Электромагнитных волн: Физики предложили эффективный нано-преобразователь частоты электромагнитных волн

Содержание

Физики предложили эффективный нано-преобразователь частоты электромагнитных волн

Международная исследовательская команда нашла способ сделать нелинейное преобразование частоты электромагнитных волн на наномасштабе эффективнее в 100 раз. Новый метод основан на использовании одиночных диэлектрических наночастиц, поддерживающих локализованные состояния в континууме. Такие состояния возникают при взаимном подавлении излучающих колебаний поля в частице и позволяют надежно запереть электромагнитную энергию внутри. Полученные результаты можно использовать для создания миниатюрных преобразователей частоты света, нанолазеров. Статья, опубликованная в Physical Review Letters, попала на обложку журнала.

Одна из ключевых задач нелинейной нанофотоники – преобразование частоты электромагнитного излучения на наномасштабе. Меняя частоту, излучение можно перевести из одного диапазона в другой: из терагерцового в инфракрасный, а из инфракрасного в видимый.

С такой трансформацией хорошо справляются макроскопические устройства, но воспроизвести их работу в масштабах наномира непросто.

Дело в том, что из-за малых размеров наночастицы взаимодействуют со светом по особым законам. Поэтому, чтобы сделать преобразование частоты света на наномасштабе эффективнее, нужно снизить потери энергии в ходе трех ключевых процессов в наночастице: ввода излучения, удержания энергии и нелинейного преобразования.

Для решения этих задач международная команда физиков из Университета ИТМО, Нелинейного оптического центра Австралийского национального университета и Университета Бресшиа в Италии предложила использовать новый тип резонаторов. Это диэлектрические наночастицы в форме диска с высоким показателем преломления, которые поддерживают локализованные состояния в континууме. Такие состояния возникают, когда несколько видов колебаний электромагнитной энергии в частице взаимно подавляют друг друга. За счет этого энергия света оказывается «заперта» внутри частицы.

Теоретически, таким образом энергию можно запереть навсегда, но для этого нужны идеальные резонаторы. На практике «поймать» свет на продолжительное, но конечное время можно и в одиночной наночастице. Для этого нужно найти оптимальное соотношение формы, размеров и материала.

Кирилл Кошелев

«Мы описали такие одиночные диэлектрические нанорезонаторы в своей прошлой работе, но не проанализировали возможность их практического применения. Теперь, совместно с коллегами из Италии – Лука Карлетти и профессором Константино дэ Ангелис – мы рассчитали, как резонатор генерирует свет с удвоенной частотой. Результаты показали, что такая структура позволяет повысить эффективность нелинейного процесса на два порядка. Правда, все оказалось не так просто: нам пришлось искать оптимальный способ ввода энергии в резонатор. Мы выяснили, что в нашем случае нужно закрутить падающую волну и изменить ее поляризацию так, чтобы она колебалась по касательной к кругу. Это соответствует структуре электромагнитного поля внутри частицы»

, ‒ рассказывает Кирилл Кошелев, сотрудник Международной лаборатории метаматериалов Университета ИТМО.

В итоге ученым удалось добиться рекордной эффективности удвоения частоты света диэлектрическими наночастицами. Вместо сотой доли процента в ходе преобразования сохраняется несколько процентов энергии света. Такие значения потенциально позволяют детектировать преобразованное излучение, а значит, предложенный метод можно использовать в практических работах.

«Мы предложили способ создания нано-преобразователей света, которые можно будет использовать для различных применений. Например, для плоских линз в приборах ночного зрения, которые будут переводить инфракрасное излучение в видимый свет. При этом выбранный нами диэлектрический материал, арсенид алюминия-галлия, имеет отработанную технологию производства и доступен для различных лабораторий. Это должно способствовать развитию дальнейших исследований в области нелинейной нанофотоники, а также расширению сферы применений нелинейных нано-преобразователей излучения», ‒ добавляет Юрий Кившарь, соруководитель Центра нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО, профессор Австралийского национального университета.

Ссылка: Giant nonlinear response at the nanoscale driven by bound states in the continuum. Luca Carletti, Kirill Koshelev, Costantino De Angelis, Yuri Kivshar. Physical Review Letters, 19th July, 2018.

Исследование было поддержано грантом Российского Научного Фонда №17-12-01581.

Перейти к содержанию

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА — это… Что такое ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА?

ЭЛЕКТРОМАГНИ́ТНЫХ ВОЛН ШКАЛА́, шкала физических величин, представляющих собой непрерывную последовательность частот и длин волн электромагнитных излучений, характеризующих распространяющееся в пространстве электромагнитное поле (
см.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ).
Границы по длинам и частотам волн между различными видами электромагнитного излучения условны, последовательные участки шкалы переходят друг в друга.
Электромагнитную волну характеризует длина волны — l, измеряемая в метрах (м), и соответствующая ей частота электромагнитных колебаний — n,измеряемая в герцах (
см.
ГЕРЦ (единица частоты)) (Гц).
Соответственно, волны:
Сверхдлинные волны (см. СВЕРХДЛИННЫЕ ВОЛНЫ), если lЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА106-104, nЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА 3.102-3.104;
Длинные волны (радиоволны) (см. ДЛИННЫЕ ВОЛНЫ), если lЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА104-103, nЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА3.104-3.105;
Средние волны (см. СРЕДНИЕ ВОЛНЫ) (радиоволны), если lЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА103-102, nЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА3
.
105-3.106;
Короткие волны (см. КОРОТКИЕ ВОЛНЫ) (радиоволны), если lЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА102-101, nЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА3. 106-3.107;
Ультракороткие волны (см. УЛЬТРАКОРОТКИЕ ВОЛНЫ (УКВ)), если lЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА101-10-1, nЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА3.107-3.109;
Сверхвысокочастотные (телевизионные), если lЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА10-1-10-2, 3.109-3.10
10
;
Сверхвысокочастотные (радиолокационные), если lЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА10-2-10-3, nЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА3.1010-3.1011;
Инфракрасное излучение (см. ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ), если lЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА10-3-10-6, nЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА3.1011-3.1014;
Видимый свет, если lЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА10-6-10-7, nЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА3.1014-3. 1015;
Ультрафиолетовое излучение (
см.
УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ), если lЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА10-7-10-9, nЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА3.1015-3.1017;
Рентгеновское излучение (см. РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ КОСМИЧЕСКОЕ) (мягкое), если lЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА10-9-10-12, nЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА3.1017-3.1020;
Гамма-излучение (см. ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ), (жесткое), ядерные процессы, если lЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА10-12-10-14, nЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА3.1020-3.1022;
Космическое излучение, если lЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА10
-14
, nЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА3.1022.
Электромагнитные волны обладают широким диапазоном частот (длин волн) и отличаются по способам их генерации и регистрации. Электромагнитные излучения, частоты которых отличаются на несколько порядков величины, такие, например, как радиоволны и рентгеновские лучи, имеют качественно различные свойства.
Международная классификация электромагнитных волн по частотам.
Крайние низкие частоты, КНЧ, частота (3 — 30) Гц, Декамегаметровые — длина 100 — 10 Мм;
Сверхнизкие частоты, СНЧ, частота (30 — 300) Гц, Мегаметровые — длина 10 — 1 Мм;
Инфранизкие частоты, ИНЧ, частота (0,3 — 3) кГц, Гектокилометровые — длина 1000 — 100 км;
Очень низкие частоты, ОНЧ, частота (3 — 30) кГц, Мириаметровые – длина -100 — 10 км;
Низкие частоты, НЧ, частота (30 – 300) кГц, Километровые – длина -10 — 1 км;
Средние частоты, СЧ, частота (0,3 – 3) МГц, Гектометровые – длина — 1 — 0,1 км;
Высокие частоты, ВЧ, частота (3 – 30) МГц, Декаметровые — длина -100 — 10 м;
Очень высокие частоты, ОВЧ, частота (30 – 300) МГц, Метровые – длина — 10 — 1 м;
Ультравысокие частоты, УВЧ, частота (0,3 – 3) ГГц, Дециметровые – длина -1 — 0,1 м;
Сверхвысокие частоты, СВЧ, частота (3 – 30) ГГц, Сантиметровые – длина — 10 — 1 см;
Крайне высокие частоты, КВЧ, частота (30..300) ГГц, Миллиметровые – длина –10 -1 мм;
Гипервысокие частоты, ГВЧ, частота (300. .3000) ГГц, Децимиллиметровые – длина (1.-.0,1 мм.

Смешение электромагнитных волн в искусственном атоме поможет квантовой электронике — Наука

Ученые из МФТИ и их коллеги из Великобритании поставили необычный эксперимент. Им удалось смешать электромагнитные волны одновременно и классическим, и квантовым путем в одном искусственном атоме. В результате физики получили от этой системы переизлучение фотонов с более высокой частотой. При этом основная часть переизлученных фотонов имела одинаковую частоту, а почти все фотоны с побочными частотами были подавлены. Этот эффект может найти применение в будущих устройствах квантовой электроники.

Искусственными атомами ученые называют системы, способные поглотить отдельный фотон и затем испустить свой собственный, но уже с другой энергией и длиной волны — точно так же, как это делает атом «натуральный». Подобные системы полезны для квантовой электроники, однако далеко не всегда параметры их работы в полной мере подконтрольны исследователям. Например, часто они выдают «на выход» фотоны не с той частотой и энергией, которая требуется.

Для имитации атома физики по всему миру используют сверхпроводящий кубит («квантовый бит»), построенный из нескольких джозефсоновских контактов, состоящих из двух сверхпроводников, которые разделены тонким слоем диэлектрика. Носителями тока в сверхпроводнике выступают куперовские пары электронов. Они могут «просачиваться» (туннелировать) через тонкий слой диэлектрика, переводя кубит из возбужденного состояния с большей энергией в основное, невозбужденное, с меньшей энергией.

При работе кубита на него по входящему волноводу приходит управляющий сигнал. Он передает кубиту избыточную энергию, переводя его в возбужденное, излучающее состояние. Из-за этого кубит испускает один фотон, который по исходящему волноводу уходит к последующим элементам схемы. Такой кубит легко контролируется магнитным полем: при изменении его силы меняется частота излучения.

Однако и в этом случае все управляется далеко не идеально. При пропускании двух разных электромагнитных волн через такой искусственный атом они взаимодействуют друг с другом. В результате при рассеянии кубит переизлучает фотоны нескольких разных частот, связанных по определенной формуле с частотами обеих исходных волн. Такова классическая картина смешивания электромагнитных волн.

