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

Автор(и)

  • Анатолий Афанасьевич Кириленко Институт радиофизики и электроники Национальной Академии наук Украины, Україна https://orcid.org/0000-0002-8717-5334
  • Сергей Александрович Стешенко Институт радиофизики и электроники Национальной Академии наук Украины, Україна https://orcid.org/0000-0003-4777-3927
  • Вадим Николаевич Деркач Институт радиофизики и электроники Национальной Академии наук Украины, Україна
  • Сергей Анатольевич Приколотин Институт радиофизики и электроники Национальной Академии наук Украины, Україна
  • Дмитрий Юрьевич Кулик Институт радиофизики и электроники Национальной Академии наук Украины, Україна https://orcid.org/0000-0002-9059-2710
  • Сергей Леонидович Просвирнин Институт радиоастрономии Национальной Академии наук Украины, Україна https://orcid.org/0000-0002-9205-3761
  • Людмила Павловна Мосьпан Институт радиофизики и электроники Национальной Академии наук Украины, Україна https://orcid.org/0000-0002-4895-1409

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347017050016

Ключові слова:

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

Анотація

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.

Біографія автора

Анатолий Афанасьевич Кириленко, Институт радиофизики и электроники Национальной Академии наук Украины

Scopus author ID: 35583866900 ResearchGate profile

Посилання

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).

##submission.downloads##

Опубліковано

2017-05-29

Як цитувати

Кириленко, А. А., Стешенко, С. А., Деркач, В. Н., Приколотин, С. А., Кулик, Д. Ю., Просвирнин, С. Л., & Мосьпан, Л. П. (2017). Вращение плоскости поляризации двуслойными плоско-киральными структурами. Обзор результатов теоретических и экспериментальных исследований. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 60(5), 245–261. https://doi.org/10.20535/S0021347017050016

Номер

Том 60 № 5 (2017)

Розділ

Оглядові статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2017 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.