Метаматериал на основе планарных спиралей как преобразователь поляризации электромагнитных волн
https://doi.org/10.29235/1561-2430-2022-58-1-110-119
Аннотация
Проведено проектирование и моделирование метаповерхности, позволяющей преобразовать падающую линейно поляризованную электромагнитную волну в прошедшую волну с эллиптической поляризацией, близкой к циркулярной. При этом коэффициент отражения волны близок к нулю на резонансной частоте, поскольку метаповерхность аналогична свободному пространству по своему волновому сопротивлению. Резонансными элементами метаповерхности (метаатомами) являются двухвитковые планарные спирали, обладающие сбалансированными диэлектрическими и магнитными свойствами. Такие спирали проявляют кардинально различные свойства по отношению к волнам с правой и левой циркулярной поляризацией. Метаповерхность как преобразователь поляризации обладает сильными хиральными свойствами, поскольку содержит планарные спирали только одного направления закручивания, и может быть изготовлена в рамках технологий печатных плат.
Ключевые слова
метаматериал,
метаповерхность,
циркулярная поляризация электромагнитной волны,
планарная спираль,
печатные платы
При поддержке: Работа выполнена в рамках Государственной программы научных исследований «Фотоника и электроника для инноваций», подпрограмма «Опто- и СВЧ-электроника».
Об авторах
И. В. Семченко
Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины
Беларусь
Беларусь
Семченко Игорь Валентинович – доктор физико-математических наук, профессор, проректор по учебной работе
ул. Советская, 104, 246028, Гомель
А. Ю. Кравченко
Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины
Беларусь
Беларусь
Кравченко Александр Юрьевич – аспирант
ул. Советская, 104, 246028, Гомель
А. Л. Самофалов
Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины
Беларусь
Беларусь
Самофалов Андрей Леонидович – кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры общей физики
ул. Советская, 104, 246028, Гомель
С. А. Хахомов
Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины
Беларусь
Беларусь
Хахомов Сергей Анатольевич – доктор физико-математических наук, доцент, ректор
ул. Советская, 104, 246028, Гомель
Список литературы
1. Asadchy, V. Bianisotropic metasurfaces: physics and applications / V. Asadchy, A. Díaz-Rubio, S. Tretyakov // Nanophotonics 2018. – 2018. – Vol. 7, № 6. – P. 1069-1094. https://doi.org/10.1515/nanoph-2017-0132
2. Planar broadband Huygensꞌ metasurfaces for wave manipulations / F. S. Cuesta [et. al.] // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2018. – Vol. 66, № 12. – P. 7117–7127. https://doi.org/https://doi.org/10.1109/TAP.2018.2869256
3. Niemi, T. Synthesis of Polarization Transformers / T. Niemi, A. O. Karilainen, S. A. Tretyakov // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2013. – Vol. 61, № 6. https://doi.org/10.1109/TAP.2013.2252136
4. Achieving wide-band linear-to-circular polarization conversion using ultra-thin bilayered metasurfaces / Y. Li [et al.] // J. Appl. Phys. – 2015. – Vol. 117, № 4. – P. 04451. https://doi.org/10.1063/1.4906220
5. Metallic Helix Array as a Broadband Wave Plate / C. Wu [et al.] // Phys. Rev. Lett. – 2011. – Vol. 107, № 17. – P. 177401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.177401
6. Федоров, Ф. И. Теория гиротропии / Ф. И. Федоров. – Минск: Наука и техника, 1976. − 456 с.
7. Бокуть, Б. В. К феноменологической теории естественной оптической активности / Б. В. Бокуть, А. Н. Сердюков // Журн. эксперим. и теор. физики. – 1971. – Т. 61, № 5. − С. 1808−1813.
8. Проектирование метаматериалов на основе планарных спиралей в СВЧ-диапазоне / И. В. Семченко [и др.] // Изв. Гомел. гос. ун-та им. Ф. Скорины. – 2020. – № 3 (120). – С. 154–160.
9. Determining polarizability tensors for an arbitrary small electromagnetic scatterer / V. S. Asadchy [et. al.] // Photon. Nanostruct. – Fundam. Appl. – 2014. – Vol. 12. – P. 298–304. https://doi.org/10.1016/j.photonics.2014.04.004
10. Преобразование поляризации прошедшей СВЧ-волны в бианизотропном метаматериале на основе планарных спиралей [Электронный ресурс] / А. Ю. Кравченко [и др.] // Науч. конф., посвящ. 110-летию со дня рождения Ф. И. Федорова (Гомель, 25 июня 2021 г.): сб. материалов. – Гомель: ГГУ им. Ф. Скорины, 2021. – C. 78–83. – Режим доступа: http://elib.gsu.by/jspui/handle/123456789/25087
11. Electromagnetics of Bianisotropic Materials: Theory and Applications / A. N. Serdyukov [et. al.]. – London: Gordon and Breach Publishing Group [etc.], 2001. – 337 p.
12. Семченко, И. В. Электромагнитные волны в метаматериалах и спиральных структурах / И. В. Семченко, С. А. Хахомов. – Минск: Беларус. навука, 2019. – 279 с.
13. Семченко, И. В. Преобразование поляризации электромагнитных волн спиральными излучателями / И. В. Семченко, С. А. Хахомов, А. Л. Самофалов // Радиотехника и электроника. – 2007. – Т. 52, № 8. – C. 917−922.
14. Семченко, И. В. Оптимальная форма спирали: равенство диэлектрической, магнитной и киральной восприимчивостей / И. В. Семченко, С. А. Хахомов, А. Л. Самофалов // Изв. высш. учеб. заведений. Физика. – 2009. – Т. 52, № 5. – С. 30–36.
15. Modeling of Spirals with Equal Dielectric, Magnetic, and Chiral Susceptibilities / E. Saenz [et. al.] // Electromagnetics. – 2008. – Vol. 28, № 7. – P. 476–493. https://doi.org/10.1080/02726340802322528
16. Semchenko, I. V. Optimal Shape of Spiral: Equality of Dielectric, Magnetic and Chiral Properties / I. V. Semchenko, S. A. Khakhomov, A. L. Samofalov // META’08, Metamaterials for Secure Information and Communication Technologies: proceedings, Marrakesh, Morocco, 7−10 May 2008. − Paris, France, 2008. – P. 71–80.
17. Sihvola, A. H. Bi-isotropic constitutive relations / A. H. Sihvola, I. V. Lindell // Microwave Opt. Technol. Lett. – 1991. – Vol. 4, № 8. – P. 195–297. https://doi.org/10.1002/mop.4650040805
18. Tretyakov, S. Analytical Modeling in Applied Electromagnetics / S. Tretyakov. – Artech House, 2003. – 284 p.
19. Lindell, I. V. Electromagnetic Waves in Chiral and Bi-isotropic Media / I. V. Lindell. – Artech House, 1994. – 332 p.
20. Аззам, Р. Эллипсометрия и поляризованный свет / Р. Аззам, Н. Башара. – М.: Мир, 1981. – 583 с.
Рецензия
Просмотров: 777
Послать статью по эл. почте 