双负材料中反向切伦科夫辐射的基础理论研究

双负材料是一种新型的人工电磁材料，具有等效的负介电常数和负磁导率。自从2001年关于双负材料的首次实验研究在《科学》杂志上被报道以来，这种人工电磁材料引起了全世界科技工作者极大的兴趣，成为目前国际上研究的热点之一。本项目旨在研究在双负材料中反向切伦科夫辐射的物理机理和实验验证。通过对部分双负材料填充的波导中的反向切伦科夫辐射的研究，探索提高辐射功率的有效手段，设计实验方案，证明在双负材料中反向切伦科夫辐射的存在。该项目为新型的高功率微波器件，特别是太赫兹源以及粒子检测器等奠定坚实的理论和技术基础。

双负材料是一种新型的人工电磁材料，具有等效的负介电常数和负磁导率。自从2001年《科学》杂志报道关于双负材料的首次实验以来，这种人工电磁材料引起了全世界科技工作者特别是物理学者的极大兴趣，成为目前国际上的研究热点之一。本项目属于新兴交叉学科，涉及到材料学、电磁理论和微波技术、真空电子学和光学等多门学科，极具挑战性。该项目主要研究了双负材料的等效电磁参数提取、双负材料的实现、双负材料部分填充圆波导以及平板波导和半空间填充双负材料等情形的反向切伦科夫辐射和表面波产生的物理机理、双负材料部分填充圆波导的“双负”特性的实验、片状电子注的产生和稳定传输等。本项目从物理上解释了辐射增强的物理机理是双负材料的谐振特性所引起的，说明了基于双负材料的辐射机理是不同于常规的切伦科夫辐射和史密斯-珀塞尔辐射的；提出了有效增强电磁辐射功率的新方法；从实验上证明了人工电磁材料的“双负”特性，设计了反向切伦科夫辐射的实验方案。本项目完成了项目计划内容，反向切伦科夫辐射的实验研究正在进行。该项目为发展新型的高功率毫米波/太赫兹辐射源以及粒子检测器等奠定了坚实的理论和技术基础。. 通过对此项目的研究，我们已经取得了一系列的研究成果。这些研究成果主要有：建立了在双负材料中的反向切伦科夫辐射的普适理论，提供设计和制作双负材料的理论、方法和工艺，发表了28篇论文，其中8篇SCI，19篇EI，申请专利5项其中包括1项美国发明专利，授权专利5项，开发了一套具有自主知识产权的软件包，2010年获得AMC2C2010国际会议的最佳学术论文奖，培养了硕士研究生9名，其中7名已毕业，2名2013年毕业，博士研究生4名，一名研究生荣获2011年 “空天信息”全国博士生学术论坛的优秀论文三等奖。