Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ по подписке
Ячейка двухслойной двумернопериодической решетки с металлическими "розетками"

Вращение плоскости поляризации двуслойными плоско-киральными структурами. Обзор результатов теоретических и экспериментальных исследований

Анатолий Афанасьевич Кириленко, Сергей Александрович Стешенко, Вадим Николаевич Деркач, Сергей Анатольевич Приколотин, Дмитрий Юрьевич Кулик, Сергей Леонидович Просвирнин, Людмила Павловна Мосьпан

Аннотация


Представлены примеры, иллюстрирующие поиск различных двухслойных метаматериалов, обеспечивающих вращение плоскости поляризации («оптическая активность»). Подбор объектов иллюстрирует двадцатилетнюю историю поиска нового принципа создания вращателей поляризации на планарных метаматериалах, реализованных в виде тонкослойных периодических решеток. Само проявление оптической активности как таковой, наличие или отсутствие удовлетворительного или идеального согласования, возможность многополосного эффекта, роль высших пространственных гармоник в «электродинамике» явления объясняются спецификой собственных колебаний возбуждаемых в зазоре многослойной структуры.

Ключевые слова


2D киральность; двуслойный экран; двуслойная диафрагма; оптическая активность; диэдральная симметрия; собственные колебания

Полный текст:

PDF

Литература


Holloway, C. L.; Kuester, E. F.; Gordon, J. A.; O’Hara, J.; Booth, J.; Smith, D. R. An overview of the theory and applications of metasurfaces: the two-dimensional equivalents of metamaterials. IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 54, No. 2, p. 10–35, 2012. DOI : http://doi.org/10.1109/MAP.2012.6230714.

Pendry, J. B. A chiral route to negative refraction. Science, vol. 306, No. 5700, 2004, p.1353–1355. DOI: http://doi.org/10.1126/science.1104467.

Arnaut, L. R.; Davis, L. E. On planar chiral structures. Progress in Electromagnetic Research Symposium (PIERS 1995), 24–28 July, Seattle, WA, p. 165.

Arnaut, L. R. Chirality in multi-dimensional space with application to electromagnetic characterisation of multi-dimensional chiral and semi-chiral media. Journal of Electromagnetic Waves and Applications, vol. 11, No. 11, p. 1459–1482, 1997. DOI: http://dx.doi.org/10.1163/156939397X00549.

Prosvirnin, S. L. Analysis of electromagnetic wave scattering by plane periodical array of chiral strip elements. Proc. of 7th Int. Conf. on Complex Media «Bianisotropics-98», 3–6 June 1998, 185–188, Technische Universitat Braunschweig, Germany. DOI: http://doi.org/10.13140/2.1.1744.1929.

Prosvirnin, S. L. Transformation of polarization when waves are reflected by a microstrip array made of complex-shaped elements. Journal of Communications Technology and Electronics, vol. 44, No. 6, p. 635–639, 1999.

Kwon, D.-H.; Werner, P. L.; Werner, D. H. Optical planar chiral metamaterial designs for strong circular dichroism and polarization rotation. Optics Express, vol. 16, No. 16, p. 11802–11807, 2008. DOI: http://doi.org/10.1364/OE.16.011802.

Decker, M.; Ruther, M.; Kriegler, C. E.; Zhou, J.; Soukoulis, C. M.; Linden, S.; Wegener, M. Strong optical activity from twisted-cross photonic metamaterials. Optics Letters, vol. 34, No 16, p. 2501–2503, 2009. DOI: http://doi.org/10.1364/OL.34.002501.

Rogacheva, A. V.; Fedotov, V. A.; Schwanecke, A. S.; Zheludev, N. I. Giant gyrotropy due to electromagnetic-field coupling in a bilayered chiral structure. Phys. Rev. Lett., vol. 97, p. 177401, 2006. DOI: http://doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.177401.

Mackay, A. Proof of polarization independence and nonexistence of crosspolar terms for targets presenting n-fold (n > 2) rotational symmetry with special reference to frequency-selective surfaces. Electron. Lett., vol. 25, No 24, p. 1624–1625, 1989. DOI: http://doi.org/10.1049/el:19891088.

Sonsilphong, A.; Gutruf, P.; Withayachumnankul, W.; Abbott, D.; Bhaskaran, M.; Sriram, S.; Wongkasem, N. Flexible bi-layer terahertz chiral metamaterials. Journal of Optics, vol. 17, No. 8, p. 085101, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1088/2040-8978/17/8/085101.

Plum, E.; Zhou, J.; Dong, J.; Fedotov, V. A.; Koschny, T.; Soukoulis, C. M.; Zheludev, N. I. Metamaterial with negative index due to chirality. Phys. Rev. B, vol. 79, p. 035407, 2009. DOI: http://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.035407.

Zarifi, D.; Soleimani, M.; Nayyeri, V. Dual- and multiband chiral metamaterial structures with strong optical activity and negative refraction index. IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 11, p. 334–337, 2012. DOI: http://doi.org/10.1109/LAWP.2012.2191261.

Zarifi, D.; Soleimani, M.; Nayyeri, V.; Rashed-Mohassel, J. On the miniaturization of semiplanar chiral metamaterial structures. IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 60, No. 12, p. 5768–5776, 2012. DOI: http://doi.org/10.1109/TAP.2012.2214015.

Zarifi, D.; Soleimani, M.; Nayyeri, V. A novel dual-band chiral metamaterial structure with giant optical activity and negative refractive index. J. Electromagn. Waves Appl., vol. 26, p. 251–263, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1163/156939312800030767.