В новом эксперименте впервые удалось зафиксировать картину смешивания классических и квантовых состояний света. Когда две световые волны попадали в искусственный атом-кубит (имея частоту, близкую к его резонансной частоте) не одновременно, часть фотонов, которые переизлучал после этого кубит, имели необычное распределения по частотам. Неожиданно основная часть побочных частот исчезала, и оставалась, по сути, всего одна частота. За счет этого спектр «вторичных» фотонов из искусственного атома очень сильно отличался от классического — его можно было заранее «ограничить» определенными рамками.

Новая работа продемонстрировал не просто необычный с теоретической точки зрения эффект. Кубит на джозефсоновских сверхпроводящих контактах — это основа квантовых компьютеров, их «строительный кирпичик». Те, кто первыми добьются наиболее эффективного контроля за параметрами и поведением таких кубитов, смогут создавать квантовые компьютеры, на которых можно решать задачи, доступные для обычных компьютеров только за миллиарды лет непрерывной работы.

Соответствующая статья опубликована в журнале Nature Communications.

Подробнее о перспективах квантовых компьютеров читайте на «Чердаке».

 Евгения Щербина

свойства электромагнитных волн | MindMeister ментальными картами

свойства электромагнитных волн создатель Кристина Бархатова

1. Дифракция

1.1. явление, которое проявляет себя как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн

1.2. Дифракция волн может проявляться: — в преобразовании пространственной структуры волн. В одних случаях такое преобразование можно рассматривать как «огибание» волнами препятствий, в других случаях — как расширение угла распространения волновых пучков или их отклонение в определённом направлении; — в разложении волн по их частотному спектру; — в преобразовании поляризации волн; — в изменении фазовой структуры волн.

1.3. Дифракция волн

2. Отражение

2.1. физический процесс взаимодействия волн или частиц с поверхностью, изменение направления волнового фронта на границе двух сред с разными свойствами, в котором волновой фронт возвращается в среду, из которой он пришёл.

2.2. Закон отражения

3. Преломление

3.1. изменение направления распространения волн электромагнитного излучения, возникающее на границе раздела двух прозрачных для этих волн сред или в толще среды с непрерывно изменяющимися свойствами

3.2. Преломление наблюдается, когда фазовые скорости электромагнитных волн в контактирующих средах различаются

3.3. Закон Снелла

3.3.1. Уравнение преломления

4. Поляризация

4.1. характеристика поперечных волн, описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

4.2. Причиной возникновения поляризации волн может быть: — несимметричная генерация волн в источнике возмущения; — анизотропность среды распространения волн; — преломление и отражение на границе двух сред.

4.3. Виды поляризации

4.3.1. Линейная

4.3.2. Круговая

4.3.3. Эллиптическая

5. Интерференция

5.1. Взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга. Интерферировать могут все волны, однако устойчивая интерференционная картина будет наблюдаться только в том случае, если волны имеют одинаковую частоту и колебания в них не ортогональны.

5.1.1. Ортогональность — понятие, являющееся обобщением перпендикулярности для линейных пространств с введённым скалярным произведением.Если скалярное произведение двух элементов пространства равно нулю, то они называются ортогональными друг другу.

5.2. Виды интерференции

5.2.1. Стационарная интерференция

5.2.2. Нестационарная интерференция

5.3. Максимум и минимум интерференции

5.3.1. формула максимума и минимума

6. Дисперсия

6.1. зависимость скорости волны от ее частоты

6.

2. Дисперсия волн

Численный метод расчета тропосферного распространения электромагнитных волн в задачах построения геоинформационных систем дистанционного мониторинга

1. Романов А.В., Лектауэрс А.И., Меркурьева Г.В., Чумик А.А., Потрясаев С.А., Рогачев С.А. Обобщенное описание и классификация моделей эколого-технологических объектов наземно-космического мониторинга // Труды СПИИРАН. 2013. №. 5(28). С. 122-142.

2. Zavorotny, V. U., Gleason, S., Cardellach, E., Camps, A. Tutorial on remote sensing using GNSS bistatic radar of opportunity // IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine. 2014. Т. 2. №. 4. С. 8-45.

3. Михайлов М.И., Музалевский К.В., Миронов В.Л. Измерение толщины льда на пресноводном пруде и реке с использованием сигналов ГЛОНАСС и GPS // Современные проблемы ДЗЗ из космоса. 2017. Т. 14. № 2. С. 167–174.

4. Wang, H., Han, H., Sun, F., Wu, Z., Zhang, J. Modeling signal amplitude of ground-based GPS occultation in marine tropospheric ducts // Journal of Electromagnetic Waves and Applications. 2014. vol. 28. no. 11. pp. 1293-1304.

5. Dinc E., Akan O. B. Beyond-line-of-sight communications with ducting layer // IEEE Commun. Mag. 2014. vol. 52, no. 10. pp. 37–43.

6. Dabrowski T., Barott W. C., Himed B. Effect of propagation model fidelity on passive radar performance predictions // Proceedings of IEEE Radar Conference (RadarCon’2015). 2015. pp. 1503–1508.

7. Светличный В.А., Смирнова О.В. Применение геоинформационных систем для оперативного прогнозирования радиолокационной наблюдаемости объектов // Информация и космос. 2014. Т. 4. № 4. C. 73–76.

8. Fountoulakis V., Earls C. Duct heights inferred from radar sea clutter using proper orthogonal bases // Radio Science. 2016. vol. 51, no. 10. pp. 1614–1626.

9. Zhang Q., Yang K., Shi Y. Spatial and temporal variability of the evaporation duct in the Gulf of Aden // Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 2016. vol. 68, no. 1.

10. Zhang, R., Lu, X., Zhao, J., Cai, L., Wang, J. Measurement and modeling of angular spreads of three-dimensional urban street radio channels // IEEE Trans. Veh. Technol.. 2017. vol. 66. no. 5. С. 3555-3570.

11. Brookner E., Cornely P.-R., Lok Y. F. AREPS and TEMPER: getting familiar with these powerful propagation software tools // Proceedings of IEEE Radar Conference (RadarCon’2007). 2007. pp. 1034–1043.

12. Levy M. F. Parabolic Equation Methods for Electromagnetic Wave Propagation // London.: IEE. 2000. 349 p.

13. P. Zhang, L. Bai, Z. Wu, L. Guo. Applying the Parabolic Equation to Tropospheric Groundwave Propagation: A review of recent achievements and significant milestones // IEEE Antennas Propag. Mag. 2016. vol. 58, no. 3. pp. 31–44.

14. Акулиничев Ю. П., Захаров Ф. Н., Пермяков В. А., Михайлов М. С. Состояние и перспективы развития методов численного решения параболического уравнения // Известия высших учебных заведений. Физика. 2016. Т. 59. №. 12-3. С. 169-177.

15. Vavilov S. A., Lytaev M. S. Calibration and Verification of Models Defining Radar-Visibility Zones in Marine Geoinformation Systems // Proceedings of the 8th international Symposium on Information Fusion and Intelligent Geographic Information Systems (IF&IGIS’17). Springer, 2018. pp. 115–125.

16. Levy M. F. Transparent boundary conditions for parabolic equation solutions of radiowave propagation problems // IEEE Trans. Antennas Propag. 1997. vol. 45, no. 1. pp. 66–72.

17. Ehrhardt M., Mickens R. E. Solutions to the discrete Airy equation: Application to parabolic equation calculations // J. Comput. Appl. Math. 2004. vol. 172, no. 1. pp. 183–206.

18. Apaydin G., Sevgi L. Radio Wave Propagation and Parabolic Equation Modeling // New Jersey.: John Wiley & Sons, 2017.

19. Ehrhardt M. Discrete transparent boundary conditions for Schrodinger-type equations for non-compactly supported initial data // Appl. Numer. Math. 2008. vol. 58, no. 5. pp. 660–673.

20. Feshchenko R. M., Popov A. V. Exact transparent boundary conditions for the parabolic wave equations with linear and quadratic potentials // Wave Motion. 2017. vol. 68. pp. 202–209.

21. Schmidt F., Friese T., Yevick D. Transparent boundary conditions for split-step Pade approximations of the one-way Helmholtz equation // J. Comput. Phys. 2001. vol. 170, no. 2. pp. 696–719.

22. Mikhin D. Exact discrete nonlocal boundary conditions for high-order Pade parabolic equations // J. Acoust. Soc. Am. 2004. vol. 116, no. 5. pp. 2864–2875.

23. Ehrhardt M., Zisowsky A. Discrete non-local boundary conditions for split-step Pade approximations of the one-way Helmholtz equation // J. Comput. Appl. Math. 2007. vol. 200, no. 2. pp. 471–490.

24. Леонтович М. А., Фок В. А. Решение задачи о распространении электромагнитных волн вдоль поверхности Земли по методу параболического уравнения // Журн. эксперим. и теор. физики.1946. Т. 16. С. 557-573.

25. Бейкер Дж., Грейвс-Моррис П. Аппроксимации Паде. М.: Мир. 1986. 503 с.

26. A. Bamberger, B. Engquist, L. Halpern, P. Joly. Higher order paraxial wave equation approximations in heterogeneous media // SIAM J. Appl. Math. 1988. vol. 48, no. 1. pp. 129–154.

27. Fishman L., Gautesen A. K., Sun Z. Uniform high-frequency approximations of the square root Helmholtz operator symbol // Wave Motion. 1997. vol. 26, no. 2. pp. 127–161.

28. Collins M. D. A split-step Pade solution for the parabolic equation method // The Journal of the Acoustical Society of America. 1993. vol. 93, no. 4. pp. 1736–1742.

29. Butcher J. C. Numerical methods for ordinary differential equations. John Wiley & Sons, 2016. 479 p.

30. Вавилов С. А., Лытаев М. С. Особенности применения нелокальных граничных условий в задаче тропосферного распространения радиоволн // Труды учебных заведений связи. 2017. Т. 3, № 1. C. 13-20.

31. Golub G. H., Van Loan C. F. Matrix computations // Baltimore.: JHU Press. 2012.

32. Lentz W. J. Generating Bessel functions in Mie scattering calculations using continued fractions // Applied Optics. 1976. vol. 15, no. 3. pp. 668–671.

33. Majidian H. Filon–Clenshaw–Curtis formulas for highly oscillatory integrals in the presence of stationary points // Appl. Numer. Math. 2017. vol. 117. pp. 87-102.

34. URL: https://github.com/mikelytaev/wave-propagation. (дата обращения: 19.12.2017).

35. Mills M. J., Collins M. D., Lingevitch J. F. Two-way parabolic equation techniques for diffraction and scattering problems // Wave Motion. 2000. vol. 31, no. 2. pp. 173–180.

36. Ahdab Z., Akleman F. Radiowave propagation analysis with a bidirectional 3-D vector parabolic equation method // IEEE Trans. Antennas Propag. 2017. vol. 65, no. 4. pp. 1958–1966.

