Статья 11413

Название статьи

НЕПОГЛОЩАЮЩИЙ МЕТАМАТЕРИАЛ С ДИСПЕРСИЕЙ
ЭФФЕКТИВНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

Авторы

Кадочкин Алексей Сергеевич, кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра радиофизики и электроники, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск, ул.Льва Толстого, 42), askadochkin@sv.ulsu.ru
Шалин Александр Сергеевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники РАН (Россия, г. Ульяновск,
ул. Гончарова, 48/2), shalin_a@rambler.ru
Маслов Николай Александрович, аспирант, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого, 42), n.a.maslov@yandex.ru
Низаметдинов Азат Маратович, младший научный сотрудник, Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники РАН, (Россия, г. Ульяновск, ул. Гончарова, 48/2), shalin_a@rambler.ru 

Индекс УДК

535.32 

Аннотация

Актуальность и цели. Для многих приложений важным является определение так называемых эффективных материальных параметров, позволяющих описывать их в привычных терминах показателя преломления или диэлектрической и магнитной проницаемостей. В данной работе исследуется применимость методов определения эффективного показателя преломления к композитной пленке, составленной из упорядочено распределенных в пространстве нанообъектов. Нами показано ранее, что нанокомпозитный слой со сферическими либо цилиндрическими порами может придавать отраженной волне дополнительный фазовый сдвиг, зависящий от частоты падающего поля, обеспечивая тем самым широкополосное просветление, что формально соответствует частотной дисперсии эффективного показателя преломления наноструктуры, что вызывает интерес, поскольку материал компонентов системы частотной дисперсией не обладает.
Материалы и методы. В данной работе для определения эффективного показателя преломления системы упорядочено распределенных в пространстве используется метод NRW (Nicholsson-Ross- Weir), позволяющий определить эффективный показатель преломления нанокомпозитной пленки по известным коэффициентам отражения и пропускания.
Результаты. Показано, что проведение процедуры гомогенизации невозможно в общем случае для описания оптических свойств композитных пленок, обладающих существенной неоднородностью даже при условии малости их оптической толщины по сравнению с длиной волны. Вместе с тем найдены конфигурации, для которых данный метод работает; для найденных конфигураций показано наличие частотной дисперсии показателя преломления при полном отсутствии поглощения в пленке. Показано, что полученная частотная зависимость эффективного показателя преломления не противоречит соотношениям Крамерса – Кронига.
Выводы. Показано, что предложенное ранее наноструктурное просветляющее покрытие, представляющее собой нанопоры в поверхности среды, расположенные в виде упорядоченной решетки, обладает дисперсией эффективного показателя преломления, что может быть использовано для «подстройки» его оптических свойств и обеспечения просветления в более широком диапазоне длин волн, нежели это возможно при использовании гомогенных пленок. Обнаруженный эффект может быть использован при построении тонкопленочных композитных оптических покрытий различного назначения. 

Ключевые слова

метаматериал, эффективный показатель преломления, композитная среда, частотная дисперсия. 

