Керований ефект Брюстера при розсіюванні електромагнітних хвиль на псевдообертових решітках діелектричних резонаторів
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2023.94.5-12Ключові слова:
решітка, діелектричний резонатор, розсіювання, ефект Брюстера, обертання, зв’язані коливанняАнотація
Досліджуються особливі випадки розсіювання плоских електромагнітних хвиль решітками діелектричних резонаторів (ДР) з невиродженими типами коливань, які обертаються навколо заданої вісі. Знайдено аналітичні вирази функцій, які в загальному вигляді відображають ступінь взаємодії діелектричних резонаторів прямокутної та циліндричної форми з плоскими хвилями різних видів поляризації. Розраховано залежності від кутів падіння плоскої хвилі для декількох основних типів коливань, які забезпечують зв’язок ДР з плоскою хвилею. На основі отриманих формул встановлено умови нерезонансного розсіювання, а також розсіювання з відсутністю відбитої пелюстки, відомої як ефект Брюстера. Знайдені загальні співвідношення між кутами нахилу ДР, поляризацією та кутами падіння хвиль на решітки, які призводять до особливих випадків розсіювання. Відмічається схожість між нерезонансним розсіюванням та відомим ефектом Малюжинця, який описує проходження хвиль крізь решітки інших типів. Побудовано моделі розсіювання для обертових решіток циліндричних та прямокутних ДР. Розраховано залежності амплітуд розсіювання від кутів падіння хвиль, які відповідають попереднім теоретичним висновкам. Відмічається різниця між класичним ефектом Брюстера та безпелюстковими випадками розсіювання на решітках, побудованих на основі використання псевдообертових ДР. Показано, що на відміну від інших способів реалізації метаповерхонь цього класу, безпелюсткові випадки розсіювання на решітках псевдообертових резонаторів можливі при зміні кутів падіння в більш широкій смузі. Отримані теоретичні результати моделювання дозволяють запропонувати новий клас пристроїв, побудованих на основі використання псевдообертових ДР, суттєво скоротити час розрахунків та оптимізувати багато складних резонаторних структур, побудованих на їх основі. Нові типи решіток, побудованих на псевдообертових ДР, можна використовувати для побудови широкого класу антен, пристроїв мультиплексування в системах зв'язку терагерцового, інфрачервоного та оптичного діапазонів довжин хвиль.
Посилання
References
Kupriianov A. S., Khardikov V. V., Domina K., Prosvirnin S. L., Wei Han, Tuz V. R. (2023). Experimental observation of diffractive retroreflection from a dielectric metasurface. J. Appl. Phys., Vol. 133, 163101; 14 p. doi: 10.1063/5.0145338.
Tamayama Y. (2023). Controlling the polarization dependence of the complex transmission spectrum using the Brewster effect in metafilms. Optics Express, Vol. 31, No. 20, pp. 33656–33669. doi:10.1364/OE.501281.
Tiukuvaara V., Martin O. J. F., Achouri K. (2023). Quadrupolar susceptibility modeling of substrated metasurfaces with application to the generalized Brewster effect. Optics Express, Vol. 31, Iss. 14, pp. 22982-22996. doi:10.1364/OE.488529.
Liao Y.‑H., Hsu W.‑L., Yu C.‑Y., Wang C.‑M. (2023). Antireflection of optical anisotropic dielectric metasurfaces. Scientific Reports, Vol. 13, Article number: 1641. doi:10.1038/s41598-023-28619-8.
Fan H., Chu H., Luo H., Lai Y., Gao L., Luo J. (2022). Brewster metasurfaces for ultrabroadband reflectionless absorption at grazing incidence. Optica, Vol. 9, No. 10, pp. 1138–1148. doi:10.1364/OPTICA.472221.
Prosvirnin S. L., Khardikov V. V., Domina K. L., Maslovskiy O. A., Kochetova L. A., Yachin V. V. (2021). Non-specular rejection by a planar resonant metasurface. ResearchGate.
Lavignei G., Caloz C. (2021). Generalized Brewster effect using bianisotropic metasurfaces. Optics Express, Vol. 29, No. 7, pp. 11361–11370. doi:10.1364/OE.423078.
Popov V., Tretyakov S., Novitsky A. (2019). Brewster effect when approaching exceptional points of degeneracy: Epsilon-near-zero behavior. Phys. Rev. B, Vol. 99, 045146, pp. 1–10. doi:10.1103/PhysRevB.99.045146.
Krasnok A., Baranov D., Li H., Miri M.-A., Monticone F., Alu A. (2019). Anomalies in light scattering (Review). Advances in Optics and Photonics, Vol. 11, Iss. 4, pp. 892–951. doi:10.1364/AOP.11.000892.