Создан терагерцевый детектор на основе волн в электронном море графена

Любая система беспроводной передачи информации предполагает наличие источников и детекторов электромагнитных волн, но не для любых волн они имеются. Например, существующие источники терагерцевого излучения потребляют огромную мощность или требуют низких температур.

Однако использование терагерцевых волн сулит повышение скорости передачи данных в Wi-Fi-системах, развитие новых методов медицинской диагностики, а также открытие объектов в радиоастрономии.

Причина неэффективности терагерцевых детекторов — разница в длине волны излучения (~0,1 мм) и размере детектирующего элемента — транзистора (~1 мкм). Волна «проскакивает» мимо детектора, не замечая его.

Для решения этой проблемы конце ХХ века было предложено «спрессовать» энергию падающей волны в объем, сравнимый с объемом детектора. Это возможно, если материал детектора поддерживает «компактные» волны — плазмоны.

Такие волны представляют собой согласованное движение электронов проводимости и электромагнитного поля, подобно согласованному движению ветра и поверхности морской воды при зарождении шторма. В теории эффективность такого детектора должна возрастать в условиях резонанса.

Реализация детектора оказалась сложнее, чем писали теоретики. В большинстве полупроводников плазмоны быстро гаснут из-за столкновений электронов с примесями.


Картинка: схема детектора. Канал транзистора из двухслойного графена (bilayer graphene, BLG) зажат между кристаллами гексагонального нитрида бора (hBN), весь «сэндвич» находится на подложке окисленного кремния (SiO2/Si). Два лепестка терагерцовой антенны подключаются между истоком и затвором (левый и верхний электроды),  сигнальное напряжение ΔU считывается между истоком и стоком (два крайних электрода). Источник: @tsarcyanide, пресс-служба МФТИ

Надежды связывали с графеном, но и он не обладал до недавних пор достаточной чистотой. Авторы предложили решение проблемы детектирования терагерцевых волн.

Созданный фотодетектор представляет собой лист двухслойного графена, зажатый кристаллами нитрида бора и подключенный контактами к терагерцевой антенне. В таком «бутерброде» примеси выталкиваются к краям, давая плазмонам свободно распространяться.

При этом графен вместе с контактами образует резонатор для плазмонов, а двухслойность графена дает свободу для настройки скорости волн.

Ученые, по сути, получили компактный (несколько микрон) терагерцевый спектрометр, управляющийся путем изменения напряжения. Авторы показали также потенциал детектора и для фундаментальной науки. Измеряя ток детектора при изменении концентрации электронов и частоты, можно узнать о свойствах плазмонов.

«Наш прибор объединяет в себе чувствительный детектор и спектрометр терагерцевого излучения, а также инструмент для изучения плазмонов в двумерных материалах. Все эти вещи существовали и до нас, но они занимали размер целого оптического стола. А теперь та же функциональность “упакована” в десяток микрометров», — рассказывает Дмитрий Свинцов, один из авторов работы и руководитель лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ.

Работа российской части коллектива была поддержана Российским научным фондом.

Моделирование электромагнитных волн в периодических структурах

Мы часто хотим смоделировать электромагнитную волну (свет, микроволны), падающую на периодические структуры, такие как дифракционные решетки, метаматериалы или частотно-селективные поверхности. Это может быть сделано с использованием функционала модулей “Радиочастоты” или “Волновая оптика” из набора продуктов программы COMSOL. Оба модуля представляют возможность задания граничных условии типа Флоке и т.н. периодических портов, а также позволяют вычислять дифракционные порядки на отражение и прохождение как функцию от угла падения и длины волны. В этой заметке нашего корпоративного блога обсуждаются принципы, лежащие в основе такого анализа такого типа, и представлена настройка типовой модели.

Постановка задачи

Давайте рассмотрим область свободного пространства в форме параллелепипеда, представляющего собой периодически повторяющуюся элементарную ячейку, чтерез которую проходит плоская волна под определённым углом, как показано ниже:

Волновой вектор падающей волны, \bf{k}, имеет следующие компоненты: k_x = k_0 \sin(\alpha_1) \cos(\alpha_2), k_y = k_0 \sin(\alpha_1) \sin(\alpha_2), и k_z = k_0 \cos(\alpha_1) в глобальной системе координат. Эта задача может быть смоделирована с использованием периодических граничных условий (Periodic Condition) с обеих сторон области и граничных условий типа Порт (Port) сверху и снизу. Наиболее сложным элементом настройки модели является определение направления и поляризации входящей и исходящей волны.

Определение направления волны

Хотя программное обеспечение COMSOL является достаточно гибким для задания любой системы координат, в этом топике мы выберем одну из них и будем её придерживаться. Направление падающего света задается двумя углами, \alpha_1 и \alpha_2; и двумя векторами, \bf{n} — вектор, обозначающий нормаль к поверхности, и \bf{a_1} — вектор в плоскости падения. Основная нотация, которой мы будем придерживаться, состоит в соотнесении \bf{a_1} с глобальной осью x и \bf{n} с глобальной осью z. Таким образом, угол между волновым вектором падающей волны и глобальной осью z \alpha_1, является наклонным углом падения (elevation angle), где -\pi/2 > \alpha_1 > \pi/2 с \alpha_1 = 0, обозначая нормальное падение. Угол между падающим волновым вектором и глобальной осью x является азимутальным углом падения (azimuthal angle), \alpha_2, который лежит в диапазоне, -\pi/2 > \alpha_2 \geq \pi/2. Как следствие этого определения, положительные значения как \alpha_1так и \alpha_2 предполагают, что волна движется в положительном x- и y-направлении.

Чтобы использовать приведенное выше определение направления падения, мы должны задать вектор \bf{a_1}. Это достигается заданием т.н. Periodic Port Reference Point (Референсной точки для периодического порта), которая должна являться одной из угловых точек этого порта. Программное обеспечение использует грани в плоскости, выходящей из этой точки, чтобы определить два вектора, \bf{a_1} и \bf{a_2}, такие что \bf{a_1 \times a_2 = n}. На рисунке ниже мы видим четыре варианта пары \bf{a_1} и \bf{a_2}, которые соответствуют этому условию. Таким образом, Periodic Port Reference Point на стороне входящего порта должна быть точкой в нижней левой части x-y плоскости при просмотре сверху-вниз на ось z и поверхность. При выборе этой точки, вектор \bf{a_1} соотносится с глобальной осью x.

Теперь, когда \bf{a_1} и \bf{a_2} были определены на входной стороне с помощью выбора Periodic Port Reference Point, порт на выходной стороне области моделирования также должен быть определен. Вектор-нормаль, \bf{n}, в этом случае направлен в противоположном направлении, следовательно выбор референсной точки должен быть скорректирован. Ни одна из этих четырех угловых точек не даст набор \bf{a_1} и \bf{a_2}, который совпадает с векторами на входной стороне, таким образом, мы должны выбрать один из четырех точек и скорректировать наши определения для \alpha_1 и \alpha_2. Выбирая Periodic Port Reference Point на выходной стороне, которая диаметрально противоположна точке, выбранной на входной стороне, и поворачивая на \pi/2 \alpha_2, мы меняем направление \bf{a_1} на \bf{a_1′}, которое направлено противоположно \bf{a_1} на входной стороне. В результате этого вращения, \alpha_1 и \alpha_2 меняют знак на выходной стороне области моделирования.

Теперь рассмотрим непосредственно область моделирования, представляющую собой диэлектрическое полупространство с контрастом показателя преломления между входящими и выходящими сторонами порта, который заставляет падающую волну изменять направление, что продемонстрировано ниже. Из закона Снеллиуса мы знаем, что угол преломления равен \beta=\arcsin \left( n_A\sin(\alpha_1)/n_B \right). Это позволяет нам вычислить направление волнового вектора на выходном порте. Также обратите внимание на то, что эта связь сохраняется даже при наличии дополнительных слоев диэлектрика, расположенных между двумя полупространствами.

Итак, чтобы задать направление плоской волны, проходящей через элементарную ячейку, мы сначала должны выбрать две диаметрально противоположные точки, используя опцию Periodic Port Reference Point. Эти точки определяют векторы \bf{a_1} и \bf{a_2}. Как следствие, \alpha_1 и \alpha_2 на входной стороне можно определить в глобальной системе координат. На выходной стороне, углы, определяющие направление, становятся равными: \alpha_{1,out} = -\arcsin \left( n_A\sin(\alpha_1)/n_B \right) и \alpha_{2,out}=-\alpha_2 + \pi/2.

Определение поляризации

Падающая плоская волна может быть в одной из двух поляризаций: либо с электрическим, либо с магнитным полем, параллельным x-y плоскости. Любой другой тип поляризации, например круговой или эллиптический, может быть получен линейной комбинацией первых двух. Рисунок ниже показывает случай \alpha_2 = 0, с магнитным полем, параллельным плоскости XY. Для случая \alpha_2 = 0, амплитуда магнитного поля на входном и выходном портах задается как (0,1,0) в глобальной системе координат. Поскольку вектор вращается таким образом, что \alpha_2 \ne 0, амплитуда магнитного поля становится равной в общем случае (\sin(\alpha_2), \cos(\alpha_2),0). Для ортогональной поляризации величина электрического поля на входе может быть определена аналогично. На выходном порте, компоненты поля в x-y плоскости могут быть определены таким же образом.

Теперь мы разобрались, как определить направление и поляризацию плоской волны, которая распространяется через элементарную диэлектрическую ячейку. Вы можете посмотреть в качестве примера модель из галереи приложений, которая демонстрирует соответствие проводимых численных расчетов с аналитическим решением уравнений Френеля.

Определение дифракционных порядков

Давайте рассмотрим, что происходит, когда мы вводим структуру с периодичностью в область моделирования. Рассмотрим плоскую волну с \alpha_1, \alpha_2 \ne 0 , падающую на периодическую структуру, как изображено ниже. Если длина волны достаточно коротка по сравнению с характерным размером решетки, могут существовать один или несколько порядков дифракции. Чтобы разобраться с этими дифракционными порядками, мы должны посмотреть на плоскость, определяемую векторами \bf{n} и \bf{k}, а также плоскость, определяемую векторами \bf{n} и \bf{k \times n}. 

Во-первых, глядя по нормали на плоскость, определяемую \bf{n} и \bf{k}, мы видим, что там может быть передаваться мода 0го порядка с направлением, определяемым законом Снеллиуса, как было описано выше. Существует также 0ой порядок отраженной волны. В структуре может быть некоторое поглощение, но здесь это не отображено. На рисунке ниже демонстрируется единственная мода 0го порядка. Размер d — это характерный период структуры в плоскости, определяемой векторами \bf{n} и \bf{k}.

