Отрицательное преломление или резонанс отрицательной пространственной гармоники
Результаты численного и экспериментального исследования металлических электромагнитных кристаллов. Анализ дифракции волн на одномерных решетках. Физические механизмы, приводящие к эффектам отрицательного преломления волн на границе фотонных кристаллов.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.11.2018 |
| Размер файла | 461,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Отрицательное преломление или резонанс отрицательной пространственной гармоники
В работе [1] (Павлов Д.А. и др.) были представлены результаты численного и экспериментального исследования металлических электромагнитных кристаллов. Исследования проводились в СВЧ диапазоне, рассматривался случай Е - поляризации. Целью работы являлась демонстрация возможности отрицательного преломления при взаимодействии излучения с границей квадратной двумерной решетки, образованной системой параллельно ориентированных медных круговых цилиндров.
В последние годы данная тематика вызывает большой интерес, поскольку электромагнитные (фотонные) кристаллы с необычными преломляющими свойствами являются возможной альтернативой метаматериалам с отрицательным показателем преломления при создании перспективных устройств передачи и обработки изображений.
Что касается физического механизма, лежащего в основе наблюдаемых в [1] эффектов, хотелось бы обратить внимание на еще одну возможную его трактовку. Прежде всего, отметим, что в работе исследуется композит, представляющий собой металлическую решетку, погруженную в диэлектрическую матрицу CaSO4·2H2O. Диэлектрическая проницаемость гипса не указывается, справочные же данные варьируются от 2 до 4. Полагая е = 3, получаем, что для заданных в работе периода кристалла d = 1,2 см и частотах из второй разрешенной зоны, на которых наблюдаются эффекты преломления, лежащих в диапазоне 12,3 - 12,9 ГГц, эквивалентный период структуры оказывается сопоставим с длиной волны излучения.
Известно, что при дифракции волн на решетке рассеивателей, расположенных на границе сред с разными показателями преломления, возможно - для достаточно редкой структуры - формирование пространственного спектра волн, распространяющихся под разными углами к плоскости решетки. Условие формирования таких гармоник определяется выражением:
, (1)
где m = 0, ± 1, ± 2 и т.д. - порядок дифракции, л - длина волны, и - соответственно углы падения и преломления, n1 и n2 - показатели преломления первой и второй сред (рис. 1).
Рис.1
Отсюда следует, что при малых на границе структуры, в общем случае, формируется только нулевая гармоника, направление распространения которой определяется законом Снеллиуса. Если волна приходит из оптически более плотной среды на границу с воздухом, то при определенных углах падения нулевая гармоника исчезает (полное внутреннее отражение), однако с увеличением периода, при выполнении условия
сформируется первая отрицательная гармоника, распространяющаяся под отрицательными углами относительно нормали к границе.
Рис. 2
Рис. 3
На наш взгляд, именно эта ситуация и наблюдается в [1]. Для подтверждения этого, нами, с использованием метода конечных элементов, выполнено численное моделирование взаимодействия излучения с электромагнитным кристаллом, погруженным в призмовидную гипсовую матрицу, т.е. в постановке задачи и с сохранением параметров, указанных в этой работе. Результаты расчета, представленные на рис. 2 и полученные на частоте 11,5 ГГц, оказались близки к результатам на рис. 8 из [1]. Действительно, наблюдается преломленный луч, располагающийся с той же стороны от нормали к границе призмы, что и падающая волна, т.е. имеет место «отрицательное преломление». Однако, изображенная на рис. 3 картина распределения поля, практически полностью совпадающая с предыдущей, относится уже к ситуации, когда вдоль внешней границы диэлектрической призмы располагалась единственная плоская ререшетка цилиндрических элементов.
Резюмируя сказанное, следует заключить, что наблюдение эффекта отрицательного преломления на границах электромагнитных (фотонных) кристаллов, в ряде случаев может быть объяснено формированием пространственного спектра волн, обязанных своим появлением дифракции на решетке рассеивателей, образующих внешнюю поверхность кристалла.
Литература
дифракция волна металлический кристалл
1. Д.А. Павлов, Л.Н. Бутько, А.А. Федий, А.П. Анзулевич, И.В. Бычков, В.Д. Бучельников, В.Г. Шавров. Проволочная структура с эффектом отрицательного преломления в СВЧ диапазоне // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2015. №
2. URL: http://jre.cplire.ru/jre/nov15/1/text.html.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Регистрация изменения скорости распространения ультразвуковых волн под влиянием механических напряжений. Определение напряжений в материалах с собственной анизотропией. Измерение углов отражения и преломления ультразвуковых волн на границе двух сред.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 03.03.2011Физические основы ультразвукового неразрушающего контроля, природа и типы, параметры, затухание, отражение, преломление и трансформация волн. Технологические средства: дефектоскоп и стандартный образец предприятия. Проведения ультразвукового контроля.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 06.04.2009Легирование выращенных кристаллов и объемных кристаллов из жидкой фазы. Пассивные и активные методы выравнивания состава кристалла, механическая подпитка расплава, изменение условий выращивания. Растворимость и взаимодействие между примесными ионами.
