Оптические метаматериалы на основе металлодиэлектрических слоистых наноструктур

Оглавление

Введение

1 Метеллодиэлектрический слоистый метаматериал как новый инструмент нанофотоники

1.1 Введение

1.2 Металлодиэлектриечский слоистый метаматериал как гиперболическая среда

1.3 Управление светом на наноуровне при помощи плазмонных слоистых метаматериалов

2 Оптическая нелокальность в металлодиэлектрическом слоистом метаматериале

2.1 Управление нелокальностью в металлодиэлектрическом слоистом метаматериале

2.2 Представление собственных мод с помощью изочастотных контуров

3 Комплексная зонная структура плазмонного слоистого метаматериала

3.1 Комплексные моды в слоистой металлодиэлектрической структуре без потерь

3.2 Введение потерь в металлические слои метаматериала....'. .

3.3 Профили полей комплексных собственных мод

4 Преломление света слоистым металлодиэлектрическим метаматериалом

4.1 Преломление на границе вакуум-метаматериал

4.2 Введение в мультипериодические металлодиэлектрические метаматериалы



4.3 Трилучепреломление ТМ-поляризованного пучка

5 Бипериодический металлодиэлектрический слоистый метаматериал

5.1 Дираковские состояния в фотонной зонной структуре бипериоди-ческого метаматериала

5.2 Эллиптический предельно анизотропный режим

Заключение

Список литературы



Введение

В последние годы был отмечен новый всплеск интереса к слоистым средам, в особенности к металлодиэлектрическим слоистым метаматериалам в контексте перспективных применений, начиная от прозрачных металлов и заканчивая гиперболическими метаматериалами. В настоящей работе исследуются оптические свойства таких субволновых металлодиэлектрических многослойных метаматериалов. Представлен и проанализирован ряд фундаментальных электромагнитных явлений, наблюдаемых в металлодиэлектрических слоистых метаматериалах. Примерами могут служить эволюция изочастотных контуров от эллиптических до гиперболических, отрицательное преломление, аномальное многолучепрсломленис. 1 ’

Известно, что распространение электромагнитных волн в слоистых средах изучается на протяжении длительного времени [1-4], однако интерес к таким средам стремительно растет в связи с их уникальными электромагнитными свойствами. В частности, было установлено, что оптические метаматериалы, образованные многослойной металлодиэлектрической наноструктурой имеют необычные оптические свойства и применения, варьирующиеся от реализации неопределенной среды [5], передачи изображений со сверхразрешением [6], отрицательного преломления [7] и маскирования [8] до симуляции черных дыр [9].



кристалла приводит к следующему точному дисперсионному соотношению для собственных мод ТМ-поляризации:

тощих слоях.

Свойства таких структур изучаются на длинах волн, порядка 10 раз больших по сравнению с периодом структуры. Для определенности положим материальные параметры в этом разделе совпадающими с материальными параметрами работы [7]. Диэлектрическая проницаемость диэлектрика предполагается постоянной и равна £ = 4.6. Диэлектрическую проницаемость металла определим по формуле Друде

где ир — 2лс/Ар - плазменная частота (выбрана так, что р = 4D), и Г - коэффициент затухания. Потери в металле в настоящей главе считаются пренебрежительно малыми с целью упрощения рассмотрения, то есть будем рассматривать здесь исдиссипативные структуры с Г = 0. Отметим еще раз, однако, что реалистичные потери, вводимые в слои металла, не подавляют существенным образом тс уникальные явления, которые будут обсуждаться ниже [123].

Использовались две графические репрезентации дисперсионных зависимостей: дисперсионные диаграммы для волн, распрострянющихся вдоль оси у, т.е. вдоль слоев (представлены на Рис. 2.2), и изочастотные контуры (сечения дисперсионной поверхности постоянными частотными уровнями и — const, показа-

cos(kxD) — cos(k^d) cos(k^d2)

sin(k^di) sin (*£4),

(2.5)

где /сі1,2) = у^іДш/с)2 - Щ

- ж-компоненты волновых векторов в соответству-