Для достаточно коротких длин волн могут быть также дифракционные моды высшего порядка. Они показаны на рисунке ниже для случаев m=\pm1. 

Условие существования этих мод описывается следующим соотношением:

m\lambda_0 = d(n_B \sin \beta_m -n_A \sin \alpha_1)

для: m=0,\pm 1, \pm 2,…

Для m=0 выражение сводится к закону Снеллиуса. Если для \beta_{m\ne0} различие в длине пути равно целому числу длин волн в вакууме, то наблюдается конструктивная интерференция и волна порядка m преломляется под углом \beta_{m}. Обратите внимание на то, что не обязательно должно существовать одинаковое количество положительных и отрицательных m-порядков.

Теперь посмотрим вдоль плоскости, определенной векторами \bf{n} и \bf{k}. Таким образом, мы повернули нашу точку обзора вокруг оси z таким образом, чтобы падающий волновой вектор входил по нормали в поверхность. Дифракция в этой плоскости индексируется как моды n-порядка. Обратите внимание на то, что характерный период, w, будет отличаться в этой плоскости, и что всегда будут равное количество положительных и отрицательных n-порядков.

COMSOL будет автоматически вычислять m,n \ne 0 порядки мод при задании Порта с опцией Periodic и определять приёмный порт так, чтобы можно было оценить, какая доля энергии рассеивается в каждую моду.

Наконец, нам стоит учитывать, что у волны может измениться (повернуться) поляризация при рассеянии. Таким образом, каждый дифракционный порядок состоит из двух ортогональных компонент поляризаций, In-plane vector и Out-of-plane vector. Глядя на плоскость, определяемую \bf{n} и дифрагированным волновым вектором \bf{k_D}, поле рассеяния может иметь две компоненты. Вектор вне плоскости является дифрагированным пучком, который поляризован вне плоскости дифракции (плоскость определена через \bf{n} и \bf{k}), в то время как вектор в плоскости имеет ортогональную поляризацию. Таким образом, если компонента In-plane vector является не нулевой для определенного порядка дифракции, это означает, что падающая волна испытывает вращение поляризации при рассеянии. Подобные определения верны и для n \ne 0 порядков.

Рассмотрим теперь периодическую структуру на диэлектрической подложке. Поскольку падающий фронт входит под углами \alpha_1, \alpha_2 \ne 0 и существуют высшие порядки дифракции, визуализация всех дифрагированных порядков может стать весьма сложной. На рисунке ниже, направление падающей плоской волны отмечено желтым вектором. Порядки дифракции n=0 показаны синими стрелками для дифракции в положительном z-направлении и голубыми стрелками для дифракции в отрицательном z-направлении. Дифракция  n \ne 0 порядков изображена красными и пурпурными стрелками для положительного и отрицательного направлений, соответственно. Дифракция может быть в каждом из этих направлений и дифрагированная волна может быть либо поляризована в, либо вне плоскости дифракции. Плоскость самой дифракции визуализируется как дуга. Обратите внимание на то, что плоскость дифракции для n \ne 0 порядков отличается в положительном и отрицательном z-направлениях.

Все порты автоматически настраиваются при задании периодической структуры в 3D. Они захватывают эти различные порядки дифракции и позволяют вычислять поля и относительную фазу для каждого порядка. Понимание назначения и использования таких портов будет полезно при моделировании периодических структур.

Понимание силы волн

Электромагнитная энергия используется для питания современного мира.

Без передовых электромагнитных технологий, сотовых телефонов и компьютеров, Bluetooth, систем GPS, спутниковых изображений и научного понимания нашей планеты и космоса, какими мы их знаем, было бы нежизнеспособно.

По мере того, как технологические приложения и устройства продолжают развиваться, взаимная зависимость и более глубокое понимание электромагнитных технологий становятся более важными, чем когда-либо.

Читайте дальше, чтобы узнать больше об электромагнитном мире, в котором мы живем.  

Что такое электромагнитная энергия?

Электромагнитная энергия — это лучистая энергия, которая распространяется волнами со скоростью света.

Его также можно описать как лучистую энергию, электромагнитное излучение, электромагнитные волны, свет или движение излучения.

Электромагнитное излучение может передавать тепло. Электромагнитные волны переносят тепло, энергию или световые волны через вакуум или среду из одной точки в другую.Это действие считается электромагнитной энергией.

Электромагнитное излучение было открыто Джеймсом Клерком Максвеллом, физиком 19-го века, чьи открытия сильно повлияли на то, что впоследствии стало известно как квантовая механика.

Когда дело доходит до того, как это работает, мы можем думать об электромагнитной энергии или излучении, как об обычной океанской волне. В этой метафоре излучение — это вода. Электромагнитные волны — это океанские волны, а электромагнитная энергия производится волнами, переносящими воду из середины океана на берег.

Эта энергия лучше всего иллюстрируется мощностью, необходимой для перемещения всей этой воды на большие расстояния. Реальная передача и генерация электромагнитной энергии немного сложнее.

Как работают электромагнитные волны?

Электромагнитная энергия состоит из изменяющихся магнитных и электрических полей, передающих электромагнитную энергию. Положительные заряды создают электрические поля или окружают заряженное пространство, излучающее наружу. Когда этой заряженной частицей манипулируют — например, перемещая ее вверх и вниз — вы изменяете электрическое поле.

Магнитные токи также создают магнитные поля. Изменения магнитного поля могут происходить, когда магнитный ток колеблется. Магнитные поля и электрические поля влияют друг на друга, и когда одна область колеблется и движется, другая тоже. Магнитные поля распространяются по горизонтальной плоскости, а электрические поля распространяются по вертикали, что позволяет выравнивать поляризованные электромагнитные поля.

Электрическое и магнитное распространение, или распространение волн, являются существенными компонентами электромагнитных волн.Изменение магнитного поля может вызвать изменение электрического поля, которое может вызвать изменение магнитного поля и так далее. В результате возникает цепная реакция, и вместе эти поля колеблются перпендикулярно друг другу и создают поперечные электромагнитные волны.

Волны распространяются в носителях, содержащих частицы излучения, называемые фотонами, которые не имеют массы и могут двигаться со скоростью света.

Поперечные волны, питаемые магнитными полями и импульсивными фотонами, движут волны электромагнитной энергии.

Набор потенциальных частот и длин волн, которые могут иметь электромагнитные волны, называется электромагнитным спектром.

Что такое электромагнитный спектр?

источник

Электромагнитный спектр представляет собой диапазон частот и длин волн электромагнитного излучения. Каждый тип волны и комбинации частот создает разные формы энергии.

Электромагнитная частота эквивалентна количеству гребней волны, достигающих определенной точки каждую секунду.О частоте также можно думать как о каждом пике волны, когда она катится и движется. Это измерение частоты, одного цикла волны в секунду, называется герцем (Гц).

Герц назван в честь немецкого физика Генриха Герца, который экспериментировал с радиоволнами, чтобы доказать, что скорость волн равна скорости света или излучения. Это было грандиозное открытие в области электромагнитной энергии.

Скорость волны равна длине волны, умноженной на частоту. По мере увеличения частоты длина волны уменьшается, и тем мощнее становится электромагнитная волна.

Энергия электромагнитной волны измеряется в электрон-вольтах. Эта единица представляет собой кинетическую энергию, необходимую для переноса электронов через вольтовый потенциал. Другими словами, энергия измеряется тем, сколько энергии необходимо для создания большего количества волн или пиков.

Чем меньше электромагнитная волна, тем больше может быть волн и тем больше энергии. Более длинная длина волны означает меньше энергии и, следовательно, более низкую частоту. Думайте об электромагнитном спектре как о прямой горизонтальной линии, которую вы читаете слева направо.

К левому краю спектра у вас более низкая частота или герц и большая длина волны. На правом конце у вас есть меньшие формы волны и более высокая частота или герц.

Когда вы путешествуете от одного конца спектра к другому, электромагнитная энергия становится более значимой, поскольку частота становится более интенсивной.

Электромагнитное излучение всего спектра

В спектре семь типов электромагнитного излучения:  

Радиоволны

В начале электромагнитного спектра находятся низкочастотные радиоволны.

Низкочастотные радиоволны имеют самую большую длину волны и самую низкую энергию в спектре, а их размер варьируется от длины футбольного поля до размеров планеты Земля.

Радиоволны позволяют нам слушать радио на радиочастоте, как и ожидалось, но также используются в телескопах для наблюдения за космосом.

Микроволновые печи  

Несмотря на то, что микроволны похожи на радиоволны по частоте и размеру, они отличаются технологиями, необходимыми для доступа к ним, и технологиями, которые они могут предоставить.Различные виды микроволн характеризуются размером их длины волны.

Например, микроволны C-диапазона или среднего размера проходят сквозь облака, снег, дождь, пыль, дым или дымку и (обеспечивают) спутниковую связь, тогда как микроволны L-диапазона используются для работы систем глобального позиционирования (GPS).

Микроволны также обеспечивают работу телевизионных и мобильных телефонов и, конечно же, микроволновых печей.

Инфракрасные волны

Инфракрасные волны также известны как инфракрасный свет или излучение и могут быть обнаружены человеком по теплу.

Инфракрасная часть электромагнитного спектра содержит три подсектора: ближний инфракрасный, средний инфракрасный и дальний инфракрасный.

Дальний инфракрасный диапазон также называют тепловым инфракрасным, так как он лучше всего подходит для наблюдения за тепловой или тепловой энергией. Инфракрасная электромагнитная энергия используется для обнаружения и просмотра объектов в космосе, мониторинга и отслеживания температурных режимов Земли, просмотра объектов или тепловой энергии с помощью тепловидения и переключения каналов на телевизоре с помощью пульта дистанционного управления.

Видимый свет  

Традиционно ближе к середине электромагнитного спектра находится спектр видимого света.Это часть спектра, которую может видеть человеческий глаз.

Каждый тип электромагнитного излучения считается светом, но поскольку это единственный электромагнитный свет, воспринимаемый людьми, его называют видимым светом или видимым спектром.

Спектр видимого света дает нам радугу — каждый цвет радуги представляет собой длину волны разного размера. Например, красный цвет имеет самую большую длину волны, а фиолетовый — самую короткую.

Ультрафиолетовые (УФ) волны

Ультрафиолетовые волны, также известные как ультрафиолетовое излучение и ультрафиолетовое излучение, находятся на более высокочастотном конце спектра из-за их меньших длин волн и большей энергии.

Ультрафиолетовое излучение подразделяется на крайние уровни, включая ближний, средний, дальний и экстремальный ультрафиолетовый свет. Однако ультрафиолетовый свет может быть опасен для человека, если встречается в избытке из-за его более высокой частоты и более высокой энергии.