Скачать статью в формате PDF
Список литературы

1. Gadomskii, O. N. Optical near-field resonances in the system of interacting nanoparticles / O. N. Gadomskii, A.S. Shalin // The Physics of Metals and Metallography. – 2006. – Vоl. 101. – P. 425–433.
2. Simovski, C.R. On electromagnetic characterization and homogenization of nanostructured metamaterials / C. R. Simovski // Journal of Optics. – 2011. – Vоl. 13. – P. 013001.
3. Белов, П. А. Исследование возможности извлечения материальных параметров из коэффициентов отражения и прохождения плоской волны для многослойных метаматериалов на основе металлических наносеток / П. А. Белов, Е. А. Янковская, И. В. Мельчакова, К. Р. Симовский // Оптика и спектроскопия. – 2010. – Т. 109, № 1. – С. 90–101.
4. Борен, К. Поглощение и рассеяние света малыми частицами / К. Борен, Д. Хафмен. – М. : Мир, 1986. – 664 с.
5. Х лебцов, Н. Г. Функционализованные наночастицы с плазмонным резонансом / Н. Г. Хлебцов // Квантовая электроника. – 2008. – Т.38. – С. 504.
6. Шалин, А. С. Микроскопическая теория оптических свойств композитных сред с хаотическим распределением наночастиц / А. С. Шалин // Квантовая электроника. – 2010. – Т. 40, № 11. – С. 1004–1011.
7. Шалин, А. С. Отрицательный эффективный показатель преломления металлических наночастиц в неупорядоченных нанокомпозитах / А. С. Шалин // Физика металлов и металловедение. – 2010. – Т. 110, № 2. – С. 125–137.
8. Smith, D. R. Homogenization of metamaterials by field averaging / D. R. Smith, J. B. Pendry // Journal of the Optical Society of America B. – 2001. – Vol. 23. – P. 391–403.
9. Lerat, J. Determination of the effective parameters of a metamaterial by field summation method / J. Lerat, N. Mallejac, O. Acher // Journal of Applied Physics. – 2006. – Vol. 100. – P. 084908.
10. Silveirinha, M. G. Metamaterial homogenization approach with application to the characterization of microstructured composites with negative parameters / M. G. Silveirinh // Physical Review B. – 2007. – Vol. 75. – P. 115104.
11. Andryieuski, A. Bloch-mode analysis for retrieving effective parameters of metamaterials / A. Andryieuski, S. Ha, A. A. Sukhorukov, Yu. S. Kivshar, A. V. Lavrinenko. – Physical Review B. – 2012. – Vol. 86. – P. 035127.
12. Smith, D. R. Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials / D. R. Smith, D. C. Vier, Th. Koschny, C. M. Soukoulis // Physical Review E. – 2005. – Vol. 71. – P. 036617.
13. Weir, W. B. Automatic measurement of complex dielectric constant and permeability at microwave frequencies / W. B. Weir // Proceedings of the IEEE. – 1974. – Vol. 62. – P. 33.
14. Nicholson, A. M. Transactions on Instrumentation and Measurement / A. M. Nicholson, G. F. Ross // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 1970. – IM-19. – P. 377.
15. Шалин, А. С. Широкополосное просветление среды, модифицированной внедренным слоем из нанополостей / А. С. Шалин // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. – 2010. – Т. 12. – С. 705–711.
16. Shalin, A. S. Optical Properties of Nanostructured Layers on the Surtace of an Underlying Medium / A. S. Shalin, S. G. Moiseev // Optics and Spectroscopy. – 2009. – Vol. 106. – P. 916–925.
17. Shalin, A.S. Optical antireflection of a medium by nanostructural layers / A. S. Shalin // Progress in Electromagnetic Research B. – 2011. – P. 45–66.
18. Shalin, A. S. Approximate Model for Universal Broadband Antireflection Nano- Structure / A. S. Shalin, S. A. Nikitov // Progress in Electromagnetic Research B. – 2013. – Vol. 47. – P. 127–144.
19. Шалин, А. С. Регулирование отражательной способности границы раздела двух сред монослоем наночастиц / А. С. Шалин, С. Г. Моисеев // Квантовая электроника. – 2009. – Т. 39, № 12. – С. 1175–1181.
20. Starr, A. F. Fabrication and characterization of negative-revractive-index composite metamaterial / A. F. Starr, P. M. Rye, D. R. Smith, S. Nemat-Nasser // Physical Review B. – 2004. – Vol. 70. – P. 113102.
21. Xi, J.-Q. Optical thin-film materials with low refractive index for broadband elimination of Fresnel reflection / J.-Q. Xi, M. F. Schubert, J. K. Kim, E. F. Schubert // Nature Photonics Letters. – 2007. – Vol. 1. – P. 176–179.
22. Киржниц, Д. А. Всегда ли справедливы соотношения Крамерса – Кронига для диэлектрической проницаемости вещества? / Д. А. Киржниц // Успехи физических наук. – 1976. – Т. 119. – № 2. – С. 357.
23. Пайнс, Д. Теория квантовых жидкостей / Д. Пайнс, Ф. Нозьер. – М. : Мир, 1967. – 230 с.
24. Силин, В. П. Электромагнитные свойства плазмы и плазмоподобных сред / В. П. Силин, А. А. Рухадзе. – М. : Госатомиздат, 1961. – 345 с.
25. Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф. – М. : Наука, 1973. – 720 с.

 

Дата создания: 02.06.2014 13:37
Дата обновления: 02.06.2014 13:37