} \cdot {epsilon} } }, 當{mu}和{epsilon}＞0時, n＞0; 而{mu}和{epsilon}＜0時, n＜0.

基於上述想法, 40年前, 俄羅斯科學家Victor Veselago提出了一種具有負折射率的物質機制, 即同時擁有負介電常數與負磁導率的物質. 這種假想中的物質稱為"超材料". 相對於常規物質, 超材料具有不同尋常的光學性質, 將一支筆插入超材料液體中, 筆的像便彷彿在超材料液體外; 而透過超材料液體, 離去的物質將發生藍移(常規物質是紅移).

當然, 常規情況下, 超材料並不存在, 從理論學家們的研究結果中, 我們知道, 想獲得由常規物質微粒組成的超材料, 超材料本身的尺寸必須小於電磁波波長. 因此, 科學家們使用了微波, 它的波長在釐米量級, 而超材料模型則由金屬棒列和諧振環列相間排成陣列, 在當今的電子技術條件下, 獲得一個100*100的微型陣列並不是一件困難的事情.

如何獲得負的介電常數和磁導率那? 很簡單, 只要讓電路振盪頻率高於電路共振頻率便可以得到. 基於上述理論, 通過於與聚四氟乙烯透鏡的光學性質相對比, U.C.S.D.(美國加利福尼亞州大學聖迭戈分校)科學家們製造出了有負折射率的物體(這裏我使用了"物體", 因為實現這一特徵的是電路結構而不是純物質).

當然, U.C.S.D.的實驗也受到了批評, 但隨着人們對於波傳播過程中的速度的深入認識:相速度(phase velocity)與羣速度(group velocity)的區分, 負折射率電磁波器械的真實性得到了證實.

負折射率電磁波器械可以構成超透鏡. 相對於常規透鏡, 超透鏡在電磁場的近場(near field)的圖象探測有天生的優勢. 傳統的光路分析也揭示了許多負折射率物質的非常規光學特性.