Ультрафиолетовый свет может нанести вред нашей коже, вызывая солнечные ожоги, разрушая наши клетки и даже воздействуя на нашу ДНК. Вот почему люди наносят солнцезащитный крем — чтобы защитить кожу от УФ-излучения, испускаемого солнцем.

Рентген

Предпоследнее обозначение электромагнитного спектра принадлежит рентгеновским лучам.Эти лучи имеют очень высокую энергетическую частоту и гораздо более короткую длину волны — они могут быть размером с атом.

Температура объекта определяет длину волны рентгеновского излучения, более горячие длины волн короче, и наоборот. Рентгеновские лучи известны своим использованием в медицинской визуализации, которая создает тени объектов на рентгеновских пленках после того, как рентгеновские волны проходят через тело человека.

Рентгеновские волны также опасны, когда человеческое тело подвергается слишком сильному облучению. Вот почему пациенты, получающие медицинские рентгеновские снимки, носят защитное снаряжение, а рентгенологи покидают комнату во время захвата изображения.

Гамма-лучи

В правом конце спектра, дальше всего от радиоволн, находятся гамма-лучи, имеющие короткие длины волн, но самую высокую энергетическую частоту. В результате гамма-волны являются самыми мощными электромагнитными волнами.

Гамма-лучи генерируются взрывами сверхновых, черными дырами, ядерными реакциями, ядерным распадом и молнией. Эти всплески лучей настолько мощны, что, по данным НАСА, они могут генерировать больше энергии за 10 секунд, чем Солнце за всю свою жизнь.

Безопасна ли электромагнитная энергия?

источник

Опасности, связанные с электромагнитными волнами, заставляют задуматься о том, безопасна ли электромагнитная энергия.

Электромагнитное излучение зависит от различных типов излучения, которые меняются во всем электромагнитном спектре.

Ионизирующее излучение индуцируется самыми высокими частотами электромагнитной энергии, включая ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи.

Гамма-лучи представляют угрозу ионизированного излучения, вызванного ядерными реакциями и событиями. Кроме того, ядерный распад также может представлять опасность для здоровья при ионизированном излучении и производится либо гамма-лучами, либо рентгеновскими лучами. Воздействие ионизирующего излучения может вызвать канцерогенное повреждение ДНК, лучевую болезнь и даже смерть.

Однако неионизирующее излучение не содержит энергии, достаточной для того, чтобы создавать чрезвычайные радиационные проблемы или опасности. Это тип излучения, который излучают волны более низкой частоты (например, видимый свет, микроволны или радиоволны).

Неионизирующее излучение — это тип излучения, которому люди обычно подвергаются при использовании технологий, излучающих электромагнитные волны, таких как мобильные телефоны, телевизоры, компьютеры, линии электропередач или микроволновые печи.

Однако по мере продолжения глобального потепления низкочастотное излучение будет смещаться в сторону более тревожных уровней. Солнечный свет излучается на Землю, а затем отправляется обратно в космос посредством радиации. Но парниковые газы — тип загрязнения, вызванный выбросами, — могут задерживать это излучение в атмосфере Земли, создавая эффект парниковых газов и увековечивая глобальное потепление.

Почему важна электромагнитная энергия?

По мере того, как состояние окружающей среды на планете становится все более серьезной проблемой, растет и наша потребность в понимании электромагнитного излучения. Ученым необходимо будет продолжать свои исследования в области излучения и электромагнитной энергии, в то время как потребность в возобновляемой и устойчивой энергии растет.

Более того, постоянное технологическое развитие компьютеров, телефонов, энергоэффективных приборов и возобновляемых источников энергии останется приоритетом для постоянно растущей потребности в связи и информации во все более густонаселенном мире.

Обучение и использование электромагнитной энергии позволит нам продолжать пользоваться электромагнитными волнами, питающими наш мир.

Предоставлено вам justenergy.com

Все изображения предоставлены по лицензии Adobe Stock.
Избранное изображение:

границ | Управление электромагнитными волнами на основе многослойной прозрачной метаповерхности

Введение

В приложениях фундаментальной физики, свободного космоса и интегральной фотоники важно регулировать угол отклонения электромагнитных волн [1].Принцип Ферма указывает на то, что волновой фронт светового луча можно модифицировать, управляя фазой световой волны [2]. Обычные оптические компоненты основаны на сложном распределении диэлектрической проницаемости. В этих компонентах также используются волновые пластины из природных двулучепреломляющих кристаллов [3] и субволновые решетки для достижения преобразования между различными углами отклонения для постепенной модуляции фазы световых волн для управления путем распространения в объемных материалах. Однако из-за ограниченного двойного лучепреломления (△ n , обычно <0.3) ограничение [4], для накопления разностей фаз требуются большие толщины устройств. Напротив, метаматериалы проявляют особые оптические свойства при управлении электромагнитными волнами [5, 6], обеспечивая беспрецедентный метод точного управления электромагнитными волнами с регулируемой амплитудой [7], фазой [8] и поляризацией [9] в субволновых масштабах. [10].

Механизм метаповерхностных [11] регулируемых электромагнитных волн заключается во введении катастрофической фазы на границе раздела, так что рассеянные электромагнитные волны имеют разные разности фаз в разных положениях и, наконец, вызывают изменения на поверхности постоянной фазы, тем самым изменяя распространение направление электромагнитных волн [12].Множество субволновых модульных структур организовано для формирования матричной структуры, а управление лучом реализуется путем установки фазы передачи или фазы отражения каждого модуля. Следовательно, метаповерхность требуется для регулировки фазы пропускания или отражения путем объединения фазового градиента и кодирующей последовательности [13] или конкретной единицы [14]. Чтобы повысить общую эффективность передачи антенной решетки, а также улучшить формирование и управление лучом, изменение фазы отражения или передачи структуры локального блока должно быть в диапазоне [0, 2π] [12, 15].Другим важным показателем для оценки производительности является отражательная способность и коэффициент пропускания. В последние годы появились двухслойные пропускающие метаповерхности с высокой эффективностью. Чжан и др. предложил и экспериментально продемонстрировал метаповерхностную линзу светового меча с множеством функций [16]; Ван и др. предложил вихревую отражательную антенну с круговой поляризацией [17]; Акрам со своей командой управлял лучом, используя фотонный спин-эффект Холла [18, 19]. В большинстве метаповерхностных структур используется резонанс для эффективной настройки фазы, а для охвата диапазона фазового сдвига в 2pi необходимы два вида резонанса.Высокая отражательная способность и коэффициент пропускания означают высокую эффективность передачи, но обычный однослойный [16, 20] для управления лучом не может обеспечить высокую эффективность передачи, а рабочая частота в основном сосредоточена в микроволновом [15] или терагерцовом диапазоне; частота либо слишком высока, либо слишком низка, и было проведено мало исследований по управлению лучом метаповерхности в миллиметровом диапазоне.

В этой статье мы представляем разработку и моделирование многослойной прозрачной микроволновой метаповерхности с шести- и восьмиэлементной фазированной патч-решеткой, которая может одновременно управлять электромагнитными волнами на частоте 32 ГГц.Подробно обсуждаются дальние поля и электрические поля под разными углами. Численное моделирование многослойной управляемой метаповерхности пучка выполнено с использованием электромагнитного решения на основе метода конечных интегралов (FIT)–CST Microwave Studio [21, 22]. Предложенная нами элементарная ячейка имеет определенную рабочую полосу пропускания от 30 до 34 ГГц; в этой статье в основном объясняется управление волновым фронтом луча на рабочей частоте на частоте 32 ГГц. КПД 86% и угол отклонения 22,99° и КПД 83% и угол отклонения 31.88° проверяются путем измерения излучения в дальней зоне и диаграммы направленности электрического поля. Благодаря высокому коэффициенту пропускания и гибкому управлению фазой в диапазоне частот поверхность предлагаемого элемента может преломлять падающий луч на заданный угол отклонения при произвольной поляризации.

Принцип и анализ

Принцип Ферма также называют теоремой о кратчайшем времени. Это означает, что луч света всегда распространяется из одной точки в другую по пути с наименьшим временем.То есть распространение световых волн между двумя точками А и В есть путь по оптическому пути ∫ABnds, где n — показатель преломления среды. Обобщенный закон Снеллиуса выводится из принципа Ферма [23]. В общем, принцип Ферма можно понять в оптическом тракте, так как изменение фазы принимает экстремальное значение, то есть когда в переходе вводится изменение фазы Φ( r с ), полное изменение фазы световая волна на разных путях равна Φ(rs)+∫ABnds, где r s указывает положение на границе раздела, первый член представляет собой величину скачка фазы, а второй член представляет собой изменение фазы соответствует оптическому пути.

Как показано на рисунке 1, световая волна облучает границу раздела под углом падения, а ось x представляет границу раздела. По обеим сторонам интерфейса есть две точки A и B.

(k0 ni sinθi dx + Ф + dФ) — (k0 nt sin θt dx + Ф) = 0    (1)

Тогда разность фаз между ADB и AEB равна 0, и можно получить закон преломления Снеллиуса. θ T T — угол преломления, N I и N T T T T T — это диэлектрические константы с обеих сторон интерфейса, DX — разница между двумя пучками на интерфейс, а Φ и Φ+ — фазовая мутация двух лучей, проходящих через интерфейс.

Рисунок 1 . Преломление с разностью фаз.

Если скорость изменения фазы dΦdx постоянна, изменение фазы передачи является непрерывным. Обобщенный закон Снелла рассмотрим по формуле (1, 2).

нцинθт-нисинθi=1k0·dΦdx=λ02π·dΦdx    (2)

Дизайн метаповерхности

В данной статье представлена ​​базовая структура с многослойной прозрачной поверхностью микроволнового элемента. Разрабатываемый структурный элемент схематически изображен на рис. 2А,Б, и приведены соответствующие параметры.Для конструкции блока были выбраны кольцевая апертурная структура, трехслойные идеальные электронные проводники (ТЭП) и двухслойные диэлектрические слои. Толщина ФЭП 0,035 мм, толщина диэлектрического слоя d = 0,8 мм, диэлектрическая проницаемость 2,0. Структура блока имеет квадратный размер и p = 3 мм в длину и ширину. Слой PEC состоит из двух колец, внешнее кольцо имеет внешний радиус 1,5 мм, а внутренний радиус « a » равномерно изменяется от 0.от 4 до 1,4 мм. Внешний радиус внутреннего кольца b ( b = 0,5 a ) равномерно изменяется от 0,2 до 0,7 мм, а внутренний радиус равен 0,1 мм. Элемент анализируется с помощью CST Microwave Studio путем применения границ элементарной ячейки в обоих направлениях x- и y-. Чтобы эффективно настроить изменение фазы, корректируется и оптимизируется только длина внутреннего радиуса « a », фиксируя d = 0,8 мм и p = 3 мм.

