Свойства и энергетические характеристики особых неоднородных электромагнитных волн в гиперболических метаматериалах

Показано, что в условиях полного отражения плоских однородных электромагнитных волн на границе гиперболического метаматериала с обычной изотропной средой при определенных условиях вблизи поверхности метаматериала возбуждаются особые неоднородные электромагнитные волны. Их особенность заключается в том, что амплитуда таких волн изменяется при удалении от границы по неэкспоненциальному закону. Получены условия существования особых неоднородных волн и показано, что для этого оптическая ось метаматериала должна составлять определенный угол с плоскостью падения, зависящий от ее ориентации относительно главной плоскости метаматериала и оптических свойств граничащих сред. Найдены поток и плотность энергии особых неоднородных волн в гиперболическом метаматериале.

1. Cai, W. Optical Metamaterials – Fundamentals and Applications / W. Cai, V. Shalaev. – New York: Springer, 2010. – 198 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-1151-3

2. Metamaterials Handbook 1: Theory and Phenomena of Metamaterials / F. Capolino [ed.]. – CRC Press, 2009. – 926 p. https://doi.org/10.1201/9781420054262

3. Pendry, J. B. Negative refraction makes a perfect lens / J. B. Pendry// Phys. Rev. Lett. – 2000. – Vol. 85, № 18. – P. 3966–3969. https://doi.org/10.1103/physrevlett.85.3966

4. Sub-diffraction- limited optical imaging with a silver superlens / N. Fang [et al.] // Science. – 2005. – Vol. 308, № 5721. – P. 534–537. https://doi.org/10.1126/science.1108759

5. Kidwai, O. Effective-medium approach to planar multilayer hyperbolic metamaterials: strengths and limitations / O. Kidwai, S. V. Zhukovsky, J. E. Sipe // Phys. Rev A. – 2012. – Vol. 85, № 5. – P. 053842. https://doi.org/10.1103/physreva.85.053842

6. Shekhar, P. Hyperbolic metamaterials: fundamentals and applications / P. Shekhar, J. Atkinson, Z. Jacob // Nano Convergence. – 2014. – Vol. 1, № 1. – P. 14. https://doi.org/10.1186/s40580-014-0014-6

7. Quantum nanophotonics using hyperbolic metamaterials / C. L. Cortes, W. Newman, S. Molesky, Z. Jacob // J. Opt. – 2012. – Vol. 14, № 6. – P. 063001. https://doi.org/10.1088/2040-8978/14/6/063001

8. Near-Field Optics and Surface Plasmon Polaritons / S. Kawata [ed.]. – Springer, 2001. – 214 p. https://doi.org/10.1007/3-540-44552-8

9. Gramotnev, D. K. Plasmonics beyond the diffraction limit / D. K. Gramotnev, S. I. Bozhevolnyi // Nature Photon. – 2010. – Vol. 4, № 2. – P. 83–91. https://doi.org/10.1038/nphoton.2009.282

10. Han, Z. Radiation guiding with surface plasmon-polaritons / Z. Han, S. I. Bozhevolnyi // Rep. Prog. Phys. – 2013. – Vol. 76, № 1. – P. 016402. https://doi.org/10.1088/0034-4885/76/1/016402

11. Dyakonovs in hyperbolic metamaterials / C. J. Zapata-Rodríguez [et al.] // Phot. Lett. Poland. – 2013. – Vol. 5, № 2. – P. 63–65. https://doi.org/10.4302/plp.2013.2.10

12. Дьяконов, М. И. Новый тип электромагнитных волн, распространяющихся на поверхности / М. И. Дьяконов // ЖЭТФ. – 1988. – Т. 67. – С. 714–716.

13. Федоров, Ф. И. Теория гиротропии / Ф. И. Федоров. – Минск: Наука и техника, 1976. – 456 с.

14. Федоров, Ф. И. Особый случай неоднородных электромагнитных волн в прозрачных кристаллах / Ф. И. Федоров, Н. С. Петров // Оптика и спектроскопия. – 1963. – Т. 14. – С. 256–260.

15. Features of hyperbolic metamaterials with extremal optical characteristics / S. N. Kurilkina [et al.] // J. Opt. – 2016. – Vol. 18, № 8. – P. 085102. https://doi.org/10.1088/2040-8978/18/8/085102