逆斯涅尔定律及其应用

斯涅尔定律由荷兰科学家发现，又被称为折射定律.1968年苏联科学家Veselago V G提出了逆斯涅尔定律，直到2000年左手介质的成功研制，实验验证了逆斯涅尔定律，该定律才得到科学界的足够重视.下面就逆斯涅尔定律及其应用做一些探究.

1 逆斯涅尔定律的概念

逆斯涅尔定律：当光波从介质1传播到介质2时，如果两种介质的折射率符号相反，则会发生负折射现象，其折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内.入射光线和折射光线位于法线同侧，并且与界面法线的夹角θ1和θ2满足如下关系：|n1|sinθ1=|n2|sinθ2.其中n1和n2分别为介质1和介质2的折射率.

2 理论解释

逆斯涅尔定律示意图如图1所示.其中各向同性介质1和介质2的折射率符号相反.折射率为负的介质通常被称为左手介质，左手介质是相对介电系数εr和磁导系数μr均为负数的材料，其介质折射率n=-εrμr亦为负数.S和S′分别代表入射光线和折射光线传播的方向，k和k′分别代表入射光线和折射光线波矢量的方向.入射光线能流在两种介质中均指向介质的交界面传播，折射光线的能量均远离交界面传播.在折射率为正的介质中，波矢量与能流的方向平行且同向；而在折射率为负的介质（亦称为后向波介质）中，波矢量与能流的方向平行但反向.图1中电场的切向分量在两种介质的交界面处连续，同时逆斯涅尔定律满足因果定律和能量守恒定律.

3 逆斯涅尔定律的应用领域

逆斯涅尔定律的应用领域大致有以下几个方面：

3.1 透镜成像

根据逆斯涅尔定律，用一块左手介质平板即可实现具有成像功能的透镜.平板透镜成像的结构示意图如图2所示.电磁波分别在两个真空和左手介质的交界面处发生了负折射，平板使点源发出的波重新在板中和板后会聚.左手介质平板除了能恢复传输波，还能恢复普通光学透镜不能还原的随距离呈指数衰减的倏逝波.左手介质平板透镜成像的分辨率能够达到小于一个波长的精度，是现有光学透镜无法达到的.

3.2 隐身

电磁波在左手介质中传播遵循逆斯涅尔定律，具有负折射特性，用其做涂敷层或制造的兵器可能将光线和雷达波反常折射出去，使得从正面接收不到反射的光线或微波，从而实现隐身.

3.3 微波无源电路

利用逆斯涅尔定律的原理，可以实现具有负折射特性的亚波长谐振器、漏波天线、耦合器、功分器、滤波器、移相器以及频率选择表面等相关的工程应用.