Рисунок 2 . Предлагаемый элемент PGMS и его смоделированная установка. (A) Вид в перспективе. (B) Вид сверху.

Как показано на рис. 3А, непрерывный фазовый сдвиг кривой в диапазоне [-157°, 158°] может быть достигнут путем изменения радиуса металлических слоев накладок. Черная линия, отмеченная треугольником, и красная, отмеченная квадратом, представляют фазы передачи шестиэлементного и восьмиэлементного соответственно; синяя линия, отмеченная кружком, и желтая, отмеченная треугольником, представляют амплитуду передачи шестиэлементного и восьмиэлементного соответственно.Максимальный диапазон фазового сдвига на частоте 32 ГГц может достигать 315°, что близко к полному циклу и достаточно для предполагаемой работы передачи при сохранении амплитуды прозрачного СВЧ. Амплитуда передачи шестиэлементного и восьмиэлементного обоих уменьшается и обратно пропорциональна a , но все они больше 0,7, а максимум составляет 0,91 и 0,93 соответственно. Это означает, что наша модель может отклонять луч передачи в хорошем состоянии. В этой модели рабочая частота составляет 32 ГГц, а фокусное расстояние — 5 мм.В структуре мы получаем желаемый фазовый сдвиг, просто изменяя параметр внутреннего радиуса металлического участка. Фаза от -157° до 158° может быть реализована с изменением фазы коэффициента передачи вместе с внутренним диаметром, что выгодно для реализации состава градиента фазы передачи, изменяющегося на поверхности отклонения. На рис. 3В показаны амплитуда передачи и фаза передачи. Видно, что амплитуда передачи составляет 0,91 и находится между 31 и 32.6 ГГц фаза передачи обратно пропорциональна частоте. Из-за симметрии замкнутой кольцевой структуры, когда электромагнитная волна падает на метаповерхностную кольцевую структуру, на определенной частоте будет генерироваться электромагнитный резонанс. Как показано на рисунке 3B, пунктирная черная линия и красная линия указывают амплитуду передачи шестиэлементного и восьмиэлементного массива соответственно; черная линия и красная линия представляют собой фазу передачи шестиэлементного и восьмиэлементного массива соответственно.Когда массив состоит из шести элементов, на частоте 32,6 ГГц частота электромагнитных волн приближается к плазменной частоте метаповерхности, что приводит к пику поглощения 0,48 на основе модели Друде. При этом от 32,5 до 32,7 ГГц фаза менялась быстрее всего на 32,6 ГГц. Когда решетка восьмиэлементная, ее можно аппроксимировать прямой линией с амплитудой передачи 0,93 от 31 до 33 ГГц. Этот компонент можно использовать для антенны с гиперболическими линзами с хорошими характеристиками, что было подтверждено предыдущей работой.

Рис. 3. (A) Фаза передачи и амплитуда 6-элементной и 8-элементной решеток зависят от внутреннего диаметра. (B) Параметры передачи зависят от частоты.

При выборе подходящего значения a n интенсивность передачи и спектр разности фаз предоставляют достаточную информацию для проектирования передатчика. Как показано на рисунке 4, мы выбираем шесть элементов (см. рисунок 4A) и восемь элементов (см. рисунок 4C) соответственно по оси x .Правила заключаются в обеспечении приращения фазы π/3 и π/4 в двух соседних единицах по оси x . На рисунках 4B,D представлено текущее распределение шести и восьми элементов соответственно. По мере увеличения радиуса кольца увеличивается и плотность тока на поверхности каждого элемента. Это показывает, что фаза отклонения передающего луча и интенсивность резонанса также увеличиваются, следуя обобщенному закону Снеллиуса для преломления [11, 14].

Рис. 4.(A) Приращение фазы π/3 в двух соседних единицах по оси x . (B) Текущее распределение шестиэлементного. (C) Приращение фазы π/4 в двух соседних единицах по оси x . (D) Текущее распределение шестиэлементного и восьмиэлементного.

Согласно обобщенному закону Снеллиуса, когда падающий луч вертикальный, соотношение между углом отклонения прошедшей волны и фазовым градиентом прохождения границы раздела соответствует уравнению (3), и n i = н т = 1.Отклонение луча проходящих волн может быть достигнуто путем проектирования градиентных изменений фазы пропускания многослойной прозрачной микроволновой метаповерхности [20, 21].

θt = arcsin (λ2π.dϕdx)    (3)

, где ϕ — фазовые разрывы в локальной точке, внесенные метаповерхностью, а λ — длина волны. Предположим, что разность фаз между соседними элементами составляет π/4, для расчета рассмотрим уравнение (3).

θt = arcsin (λ2π.dϕdx) = arcsin(9,3752π.π4·3)    (4)

В этот момент массив отклонений может достигать 22.Угловое отклонение 99°. Если π/3 выбрано как разность фаз между соседними элементами, θt=31,388∙. Теоретически массив отклонения может обеспечить отклонение луча на 22,99° и 31,88°. В таблицах 1, 2 приведены внутренние радиусы a n предлагаемой модели, где a n 1 — радиусы шести элементов, а n 2 — радиусы восьми элементов, N 1 и N 2 — серийные номера.

Таблица 1 . Отклонение 22,92 ° выбор блока массива.

Таблица 2 . Отклонение 31,88 ° выбор блока массива.

Результаты и обсуждение

Теоретические прогнозы подтверждены программой моделирования CST. Граничным условием является элементарная ячейка, а направление падающей волны положительно вдоль оси z . На основании приведенного выше теоретического анализа [22, 23] выбираются шесть фаз передачи вдоль оси x- для увеличения π/4 в свою очередь.При проектировании метаповерхности по данным табл. 1 разность фаз первого блока также составляет π/4. Конструкция может отклонять проходящий луч на 22,99°. Программное обеспечение для моделирования CST используется для полноволнового моделирования, а для расчета используется моделирование периодической структуры [24–28]. мы видим, что вертикально падающая электромагнитная волна отклоняется на 22,99°, что согласуется с теоретическими результатами.Когда центральная частота составляет 30 и 34 ГГц, результаты моделирования показаны на рисунках 5E, F, I, J, и все углы отклонения близки к теоретическим расчетам. Данные приведены в табл. 3. Затем мы заменяем диэлектрические материалы без потерь [29] полиимидом с типичными потерями с тангенсным углом потерь [30–33] 0,0571. Как показано на рисунках 5C, D, G, H, K, L, отклонение луча также может быть реализовано с материалами с потерями, а угол отклонения меньше, чем у материалов без потерь в разумном диапазоне ошибок.Кроме того, в соответствии со значением S 21 = 0,91 КПД передачи составляет 86%.

Рисунок 5 . Электрическое поле и трехмерное распределение в дальней зоне массива гиперповерхностей на частотах 32 ГГц (A–D) , 30 ГГц (E–H) и 34 ГГц (I–L) шестиэлементного массива соответственно, где (A,B,E,F,I,J) указывают результаты материала без потерь, а (C,D,G,H,K,L) указывают результаты материала с потерями.

Таблица 3 . Углы отклонения шести элементов с потерями и без потерь на разных частотах.

В соответствии с таблицей 2 восемь фаз передачи со смежной разностью фаз выбираются вдоль оси x для формирования метаповерхности. Согласно уравнению (3), теоретический угол отклонения составляет 31,88°. На рисунках 6A,B,E,F,I,J показаны результаты моделирования с чистыми материалами без потерь, а на рисунках 6C,D,G,H,K,L показаны результаты с полиимидом с потерями на частотах 32, 30 и 34 ГГц соответственно.На рис. 6А показано распределение Ex электрического поля, а на (b) показана карта распределения в дальней зоне на частоте 32 ГГц. Из-за эффекта связи между соседними элементами решетки излучение одного элемента изменит эффективное возбуждение соседних элементов. Между тем, из-за ограниченного числа элементов в массиве эффект связи между элементами массива очевиден, что приводит к сильным боковым лепесткам. Видно, что отклонение луча составляет 31,88° при прохождении через метаповерхность вертикально падающей электромагнитной волны, что согласуется с результатами теоретического расчета.S 21 = 0,93, что означает эффективность передачи примерно 83%. На рисунках 6C–F показаны Ex-распределение электрического поля и карта распределения в дальней зоне на частотах 30 и 34 ГГц.

Рисунок 6 . Электрическое поле и трехмерное распределение в дальней зоне массива гиперповерхностей на частотах 32 ГГц (A–D) , 30 ГГц (E–H) и 34 ГГц (I–L) восьмиэлементной системы соответственно, где (A,B,E,F,I,J) указывают результаты материала без потерь, а (C,D,G,H,K,L) указывают результаты материала с потерями.

Таблицы 3, 4 показывают теоретические углы отклонения и результаты моделирования при различных частотах и ​​сравнивают материал без потерь с материалом с потерями. Из данных видно, что погрешность наименьшая при работе на частоте 32 ГГц в диапазоне частот от 30 до 34 ГГц. Материал с потерями и эффект материала без потерь согласуются.

Таблица 4 . Углы отклонения восьми элементов с потерями и без потерь на разных частотах.

Заключение

Результаты моделирования показывают, что многослойная прозрачная микроволновая метаповерхность, разработанная в этой статье, обладает хорошим эффектом управления лучом.Чтобы уменьшить влияние затухающей связи волн, мы выбираем трехслойную структуру апертуры с высокой стабильностью и типом передачи для создания многослойной метаповерхности, которая может гибко управлять прерывистыми фазами в [-π, π]. Разность фаз между соседними элементами можно изменить, заставив луч достичь определенного угла отклонения; в этой статье мы выбрали π/4 и π/3 как разность фаз соседних элементов соответственно. В расчете используется моделирование периодической структуры.Результаты показывают, что коэффициент пропускания выше 80% при изменении внутреннего диаметра, что обеспечивает эффективную передачу волны передачи. В то же время модели с материалами с потерями также могут достигать цели отклонения луча и более широко используются в практическом производстве. Цель управления отклонением луча на желаемый угол может быть достигнута в соответствии с изменением разности фаз. Поскольку структура обладает хорошим эффектом управления лучом, ее можно применять в устройстве антенной решетки, создающей эффект фокусировки.Кроме того, из-за того, что в реальном производстве используются обычные материалы, вся конструкция может быть реализована с помощью печатных плат. Конструкция проще и легче в изготовлении.

Заявление о доступности данных

Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в статью/дополнительный материал.