реферат [225,2 K], добавлен 14.03.2010Исследование процесса кристаллизации расплавов металлов. Влияние температуры на свободную энергию жидкой и твердой фазы процесса кристаллизации. Охлаждение расплава и образование кристаллов. Регулирование размеров зерен кристаллов. Обзор строения слитка.
реферат [102,2 K], добавлен 16.12.2014Явление ядерного магнитного резонанса, использование для спектрометрии. Преимущества и недостатки метода. Разработка оптического метода регистрации ЯМР для точного определения спектральных свойств кристаллов. Блок-схема импульсного спектрометра.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 16.02.2016Виды акустических волн. Ультразвуковой контроль для бетонных блоков строительных конструкций, сварных швов магистральных трубопроводов. Акустические характеристики материалов. Типы ультразвуковых волн, взаимодействие с границей раздела двух сред.
реферат [130,4 K], добавлен 21.04.2014Диапазоны частот упругих колебаний. Преломление, отражение, дифракция, рефракция акустических волн. Прием и излучение ультразвука. Ультразвук в различных средах. Отражение и рассеяние ультразвука. Применение акустических методов в неразрушающем контроле.
контрольная работа [815,0 K], добавлен 09.11.2010Описание сапфира как драгоценного камня (минерала), его основные месторождения. Форма кристаллов, оптические свойства, физические свойства минерала. Выбор и применение ступенчатой – крестовой огранки, ее технология, расчеты углов наклона граней.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 08.04.2014Гомогенная и гетерогенная система. Условия образования непрерывных твердых растворов замещения. Химические и электронные соединения. Кристаллическая структура фаз внедрения. Анализ процесса образования кристаллов кубической и гексагональной симметрии.
лекция [84,9 K], добавлен 29.09.2013Классификация паровых турбин: конденсационные, теплофикационные, противодавленческие. Проточная часть и принцип действия турбины. Физические основы совершения работы оборудованием. Течение пара в решетках турбины. Сегмент ("сборка") рабочей ступени.
презентация [6,7 M], добавлен 08.02.2014Создание композиционного материала (КМ) на основе никеля для повышения жаропрочности существующих никелевых сплавов. Технология изготовления КМ, его характеристика. Компоненты композита, матрица, армирующий элемент. Применение металлических композитов.
курсовая работа [965,7 K], добавлен 25.10.2012Дефекты и структура сталей и макроструктурный метод. Строение и дефекты стального слитка. Выявление расположения и размеров кристаллов дендритов в центре и на периферии при травлении продольного и поперечного сечения слитка. Виды усадочных раковин.
лабораторная работа [782,3 K], добавлен 30.03.2009Методы конструирования печатных плат, необходимые материалы и правила их компоновки в зависимости от ожидаемого результата. Порядок разработки корпусов микросхем, монтаж кристаллов на подложку. Характеристика основных элементов проводящего рисунка.
реферат [1,7 M], добавлен 03.08.2009Обзор патентов и технической литературы. Обоснование и выбор технологической схемы производства, контроля и автоматизации. Разработка конструкции сушилки с "кипящем" слоем для сушки хлорида калия. Технологический расчет аппарата, прочностные расчеты.
презентация [763,5 K], добавлен 15.05.2015Достоинства и недостатки металлических конструкций. Классификация нагрузок и воздействий. Области применения и номенклатура металлических конструкций. Физико-механические свойства стали. Расчет металлических конструкций гражданских и промышленных зданий.
презентация [17,3 M], добавлен 23.02.2015Роль в процессе кристаллизации, которую играет число центров и скорость роста кристаллов. Изменение свободной энергии в зависимости от температуры. Классификация чугунов по строению металлической основы. Основные применения цветных металлов и их сплавов.
контрольная работа [878,0 K], добавлен 06.03.2013Основные типы решеток, точечные и линейные дефекты. Связь строения кристаллической решетки с механическими и физическими свойствами материала. Реальное строение кристаллов, формы пластической деформации. Свойства металлов, применяемых в строительстве.
реферат [218,2 K], добавлен 30.07.2014Закономерности и кинетика мартенситного превращения. Зарождение и рост кристаллов мартенсита. Термоупругое равновесие фаз. Структура порошков после азотирования. Исследование микроструктуры и фазового состава образцов после закалки от разных температур.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 11.10.2015Типы кристаллических решеток, кристаллическое строение. Элементарные ячейки кристаллических решеток. Дефекты в кристаллах, характеристика и значение. Кристаллизация и кривые кристаллизации метала при охлаждении. Физико-химические свойства кристаллов.
методичка [1,2 M], добавлен 06.12.2008Характеристики заготовки после литья. Сравнительный анализ методик ультразвукового контроля отливок. Расчёт наклонного преобразователя. Выбор типа УЗ-волн и направление их распространения в изделии. Способ регистрации дефектов поковки в виде пор и трещин.
курсовая работа [3,8 M], добавлен 30.10.2014
