Поляризационные свойства метаповерхности на основе прямоугольных Ω-элементов на подложке из стеклотекстолита

Целью работы является создание с использованием технологий печатных плат нового типа поляризаторов в СВЧ-диапазоне для преобразования падающей линейно поляризованной волны в отраженную циркулярно поляризованную. Преобразователь поляризации представляет собой метаповерхность, состоящую из массива плоских медных прямоугольных Ω-элементов, на подложке из стеклотекстолита. Найдена оптимальная форма Ω-элементов, при которой в каждом из них под действием падающей волны индуцируются одинаково значимые электрический дипольный момент и магнитный момент. Эти оптимальные геометрические параметры Ω-элементов позволяют использовать их в поглотителях СВЧ-волн. Показано, что такая форма Ω-резонаторов, образующих метаповерхность, также универсальна для их применения в ТГц-поляризаторах. Исследованы поляризационно-селективные свойства метаматериала на основе стандартного фольгированного медью стеклотекстолита. Метаматериал, образованный прямоугольными Ω-элементами, проявил поляризационно-селективные свойства вблизи резонансной частоты в СВЧ-диапазоне и может использоваться как эффективный преобразователь поляризации СВЧ-волн.

1. Cheng, Z. A multi-functional polarization convertor based on chiral metamaterial for terahertz waves / Z. Cheng, Y. Cheng // Optics Communications. – 2019. – Vol. 435. – P. 178–182. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2018.11.038

2. Sun, B. Optical refractive index sensor based on the conjugated bilayer Γ-shaped chiral metamaterials / B. Sun, Y. Yingying // Optik. – 2019. – Vol. 182. – P. 587–593. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2019.01.028

3. Yu, Y. Analysis of giant circular dichroism metamaterial based on conductive coupling / Y. Yu, B. Sun // Optik. – 2019. – Vol. 182. – P. 1046–1052. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2019.02.019

4. A bi-layered chiral metamaterial with high-performance broadband asymmetric transmission of linearly polarized wave / F. Mirzamohammadi, J. Nourinia, C. Ghobadi, M. Majidzadeh // AEU – International Journal of Electronics and Communications. – 2019. – Vol. 98. – P. 58–67. https://doi.org/10.1016/j.aeue.2018.11.008

5. Asymmetric chiral metamaterial circular polarizer based on twisted split-ring resonator / Y. Z. Cheng, Y. Nie, Z. Z. Cheng [et al.] // Applied Physics B. – 2014. – Vol. 116. – P. 129–134. https://doi.org/10.1007/s00340-013-5659-z

6. 3D chiral plasmonic metamaterials fabricated by direct laser writing: the twisted omega particle / I. Sakellari, X. Yin, M. L. Nesterov [et al.] // Advanced Optical Materials. – 2017. – Vol. 5, № 16. – Art. ID 1700200. https://doi.org/10.1002/adom.201700200

7. Numerical parametric study of chiral effects and group delays in Ω element based terahertz metamaterial / D. B. Stoja­ nović, P. P. Beličev, J. Radovanović, V. Milanović // Physics Letters A. – 2019. – Vol. 383, № 15. – P. 1816–1820. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2019.02.035

8. Broadband asymmetric transmission and polarization conversion of a linearly polarized wave based on chiral metamaterial in terahertz region / D. Liu, Z. Y. Xiao, X. L. Ma [et al.] // Wave Motion. – 2016. – Vol. 66. – P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.wavemoti.2016.05.003

9. Broadband asymmetric transmission and multi-band 90° polarization rotator of linearly polarized wave based on multi-layered metamaterial / D. Liu, Z. Y. Xiao, X. L. Ma, Z. H. Wang // Optics Communications. – 2015. – Vol. 354. – P. 272– 276. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2015.04.043

10. Radiation of circularly polarized microwaves by a plane periodic structure of Ω elements / I. V. Semchenko, S. A. Khakhomov, M. A. Podalov, S. A. Tret’yakov // Journal of Communications Technology and Electronics. – 2007. – Vol. 52, № 9. – P. 1002–1005. https://doi.org/10.1134/S1064226907090082

11. The effective optimal parameters of metamaterial on the base of omega-elements / I. V. Semchenko, S. A. Kha­ khomov, A. L. Samofalov [et al.] // Recent Global Research and Education: Technological Challenges: Proceedings of the 15th International Conference on Global Research and Education Inter-Academia 2016 / eds: R. Jabłoński, R. Szewczyk. – Springer, Cham, 2017. – P. 3–9. – (Advances in Intelligent Systems and Computing; vol. 519). https://doi.org/10.1007/978-3-319-46490-9_1

12. Omega-structured substrate-supported metamaterial for the transformation of wave polarization in THz frequency range / I. Semchenko, S. Khakhomov, A. Samofalov [et al.] // Recent Advances in Technology Research and Education: Proceedings of the 16th International Conference on Global Research and Education Inter-Academia 2017 / eds: D. Luca, L. Sirghi, C. Costin. – Springer International Publishing, 2017. – P. 72–80. – (Advances in Intelligent Systems and Computing; vol. 660). https://doi.org/10.1007/978-3-319-67459-9_10

13. Ground-plane-less bidirectional terahertz absorber based on omega resonators / A. Balmakou, M. Podalov, S. Kha­ khomov [et al.] // Optics Letters. – 2015. – Vol. 40, № 9. – P. 2084–2084. https://doi.org/10.1364/OL.40.002084

14. Polarization Properties of a Rectangular Balanced Omega Element in the THz Range / I. V. Semchenko, S. A. Kha­ khomov, M. A. Podalov, A. L. Samofalov // Engineering for Sustainable Future. INTER-ACADEMIA 2019 / ed. A. VárkonyiKóczy. – Springer, 2020. – P. 84–93. – (Lecture Notes in Networks and Systems; vol 101). https://doi.org/10.1007/978-3-030-36841-8_8

15. Terahertz Polarization-Resolved Spectra of the Metamaterial Formed by Optimally Shaped Omega Elements on a Silicon Substrate at Oblique Incidence of Waves / A. V. Lyakhnovich, I. V. Semchenko, A. L. Samofalov [et al.] // Photonics. – 2024. – Vol. 11, № 2. – Art. ID 163. https://doi.org/10.3390/photonics11020163

16. Microwave polarization converter consisting of rectangular omega resonators located on a dielectric substrate / I. Semchenko, S. Khakhomov, M. Podalov, A. Samofalov // 2021 Fifteenth International Congress on Artificial Materials for Novel Wave Phenomena (Metamaterials), NYC. – New York, 2021. – P. 386–388. https://doi.org/10.1109/metamaterials52332.2021.9577110