Электромагнитные волны в метаматериалах и спиральных структурах

Abstract

Монография посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию свойств метаматериалов, метаповерхностей и спирально-структурированных систем, выявлению для них условий преобразования поляризации электромагнитных волн, подавления отраженной волны при поглощении прошедшей волны, а также обоснованию возможностей практического применения физических свойств и явлений, характерных для указанного класса сред. В книге осуществлен аналитический расчет характеристик электромагнитного поля на основе теории дипольного излучения электромагнитных волн, энергетического подхода, а также спиральной модели молекул кирального вещества; при проведении моделирования использован метод конечных элементов; для экспериментальных исследований применены классические методики определения поляризации электромагнитной волны, а также использованы современные безэховые камеры с поглощающим материалом пирамидального типа. Разработаны теоретические подходы к проектированию метаматериалов и спирально-структурированных систем на основе спиральных элементов с оптимальными параметрами, преобразователей поляризации электромагнитных волн на основе композитных сред со спиральной структурой, обеспечивающих трансформацию линейно поляризованной волны в циркулярно поляризованную. Проведены проектирование и исследование планарных массивов омега-элементов из алюминия и молибдена, или метаповерхностей, на кремниевой подложке, изготовленных в ОАО «ИНТЕГРАЛ» (Минск). Выполнен предварительный расчет наноэлементов, а затем исследованы образцы изготовленных в Институте физики полупроводников имени А. В. Ржанова Сибирского отделения РАН методом наноструктурирования (Принц-технология) спирально структурированных метаматериалов с параметрами, оптимальными для работы в терагерцовом диапазоне. Данный метод формирования трехмерных микро- и наноструктур состоит в отделении напряженной полупроводниковой плёнки от подложки и последующем сворачивании ее в пространственный объект. Разработанный и созданный метаматериал обладает в терагерцовом диапазоне волновым сопротивлением, близким к импедансу свободного пространства, и при этом демонстрирует сильное поглощение прошедшей волны. Проведены моделирование и экспериментальное подтверждение полученных результатов в Институте физики имени Б. И. Степанова НАН Беларуси. Результаты работы могут быть использованы при расчетах и создании слабо отражающих поглощающих экранов на основе спирально-структурированных метаматериалов, при создании частотных и поляризационно-селективных фильтров и преобразователей поляризации в сверхвысокочастотном, терагерцовом и дальнем инфракрасном диапазонах. Книга рассчитана на научных и инженерных работников в области оптики, радиофизики, биофизики, физики конденсированного состояния, электроники, а также на студентов старших курсов, магистрантов и аспирантов физических специальностей.