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我的译文： 光学特异材料-基础与应用 前言 这本书主要研究了光学特异材料-也就是人工材料在纳米尺度的结构下拥有的惊人的光频特异性质。这些材料在宏观上可以被视为均匀介质，并且显示出了一系列不寻常的光作用现象。亚波长夹杂体人造材料长久以来为艺术家和工匠们所青睐，正如从后罗马时期到文艺复兴时期大量使用的玻璃器皿一样。然而，光学特异材料真正蓬勃发展起来是最近一个世纪的事情，这归功于纳米材料制备，数学建模与表征分析等科技领域的进步。在短短几年里，光学特异材料已成为光学研究中最令人兴奋的课题之一，不断涌现的新成果使研究人员，科学家甚至一般大众都为之吸引、着迷。 光学特异材料背后的理念有别于大部分光学研究的其他分支，它不强调解释，应用或利用已知的现象，它关注的焦点在于前人从来没有考虑过的全新的故事。这个理念最好的说明来自二十世纪最优秀的剧作家之一乔治萧伯纳在《回到马修撒拉时代》一书中的名言，这句名言在罗伯特肯尼迪竞选总统期间广为人知——“有些人看到某些东西并问-为什么有？而我会梦想一些东西并告诉自己-为什么不？” 事实上，在光学的历史上伟大的科学先行者们一直孜孜以求的提出疑问。从古代学者欧几里得，托勒密，海什木到塑造了现代光学的科学巨人们，他们细心的观察各种现象，然后作出重大的发现，他们对真理的不懈追求使我们有机会去理解光学的真谛。通过梳理已有的知识，不断的提出问题，各种各样的光学元件、光学系统在世界各地得到了广泛应用，并大大改善了人们的日常生活，推动了现代科学的进步。随着光学各个领域的进步，也许现在是时候去问问-“为什么不？”。 现在是时候去重新思考光学研究的极限问题了，并重新考虑长久以来科学家们在光学领域的研究方向。怀着这种信念，我们选择冒险大胆前进，重新思考某些问题的答案。比如：“为什么光不会折射到另一个方向？”或者“为什么不建造一个可以使肉眼直接观察到DNA结构的显微镜？”我们甚至可以思考更多的神秘甚至神化般的问题，包括“为什么不造一个隐身斗篷？”这些概念并没有违背任何基本物理定律，诸如此类的其他美妙想法也不会违背。或许现在是时间去探求真正了不起的想法的时候了，这些想法可能暂时超出了我们的视野，但是在本质上并没有超出我们的能力。 上面提出的几个问题，我们现在拿出来问自己“有什么不可以呢？”。这就是光学特异材料所追求的。在这个研究领域，对光的控制并没有被现有光学材料的性质所限制。相反的，我们选择创造新的材料，人工裁剪各种结构元件小至深亚波长尺度。在这一方向上使用光学特异材料必然革命性的改变光学器件和系统的设计制造理论。新的光学特异材料研究领域打开了一扇通往传统光学做梦也想不到的新世界的大门。虽然还是起步阶段，光学特异材料已经提供给了上面看似疯狂的梦想一线希望，并且展示出了潜在的应用前景，包括光学探测，新型波导和天线，超衍射极限成像，纳米光刻，光子纳米电路等等。 光学特异材料的蓬勃发展吸引了越来越多的学生和研究人员。虽然本领域文献资料的数量急剧增加，但是我们感到仍然缺乏一本易于读懂的受众广泛的教科书。特别是新的研究者在这样一个高度跨学科的研究领域很容易摸不着头绪，尤其是在他们同时涉猎不同学科的教科书的时候。简单，易懂的描述光学特异材料使我们写作本书的出发点。 在写作过程中，我们寻求提供一个读者进入光学特异材料世界的入口。在薄薄的一本书中，我们试图提供给学生和研究者进入这一领域所需的基础知识，并提供广阔的视角和最新的进展。应该说明，这本书不是最新研究进展的审查报告，相反的，本书提供了完整的，自成一体的易于消化的光学课题。我希望它能够成为有兴趣的读者在这个正在发展的研究领域里前进的踏脚石。我们尽量平衡书中的内容使读者对光学特异材料能有一个整体的把握，同时体会到什么是正在进行的热门课题。 现在我们花点时间来了解全书的内容。书中材料介绍的顺序，是根据逐步加深读者对课题的理解排列的。全书始于讨论光学特异材料的定义，产生，动机和研究领域的范围。第二章我们讨论金属，电介质和复合材料的光学特性。这些材料的精细组合构成了特异材料的组成元件，也就是我们所感兴趣的。第三章包括了光学特异材料的制造与分析，和数据处理方法。当基础打牢后，从第四章到第六章我们介绍三个主要类别的光学特异材料，即电特异材料，磁特异材料和负折射材料。我们会详细的探讨每一种类别里材料的原理,优点与应用实例.最后三个章节讲述光学特异材料所带来的崭新应用前景.第七章讨论光学特异材料的非线性效应,包含必要的数学描述.第八章描述了基于特异材料的超分辨成像系统.尤其是讨论了几个关于近场与远场超分辨成像的具有里程碑意义的实验.最后,在第九章我们提供了变换光学的原理与应用,它史无前例的通过指定空间中的各向异性的材料参数将光线弯曲.这一章还详细讨论了变换光学中最有趣的成果-电磁隐形斗篷. 我们试图在涉及光学特异材料的绝大多数重要课题的同时保持本书较小的容量.光学特异材料的发展日新月异,但是本书在基础知识和思维方法上的介绍相信可以被运用在这些新的课题中.这本书可以作为在特异材料,等离子体,纳米光子学和其他相关研究领域的研究人员的参考书.它同样可以作为高年级本科生及研究生的教材和自学材料,或者为专业协会的短期课程提供教学参考.因此,这本书假定读者有本科水平的电动力学基础知识. 这本书是在许多人的帮助下完成的,我们要特别感谢Mark Thoreson对全书手稿的细致审核和校对。我们同样感谢斯坦福大学的Mark Brongersma教授对本书的支持和有益的建议。另外，我们高兴的感谢我们的同事们,他们的专业精神，与他们的讨论和合作使我们受益匪浅。他们包括：Drs. A. V. Kildishev, A. K. Sarychev, V. P. Drachev, A. K. Popov, U. K. Chettiar, H.-K. Yuan, I. R. Gabitov, S. A. Myslivets, N. M. … 繼續閱讀 →