Sreekanth K. V., El Kabbash M., Medwal R., et al. (2019). Generalized Brewster Angle Effect in Thin-Film Optical Absorbers and Its Application for Graphene Hydrogen Sensing. ACS Photonics, Vol. 6, pp. 1610−1617. doi:10.1021/acsphotonics.9b00564.
Lavigne G., Caloz C. (2018). Extending the Brewster Effect to Arbitrary Angle and Polarization using Bianisotropic Metasurfaces. IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting, pp. 1–2. doi: 10.48550/arXiv.1801.08517.
Thirion-Lefevre L., Guinvarc’h R. (2018). The double Brewster angle effect. Comptes Rendus Physique, Vol. 19, Iss. 1–2, pp. 43-53. doi:10.1016/j.crhy.2018.02.003.
Adamson P. (2017). Enhanced visibility of graphene: the effect of the Brewster angle. Optica Applicata, Vol. XLVII, No. 3, pp. 363–371. DOI: 10.5277/oa170303.
Kuznetsov A. I., Miroshnichenko A. E., Brongersma M. L., Kivshar Y. S., Luk’yanchuk B. (2016). Optically resonant dielectric nanostructures. Review. SCIENCE, Vol 354, Iss. 6314, pp. 1–8. DOI: 10.1126/science.aag2472.
Paniagua-Dominguez R., Yu Y. F., Miroshnichenko A. E., et al. (2015). Generalized Brewster effect in dielectric metasurfaces. Nature Communications, Vol. 7, Article number: 10362. DOI: 10.1038/ncomms10362.
Tamayama, Y. (2015). Brewster effect in metafilms composed of bi-anisotropic split-ring resonators. Opt. Lett., Vol. 40, Iss. 7, pp. 1382–1385. doi: 10.1364/OL.40.001382.
Staude I., Miroshnichenko A. E., Decker M., et al. (2013). Tailoring directional scattering through magnetic and electric resonances in subwavelength silicon nanodisks. ACS Nano, Vol. 7, Iss. 9, pp. 7824–7832. DOI: 10.1021/nn402736f.
Kryzhanovskiy V. V., Kryzhanovskiy S. V., Steshenko S. O., Chistyakova O. V. (2008). Resonant properties of planar waveguide --- lamellar grating system. Radiophysics and electronics, Vol. 13, Iss. 3, pp. 481–488.
Watanabe, R., Iwanaga, M. & Ishihara, T. (2008). S-polarization Brewster’s angle of stratified metal–dielectric metamaterial in optical regime. Phys. Stat. Sol. b, Vol. 245, Iss. 12, pp. 2696–2701. doi:10.1002/pssb.200879899.
Kazansky V. B., Tuz V. R., Yudintsev D. V. (2007). Scattering of Gaussian wavebeamsby a limited sequence of alternating arrays of dielectricbars. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University, series “Radio Physics and Electronics”, Vol. 756 Radiophysics and electronics, Iss. 11, pp. 82-86.
Tamayama, Y., Nakanishi, T., Sugiyama, K. & Kitano, M. (2006). Observation of Brewster’s effect for transverse-electric electromagnetic waves in metamaterials: Experiment and theory. Phys. Rev. B, Vol. 73, 193104. doi: 10.1103/PhysRevB.73.193104.
Maradudin A. A., Luna R. E., Mendez E. R. (1993). The Brewster effect for a one-dimensional random surface. Waves in Random Media, Vol. 3, Iss. 1, pp. 51–60. doi:10.1088/0959-7174/3/1/006.
Azzam R. M. A., Ugbo E. E. (1989). Contours of constant pseudo-Brewster angle in the complex ɛ plane and an analytical method for the determination of optical constants. Appl. Opt., Vol. 28, Iss. 24, pp. 5222–5228. doi:10.1364/AO.28.005222.
Elshazly-Zaghloul M., Azzam R. M. A. (1982). Brewster and pseudo-Brewster angles of uniaxial crystal surfaces and their use for determination of optical properties. J. Opt. Soc. Am., Vol. 72, Iss. 5, pp. 657–661. doi:10.1364/JOSA.72.000657.
Born M., Wolf E. (1964). Principles of optics. Pergamon Press. Second ed. 855 p.
Veinstein L. A. (1969). Open resonators and open waveguides. Published by Golem Press, Golem series in electromagnetics, Vol. 2, 439 p.
Trubin A. A. (2009). Electromagnetic waves scattering on a lattice of Dielectric Resonators. 2009 19th International Crimean Conference Microwave & Telecommunication Technology, Sevastopol, Ukraine, pp. 405-407. doi: 10.1109/TELSKS.2009.5339480.
Ilchenko M. E., Trubin A. A. (2004). Electrodynamics of Dielectric Resonators. Kyiv, Naukova Dumka, 265 p.
Trubin A. A. (2016). Lattices of Dielectric Resonators. Springer International Publishing Switzerland, 171 p. doi: 10.1007/978-3-319-25148-6.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 A. A. Trubin
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
