Анализ физических особенностей распространения электромагнитных волн в метаматериалах
Объект исследования: особенности распространения электромагнитных волн в метаматериалах.
Результаты, полученные лично авторами: проанализированы и отмечены особенности распространения электромагнитных волн в метаматериалах.
В 1968 году Виктор Григорьевич Веселаго выдвинул гипотезу о возможности существования материалов с отрицательным показателем преломления. Световые волны в них должны двигаться против направления распространения луча. Линзы из этих материалов имеют большое значение в развитии новейших технологий. Однако он не нашёл ни одного материала с подобными электромагнитными характеристиками.
В середине 1990-х годов группа учёных из Великобритании, опираясь на теорию Веселаго В. Г., взялись за создание композитных материалов с указанными свойствами. В 2000-м году Дэвид Смит вместе со своими коллегами из Калифорнийского университета впервые создали метаматериал с отрицательным показателем преломления.
Метаматериалы - системы микрорезонаторов, обладающие уникальными электромагнитными свойствами: отрицательные значения электрической и магнитной проницаемости и, как следствие, показателя преломления. Управляя параметрами микрорезонаторов, возможно варьировать свойства материала.
Отрицательные электрическая проницаемость ε или магнитная проницаемость μ получаются в том случае, когда электроны в материале движутся в направлении, противоположном по отношению к силам, создаваемым электрическим и магнитным полями.. Ключ к такого рода отрицательной реакции — резонанс, то есть стремление колебаться с определенной частотой. Он создается в метаматериале искусственно с помощью крошечных резонансных контуров, имитирующих отклик вещества на магнитное или электрическое поле. Если приложено поле с частотой ниже резонансной, будет наблюдаться нормальная положительная реакция. Однако с увеличением частоты отклик становится отрицательным. Таким образом, проводники в некотором диапазоне частот могут реагировать на электрическое поле как среда с отрицательной ε, а кольца с разрезами могут имитировать материал с отрицательной μ.
При распространении электромагнитных волн в средах с отрицательным показателем преломления появляется противопараллельность между фазовой и групповой скоростью волн, что следует из уравнений Максвелла. Фазовая скорость направлена против направления распространения волны, а групповая – вдоль. Классическая правая тройка векторов напряженностей электрического и магнитного полей и направления распространения волны становится левой тройкой.
При переходе в среду с отрицательным показателем преломления преломленный луч оказывается по ту же сторону от нормали, что и падающий луч. Это полностью соответствует законам геометрической оптики.
При рассмотрении эффекта Доплера в метаматериалах нетрудно показать, что смещение длин волн происходит в сторону уменьшения длины волны, а не наоборот, как это наблюдается в стандартных средах.
При изготовлении линз из метаматериалов появляется возможность получения изображений предметов, размеры которых меньше длины волны падающего света. Таким образом, преодолевается классический дифракционный предел разрешения оптических приборов.
Линза из метаматериала, в соответствии с правилами построения лучей, дает изображения объектов, находящихся в непосредственной близости от ее поверхности, без искажения линейных размеров объекта. Данная линза превращает объект в изображение для дальнейших преобразований в оптических системах.
Теория реализации «невидимости» объекта, помещенного внутрь оболочки из метаматериала, не получила своего развития вследствие необходимых ограничений на функционирование данного объекта.
Возможность создания материалов с определенными оптическими свойствами актуальна в сфере стремительно развивающегося раздела оптики – фотонике. Управляя ходом светового луча, можно получать новые методы передачи и обработки информации.
Материал поступил в редколлегию 2.05.2017
УДК 535.417
К.А. Литвинчёв
Научный руководитель: доцент кафедры «Общая физика»,
к.ф.-м.н., С.Б. Рыбалка
kostya032@yahoo.com
Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 205; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!