The purpose of this work is to investigate theoretically the characteristics of confined electromagnetic modes propagating along the interfaces of a multilayer device. This one dimensional (1D) sensor is formed by stacking a left-handed material (LHM) layer between a SiO₂-glass prism and a dielectric gap layer in contact with gold (Au). The results indicate that the total thickness of the LHM layer and dielectric gap, in optimum conditions, give the ability of tuning significantly the characteristics of the resonant modes correlated to surface plasmons (SPs) propagation along the interfaces of the designed device. By considering two arrangements between LHM and Au, two opposite resonant behaviors observed in p-reflectance spectra are analyzed in the angular interrogation mode and discussed thoroughly.

基于等效电路模型理论,在介质基板单侧放置了两个交错多开口的矩形金属环,形成了一个新的材料结构,通过理论分析和模拟仿真,提取了有效的电磁参数。结果表明,该结构在40.8~61.8 GHz频段范围内的等效介电常数和等效磁导率均为负,绝对带宽达到21 GHz,实现了宽频带特性。该研究结果为左手材料在毫米波通信中的应用提供了重要参考。

基于积分衍射理论和相干偏振理论, 研究了部分相干余弦高斯光束在左手材料中的光强的分布。研究结果表明: 中心光强随工作频率增大,先增大后逐渐趋于稳定, 但是随相干参量增大而减小; 横向光强随相干参量增大而减小, 随偏心参量增大光强的最大峰值不变, 但是光强的峰值数目在不断增加。

在傍轴近似条件下，基于广义惠更斯菲涅耳衍射积分公式，推导了双曲正弦平方高斯光束在自由空间、左手平板材料中及通过左手平板材料后的三维光强传输公式，并进行数值计算和分析，探究了双曲正弦平方高斯光束通过左手平板材料的传输特性。研究表明，左手材料对双曲正弦平方高斯光束轴上光强和横向光强分布规律的影响是使光强呈对称分布；材料的负折射率会影响光束轴上光强极大值的位置；轴上光强和横向光强均随传输距离和偏心参数的改变而变化，即双曲正弦平方高斯光束不能保持其传输不变性。实际应用中，可用改变偏心参数的方法在不同位置对光束进行整形。

为了研究双曲余弦高斯光束在左手平板材料中的传输特性, 运用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式, 推导出双曲余弦高斯光束在左手平板材料中的一般传输解析表达式。利用此表达式数字模拟了左手平板材料工作频率的变化对光束传输特性的影响。结果表明: 双曲余弦高斯光束的中心光强、横向光强和光斑尺寸都可以用左手平板材料的工作频率来调控。随传输距离的增加, 中心光强逐渐加强; 在同一传输面上工作频率越大, 中心光强越强。横向光强随工作频率的增大而增加, 并且出现空心分布, 光斑尺寸在加速扩展。

为了研究复变量双曲正弦高斯光束在左手材料中的传输,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,得到复变量双曲正弦高斯光束在左手材料中的传输表达式,并运用此表达式作数值模拟。仿真结果表明,复变量双曲正弦高斯光束的横向光强、光斑尺寸和束腰位置都可以用左手材料的工作频率来调控。当左手材料的工作频率一定时,随着传输距离的增加光斑尺寸先减小后增大;而当工作频率增大时,光强加强,束腰位置越靠近入射面,但发现束腰宽度不受工作频率的调控。

为了研究左手平板材料对正弦高斯光束的光斑影响，利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法得到了正弦高斯光束的光斑分布表达式，并利用此表达式对光斑进行了数值模拟，结果表明：正弦高斯光束在左手平板材料中传输时，光斑尺寸的聚焦位置是光束束腰的位置，束腰位置受左手平板材料的折射率影响，束腰宽度与材料的折射率无关，并且发现左手平板材料内部和像空间的光斑尺寸随偏心参数变化规律相似。此项研究对光场操控方面应用有帮助。

毫米波通信是当前研究热点之一，并受到了广泛的关注。提出了一种可用于毫米波通信的具有双频带的左手材料，该结构单元由上下两环不对称的S型结构反向印制在介质基板的两侧组成。通过合理选择单元的结构参数并对尺寸进行优化，该结构可获得在50 GHz和60 GHz附近具有两个透射峰的S参数，经反演法电磁参数提取，验证了在48.2～52.2 GHz和58.7～60.8 GHz这两个频带范围内磁导率和介电常数同时为负，表现出典型的左手特征。本研究对多频带左手材料设计及其在毫米波通信中的应用具有一定的参考意义。

近年来，有两种人工材料，即光子晶体和左手材料在电磁波传输方面发挥着重要作用。光子晶体是周期性结构排列的介电结构，存在波的能带结构，在光学器件方面有着许多重要的应用。新型人工左手材料同时呈现负介电常数和负磁导率，有着许多与传统介质不同的反常电磁波特性，具有广泛的应用前景。采用传递矩阵的方法研究了由正折射率材料和负折射率材料交替排列组成的一维光子晶体结构的透射谱，并对其能带结构和色散关系进行分析。这种正负折射率光子晶体不仅存在一般的布拉格禁带，还存在低频共振禁带。在这种系统中存在非局域化态，同时由于低频禁带的存在，使得这种结构有更小的局域化长度，更适合观察局域化现象。

为改善高功率微波天线的性能，设计了一种新型X波段左手材料高功率微波天线罩，并对其进行了实验冷测研究。结果表明，加载一到四层左手材料天线罩均可在一定频率范围内汇聚波束和提高增益，其中加载一层左手材料天线罩时，天线增益提高最大，在频率为9.32 GHz时增益提高最大幅度约为9.64 dB。将实验结果与理论仿真进行对比发现，两者并没有吻合一致。分析了天线罩的功率容量，可以实现高功率微波的应用。