Вклад авторов

BX разработал концепцию и руководил всем проектом. ZS провел моделирование. ZS и MY проанализировали данные моделирования.BX и ZS внесли свой вклад в написание и окончательную доработку документа. TE участвовал в пересмотре статьи и языковом редактировании.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Каталожные номера

1. Лейб К.Г. Система отклонения пучка излучения . Патенты Google (1981 г.).

Академия Google

2.Борн М., Вольф Э. Электромагнитная теория распространения, интерференции и дифракции света. В: Основы оптики . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Pergamon Press (1980). п. 370–458.

Академия Google

3. Флоссманн Ф., Шварц Ю.Т., Майер М., Деннис М.Р. Поляризационные сингулярности при развертывании оптического вихря через двулучепреломляющий кристалл. Phys Rev Letter . (2005) 95:253901. doi: 10.1103/PhysRevLett.95.253901

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

4.Энкрих С., Вегенер М., Линден С., Бургер С., Зшидрих Л., Шмидт Ф. и др. Магнитные метаматериалы на телекоммуникационных и видимых частотах. Phys Rev Letter . (2005) 95:203901. doi: 10.1103/PhysRevLett.95.203901

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

5. Энгета Н., Циолковски Р.В., редакторы. Метаматериалы: физико-технические исследования . Джон Уайли и сыновья (2006). дои: 10.1002/0471784192

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

6.Вэньшань С., Шалаев В. Оптические метаматериалы: основы и приложения . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Спрингер (2009).

Академия Google

7. Пфайффер С., Грбич А. Управление векторными бесселевыми балками с метаповерхностями. Phys Rev Appl. (2014) 2:044011. doi: 10.1103/PhysRevApplied.2.044012

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

9. Пфайффер С., Грбич А. Бианизотропные метаповерхности для оптимального управления поляризацией: анализ и синтез. Phys Rev Appl. (2014) 2:044011. doi: 10.1103/PhysRevApplied.2.044011

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

10. Асадчий В.С., Фаняев И.А., Радий Ю., Хахомов С., Семченко И., Третьяков С. Широкополосные безотражательные металисты: частотно-избирательная передача и идеальное поглощение. Физическая версия X . (2015) 5:031005. doi: 10.1103/PhysRevX.5.031005

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

11. Лю В.Е., Чен З.Н., Цин С., Ши Дж., Линь Ф.Х.Миниатюрные широкополосные метаповерхностные антенны. Распространение транс-антенн IEEE. (2017) 65:7345–9. doi: 10.1109/TAP.2017.2761550

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

12. Fattal D, Li J, Peng Z, Fiorentino M, Beausoleil RG. Плоские диэлектрические рефлекторы с фокусирующей способностью. Нат Фотоникс . (2010) 4:466–70. doi: 10.1038/nphoton.2010.116

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

13. Акрам М.Р., Мехмуд М.К., Таукер Т., Рана А.С., Рухленко И.Д., Чжу В.Высокоэффективная генерация бесселевых пучков с нечувствительными к поляризации метаповерхностями. Опция Экспресс. (2019) 27:9467–80. doi: 10.1364/OE.27.009467

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

14. Yeh C. Отражение и передача электромагнитных волн движущейся диэлектрической средой. J Appl Phys . (1965) 36:3513–7. дои: 10.1063/1.1703029

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

15. Yin JY, Ren J, Zhang Q, Zhang HC, Liu YQ, Li YB, et al.Частотно-управляемое сканирование широкоугольным лучом массива патчей, питаемых имитирующими поверхностными плазмон-поляритонами. Распространение транс-антенн IEEE. (2016) 64:5181–9. doi: 10.1109/TAP.2016.2623663

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

16. Zhang Z, Wen D, Zhang C, Chen M, Wang W, Chen S, et al. Многофункциональная метаповерхностная линза светового меча. СКУД Фотоника. (2018) 5:1794–9. doi: 10.1021/acsphotonics.7b01536

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

17.Wang H, Li YF, Chen HY, Han YJ, Fan Y, Sui S и др. Вихревой луч, генерируемый антенной с метаповерхностным отражателем с круговой поляризацией. Appl Phys Exp. (2019) 12:255306. дои: 10.1088/1361-6463/ab1742

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

18. Wang H, Li YF, Chen HY, Han YJ, Fan Y, Yang ZT и другие. Многолучевая метаповерхностная антенна за счет объединения фазовых градиентов и последовательностей кодирования. Доступ IEEE. (2019) 7:62087–94. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2915960

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

19.Akram MR, Mehmood MQ, Bai X, Jin R, Premaratne M, Zhu W. Высокоэффективные ультратонкие пропускающие метаповерхности. Дополнительная опция Mater. (2019) 7:1801628. doi: 10.1002/adom.201801628

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

20. Liu W, Chen ZN, Qing X. Низкопрофильная широкополосная грибовидная антенна на основе метаматериала. Распространение транс-антенн IEEE . (2013) 62:1165–72. doi: 10.1109/TAP.2013.2293788

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

23.Ю Н., Женевет П., Кац М.А., Айета Ф., Тетьен Дж. П., Капассо Ф. и соавт. Распространение света с фазовыми разрывами: обобщенные законы отражения и преломления. Наука . (2011) 334:333–7. doi: 10.1126/science.1210713

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

24. Xu BJ, Wei Z, Wu C, Fan Y, Wang Z, Li H. Почти дифракционно-ограниченная фокусировка с градиентной высокоимпедансной метаповерхностью. Опт Матер Экспресс. (2017) 7:1141–6. дои: 10.1364/OME.7.001141

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

25. Richdale K, Bullimore MA, Zadnik K. Толщина хрусталика в зависимости от возраста и аккомодации по данным оптической когерентной томографии. Офтальмологическая физиол опт. (2008) 28:441–7. doi: 10.1111/j.1475-1313.2008.00594.x

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

26. Yin X, Zhu H, Guo H, Deng M, Xu T, Gong Z, et al. Гиперболические метаматериальные устройства для управления волновым фронтом. Лазерная фотоника, ред. (2019) 13:1800081. doi: 10.1002/lpor.201800081

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

28. Akram MR, Bai X, Jin R, Vandenbosch GAE, Premaratne M, Zhu W. Ультратонкая пропускающая метаповерхность на основе фотонного спинового эффекта Холла для эффективной генерации волн OAM. Распространение транс-антенн IEEE. (2019) 67:4650–8. doi: 10.1109/TAP.2019.2

7

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

29. Инь Дж.Ю., Рен Дж., Чжан Л., Ли Х., Цуй Т.Дж. СВЧ-вихревой излучатель на основе имитации поверхностных плазмонных поляритонов. Laser Photonics Rev . (2018) 12:1600316. doi: 10.1002/lpor.201600316

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

31. Аони Р.А., Рахмани М., Сюй Л., Камали К.З., Комар А., Ян Дж. и соавт. Высокоэффективная манипуляция видимым светом с использованием диэлектрических метаповерхностей. Научный представитель (2019) 9:6510. doi: 10.1038/s41598-019-42444-y

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

33. Povinelli ML, Lončar M, Ibanescu M, Smythe EJ, Johnson SG, Capasso F, et al.Связь затухающих волн между оптическими волноводами. Доп. письмо. (2005) 30:3042–4. doi: 10.1364/OL.30.003042

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Электромагнитный спектр | ЕКА/Хаббл | ЕКА/Хаббл

Электромагнитный спектр представляет собой диапазон длин волн электромагнитного излучения. Спектр электромагнитных волн от длинных до коротких волн включает радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское и гамма-излучение.

Энергия распространяется в пространстве в виде электромагнитных (ЭМ) волн, которые состоят из колеблющихся электрических и магнитных полей. ЭМ-волнам не требуется вещество (например, воздух или вода) для распространения, а это означает, что, в отличие от звука, они могут проходить через пустое пространство. В вакууме все электромагнитные волны распространяются с одинаковой скоростью: скоростью света (которая сама по себе является электромагнитной волной). Как и все волны, электромагнитная волна характеризуется своей длиной волны, и наблюдаемый нами диапазон длин волн, от очень длинных до очень коротких, называется электромагнитным спектром.Мы примерно разделяем электромагнитный спектр в соответствии с тем, как волны ведут себя при взаимодействии с материей, и у каждого деления есть название. Итак, у нас есть: радиоволны, имеющие самую большую длину волны; микроволны; инфракрасный; видимый свет; ультрафиолет; рентген; и, наконец, гамма-лучи, имеющие самую короткую длину волны. Небесные объекты, такие как звезды, планеты и галактики, излучают электромагнитные волны на разных длинах волн, поэтому разные телескопы спроектированы так, чтобы быть чувствительными к разным частям электромагнитного спектра.ЭМ-излучение в видимой части спектра и вокруг нее часто называют в широком смысле «светом», при этом более короткие длины волн называются «более синими», а более длинные волны называются «более красными».

Комбинируя наблюдения на разных длинах волн, мы можем получить более полное представление о структуре, составе и поведении объекта, чем могут дать только видимые длины волн.

Более трех десятилетий Хаббл изучал Вселенную с помощью своего 2.4-метровое главное зеркало и его пять научных инструментов. Они наблюдают в основном в ультрафиолетовой и видимой частях спектра, но также обладают некоторыми возможностями в ближней инфракрасной области. Хаббл ведет наблюдения в разных диапазонах длин волн, по одному диапазону за раз, каждый из которых дает различную информацию об изучаемом объекте. Каждая из этих длин волн воспроизводится в другом цвете, и они объединяются, чтобы сформировать составное изображение, которое хорошо напоминает истинное излучение этого небесного объекта.

Изучая это изображение, вы можете увидеть, как астрономы использовали набор одноцветных изображений для построения цветного изображения кольца звездных скоплений, окружающих ядро ​​галактики NGC 1512.Каждое изображение представляет собой определенный цвет или диапазон длин волн спектра, от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного, и показывает широкий диапазон длин волн, покрываемый Хабблом. Астрономы решили изучить NGC 1512 в этих цветах, чтобы подчеркнуть важные детали в кольце молодых звездных скоплений, окружающих ядро.

Астрономы используют многоволновые изображения для изучения деталей, которые в противном случае могли бы не присутствовать на видимых изображениях. Например, новое многоволновое наблюдение Юпитера, опубликованное в 2020 году Хабблом в ультрафиолетовом/видимом/ближнем инфракрасном свете Юпитера, дало исследователям совершенно новый взгляд на планету-гигант.Эти наблюдения дали представление о высоте и распределении дымки и частиц планеты, а также показали постоянно меняющиеся узоры облаков Юпитера. Полярные сияния планеты видны только в ультрафиолете; однако структура красного пятна хорошо изучена в видимом диапазоне длин волн.