Gordon, R.; Brolo, A. G.; McKinnon, A.; Rajora, A.; Leathem, B.; Kavanagh, K. L. Strong polarization in the optical transmission through elliptical nanohole arrays. Phys. Rev. Lett., vol. 92, No. 3, p. 037401, 2004. DOI: http://doi.org/10.1103/PhysRevLett.92.037401.

Derkach, V.; Kirilenko, A.; Salogub, A.; Prikolotin, S.; Kolmakova, N.; Ostrizhnyi, Ye. Giant optical activity in artificial planar-chiral sructures. Proc. of Int. Kharkov Symp. MSMW’13, 23–28 Jun. 2013, Kharkov, Ukraine. IEEE, 2013, p. 435–438. DOI: http://doi.org/10.1109/MSMW.2013.6622098.

Li, Z.; Zhao, R.; Koschny, T.; Kafesaki, M.; Alici, Kamil Boratay; Colak, E.; Caglayan, H.; Ozbay, E.; Soukoulis, C. M. Chiral metamaterials with negative refractive index based on four ‘U’ split ring resonators. Appl. Phys. Lett., vol. 97, p. 081901, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.3457448.

Kirilenko, A.; Kolmakova, N.; Prikolotin, S. Plane-chiral pair with opposite rotatios as a new way to rotate polarization up to 90°. Proc. of Int. Conf. MMET, 28–30 Aug. 2012, Kharkiv, Ukraine. IEEE, 2012, p. 80–83. DOI: http://doi.org/10.1109/MMET.2012.6331155.

Kolmakova, N.; Prikolotin, S.; Perov, A.; Derkach, V.; Kirilenko, A. Polarization plane rotation by arbitrary angle using D4 symmetrical structures. IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 64, No. 2, p. 429–435, 2016. DOI: http://doi.org/10.1109/TMTT.2015.2509966.

Li, Z.; Caglayan, H.; Colak, E.; Zhou, J.; Soukoulis, Costas M.; Ozbay, E. Coupling effect between two adjacent chiral structure layers. Optics Express, vol. 18, No. 6, p. 5375–5383, 2010. DOI: http://doi.org/10.1364/OE.18.005375.

Maslovski, S. I.; Morits, D. K.; Tretyakov, S. A. Symmetry and reciprocity constraints on diffraction by gratings of quasi-planar particles. J. Opt. A, Pure Appl. Opt., vol. 11, No. 7, p. 074004, 2009. DOI: https://doi.org/10.1088/1464–4258/11/7/074004.

Колмакова, Н. Г.; Кириленко, А. А.; Просвирнин, С. Л. Плоско-киральные диафрагмы в круглом волноводе и проявления «оптической активности». Радиофизика и радиоастрономия, Т. 16, № 1, p. 70–81, 2011. URL: http://journal.rian.kharkov.ua/index.php/ra/article/view/454.

Кириленко, А. А.; Сенкевич, С. Л.; Тысик, Б. Г. Закономерности резонансных явлений в открытых структурах волноводного типа. Радиотехника и электроника, Т. 35, № 4, p. 687–694, 1990.

Cornwell, J. F. Appendix C: Character tables for the crystallographic point groups. In Group Theory in Physics: An Introduction. New York, NY, USA: Academic, 1997.

Kolmakova, N.; Prikolotin, S.; Kirilenko, A.; Perov, A. Simple example of polarization plane rotation by the fringing fields interaction. Proc. of European Microwave Conf., 6–10 Oct. 2013, Nuremberg. IEEE, 2013, p. 936–938. URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/6686812/.

Кириленко, A. A.; Колмакова (Дон), Н. Г.; Приколотин, С. А. Сверхкомпактная 90° скрутка на основе пары плоско-киральных диафрагм в квадратном волноводе. Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 55, № 4, С. 31–35, 2012. URL: http://radio.kpi.ua/article/view/S002134701204005X.

Kirilenko, A. A.; Perov, A. O. On the common nature of the enhanced and resonance transmission through the periodical set of holes. IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 56, No. 10, p. 3210–3216, 2008. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2008.929437.

Колмакова (Дон), Н. Г.; Перов, А. О.; Сенкевич, С. Л.; Кириленко, А. А. Аномальное прохождение ЭМВ сквозь запредельные отверстия и собственные колебания волноводных объектов и периодических структур. Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 54, № 3, p. 3–13, 2011. URL: http://radio.kpi.ua/article/view/S0021347011030010.

Kirilenko, A. A.; Tysik, B. G. Connection of S-matrix of waveguide and periodical structures with complex frequency spectrum. Electromagnetics, vol. 13, No. 3, p. 301–318, 1993. DOI: http://dx.doi.org/10.1080/02726349308908352.

Munk, B. A. Frequency Selective Surfaces: Theory and Design. New York: Wiley, 2000.

Perov, A. O.; Kirilenko, A. A.; Derkach, V. N. Polarization response manipulation for compound circular hole fishnet metamaterial. IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 16, p. 117–120, April 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/LAWP.2016.2559452.

Кулик, Д. Ю.; Перов, A. O.; Мосьпан, Л. П.; Колмакова, Н. Г. Компактные вращатели плоскости поляризации на основе диафрагм с прямоугольными щелями. Радиофизика и электроника, т. 20, № 2, с. 96–101, 2015.

Кулик, Д. Ю.; Стешенко, С. А.; Кириленко, А. А. Компактные вращатели плоскости поляризации на заданный угол в квадратном волноводе. Радиофизика и электроника, т. 22, № 1, 2017, (принято к публикации).




DOI: http://dx.doi.org/10.20535/S0021347017050016

Метрики статей

Загрузка метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.





© Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника, 2004–2017
При копировании активная ссылка на материал обязательна
ISSN 2307-6011 (Online), ISSN 0021-3470 (Print)
т./ф. +38044 204-82-31, 204-90-41
Условия использования сайта