Чтобы отпраздновать 25-летие телескопа в 2015 году, Хаббл представил два новых красивых портрета популярных «Столпов творения», показывающих, как различные детали можно изучать в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах.В то время как видимый свет улавливает разноцветное свечение газовых облаков, инфракрасное изображение проникает сквозь большую часть затемняющей пыли и газа, открывая бесчисленное количество новорожденных звезд.

Мы приглашаем вас посмотреть эту передачу Хаббла, в которой рассказывается, как наблюдения Хаббла различаются на разных длинах волн электромагнитного спектра и как эти наблюдения будут дополнены наблюдениями космического телескопа Джеймса Уэбба.

Электромагнитные волны и антенны

Многослойные диэлектрические структуры
———————————
Брюстер — расчет Брюстера и критических углов
Френель — Коэффициенты отражения Френеля для изотропных или двулучепреломляющих сред
n2r — коэффициенты преломления к коэффициентам отражения М-слойной структуры
r2n — коэффициенты отражения к коэффициентам преломления М-слойной структуры
multidiel — отклик отражения изотропных или двулучепреломляющих многослойных структур изотропные слои
multidiel2 — характеристика отражения изотропных многослойных диэлектрических структур с потерями
omniband — ширина полосы всенаправленных зеркал и поляризаторов Брюстера
omniband2 — ширина полосы двулучепреломляющих многослойных зеркал
snel — вычисляет углы преломления по закону Снеля для двулучепреломляющих сред

Четвертьволновые преобразователи
———————————————-
bkwrec — рекурсия обратного уровня с убыванием порядка — из a,b к r
frwrec — рекурсия прямого слоя по возрастанию порядка — от r к A,B
chebtr — конструкция Чебышева широкополосного безотражательного четвертьволнового преобразователя
chebtr2 — конструкция Чебышева широкополосного безотражательного четвертьволнового преобразователя
chebtr3 — конструкция Чебышева широкополосного безотражательного преобразователя четвертьволновый трансформатор

Диэлектрические волноводы
———————
dguide — TE-моды в волноводе из диэлектрической пластины
dslab — вычисляет волновые числа отсечки TE-моды в диэлектрической пластине
dguide3 — ТЕ- и ТМ-моды в асимметричном трехслойном диэлектрическом волноводе

Плазмонные волноводы
———————
drude — модель Друде-Лоренца для серебра, золота, меди, алюминия
dmda — асимметричный плазмонный волновод DMD — итеративное решение
dmds — симметричный плазмонный волновод DMD — итеративное решение
dmdcut — ширина отсечки для асимметричных волноводов DMD
pwg — решение плазмонного волновода для симметричных волноводов
pwga — решение плазмонного волновода для асимметричных волноводов
pwgpower — передаваемая мощность в плазмонном волноводе

Проволока Зоммерфельда и Губо
—————————-
sommer — решить характеристическое уравнение для проволоки Зоммерфельда
goubau — решить характеристическое уравнение Губо линия
goubatt — затухание в линии Губо
gcut — функция отсечки для линии Губо
attw — характеристическое уравнение поверхностного волновода Аттвуда
attwatt — затухание поверхностного волновода Аттвуда
J01 — аппроксимация J0(z)/J1(z) для больших изображений (z) )

Линии передачи
——————
g2z — преобразование коэффициента отражения в импеданс
z2g — преобразование импеданса в коэффициент отражения
lmin — определение местоположения минимумов и максимумов напряжения
mstripa — микрополосковый анализ (вычисляет Z,eff из w/h)
mstripr — микрополосковый синтез с уточнением (вычисляет w/h из Z)
mstrips — микрополосковый синтез (вычисляет w/h из Z)
multiline — отклик отражения многосегментной передачи line
swr — коэффициент стоячей волны
tsection — Т-образное сечение, эквивалентное отрезку линии передачи длиной l
gprop — распространение коэффициента отражения
vprop — распространение напряжения и тока
zprop — распространение волнового импеданса

Соответствие импеданса
——————
qwt1 — четвертьволновой трансформатор с последовательным сегментом
qwt2 — четвертьволновой трансформатор с шунтирующим шлейфом 1/8 длины волны
qwt3 — четвертьволновой трансформатор с шунтирующим шлейфом регулируемой длины
двухдиапазонный — двухсекционный двухдиапазонный трансформатор Чебышева
двухшлейфный — полоса пропускания двухдиапазонного трансформатора
шлейф1 — одношлейфный согласующий
шлейф2 — двухшлейфный согласующий
шлейф3 — трехшлейфовый согласующий
односекционный — односекционный преобразователь импеданса
twosect — двухсекционный преобразователь импеданса
pi2t — преобразование Pi в T
t2pi — преобразование T в Pi
lmatch — L-образная реактивно-сопряженная согласующая сеть
pmatch — пи-секционная реактивно-сопряженная согласующая сеть

S-параметры
————
gin — входной коэффициент отражения по S-параметрам
gout — выходной коэффициент отражения по S-параметрам
nfcirc — круг постоянного коэффициента шума
nfig — коэффициент шума двухпортового
sgain — преобразователи, имеющиеся и рабочие коэффициенты усиления двухпортового
sgcirc — круги стабильности и усиления
smat — S-параметры к S-матрице
smatch — одновременное сопряженное согласование двухпортового
smith — нарисовать базовую диаграмму Смита
smithcir — добавить круги стабильности и постоянного усиления на диаграмму Смита
sparam — параметры стабильности двухпортового
circint — пересечение кругов на гамма-плоскости
circtan — точка касания двух кругов

Функции линейной антенны
————————
dipdir — направленность диполя
dmax — вычисляет направленность и телесный угол луча g(th) усиления
диполь — коэффициент усиления линейного диполя с центральным питанием длиной L
бегущей — коэффициент усиления антенны бегущей волны длиной L
vee — коэффициент усиления клиновидной антенны бегущей волны
ромб — коэффициент усиления ромбической антенны бегущей волны

king — 3-членная синусоидальная аппроксимация Кинга
kingeval — оценивает 3-членную синусоидальную аппроксимацию тока Кинга
kingfit — подгоняет выбранный ток к 2-членной синусоидальной аппроксимации Кинга
kingprime — преобразует 3-членные коэффициенты Кинга из нештрихованной формы в штрихованную

hbasis — базисные функции для уравнения Халлена
hdelta — решение уравнения Халлена с вводом дельта-зазора
hfield — решение уравнения Халлена с произвольным падающим E-полем
hmat — матрица импеданса Халлена с методом моментов и сопоставлением точек матрица импеданса в два раза меньше
ядро ​​- вычисление ядра тонкой проволоки для уравнения Халлена
pполе — решение уравнения Поклингтона с произвольным падающим Е-полем
pmat — матрица импеданса Поклингтона с методом моментов и сопоставлением точек

hcoupled — решить уравнение Халлена для двумерного массива неидентичных параллельных диполей
hcoupled2 — решить уравнение Халлена для двумерного массива идентичных параллельных диполей

gain2d — нормализованное усиление двумерного массива параллельных диполей с токами Холлена
gain2s — нормированное усиление двумерного массива параллельных диполей с синусоидальными токами
imped — взаимное сопротивление между двумя параллельными диполями стоячей волны
imped2 — взаимное сопротивление между двумя параллельными стоячими волнами диполи
impedmat – матрица взаимного сопротивления массива параллельных дипольных антенн
резонансный – расчет длины резонансной дипольной антенны
yagi – упрощенная конструкция массива Яги-Уда

Функции апертурной антенны
—————————
BBnum — расчет полей в модели Бете-Боукампа
BBfar — дальние поля в модели Бете-Боукампа модель
BBnear — рядом с полями в Бете-Боукамп модель

diffint — обобщенный интеграл дифракции Френеля
diffr — коэффициент дифракции на ножевой кромке
dsinc — функция двойного синуса cos(pi*x)/(1-4*x^2)
fcs — интегралы Френеля C(x) и S( x)
fcs2 — интегралы Френеля типа 2 C2(x) и S2(x)

jinc — функция jinc и «сдвинутая» функция jinc

talbot — суммы Гаусса для дробного эффекта Талбота

tbw — Однопараметрическое окно Тейлора
tnb1 — Окно Тейлора с n полосками (1-D)
tnb2 — Окно Тейлора с n полосками (2-D)

hband — ширина рупорной антенны 3 дБ
heff — эффективность апертуры рупорной антенны
hgain — усиление в H-плоскостях и E-плоскостях
hopt — оптимальная конструкция рупорной антенны
hsigma — оптимальные сигма-параметры для рупорной антенны

Функции антенной решетки
————————
Gain1d — вычисление нормализованного усиления для одномерной равноотстоящей изотропной решетки

bwidth — преобразование ширины луча из пси-пространства в фи-пространство конструкция многолучевой решетки
prol — конструкция вытянутой решетки
prolmat — вытянутая матрица
сканирование — сканирование матрицы с заданной фазой сканирования
секторная — секторная конструкция лучевой решетки
steer — направление решетки к заданному углу
taylornb — конструкция n-барной линейной исходной решетки Тейлора
taylor1p — однопараметрическая схема Тейлора
taylorbw — Тэйлор B-параметр и ширина луча
uniform — однородные веса решетки
woodward — лучи Вудворда-Лоусона-Батлера
ville — конструкция решетки Вильнева

chebarray — метод построения матрицы Чебышева Бреслера — написанный П.Саймон
Я хотел бы поблагодарить доктора Саймона за разрешение включить
эту функцию в эту коллекцию.

Функции построения графика усиления
————————
abp — график усиления в полярной плоскости в абсолютных единицах
abz — график усиления по азимуту в абсолютных единицах
abp2 — коэффициент усиления в полярной плоскости график в абсолютных единицах — диапазон углов 2*pi
abz2 — график азимутального усиления в абсолютных единицах — диапазон углов 2pi

dbp — график полярного усиления в дБ
dbz — график азимутального усиления в дБ
dbp2 — график полярного усиления в дБ — диапазон углов 2*pi
dbz2 — график усиления азимута в дБ — диапазон углов 2pi

abadd — добавить усиление в абсолютных единицах
abadd2 — добавить усиление в абсолютных единицах — диапазон углов 2pi
dbadd — добавить усиление в дБ
dbadd2 — добавить усиление в дБ — диапазон углов 2pi
addbwp — добавить ширину луча по углу 3 дБ в полярных графиках
addbwz — добавить ширину луча под углом 3 дБ в азимутальные графики
addcirc — добавить круг сетки в полярные или азимутальные графики
addline — добавить линию луча сетки в азимутальные или полярные графики
addray — добавить луч в азимутальные или полярные графики

Разные вспомогательные функции
———————————
ab — дБ в абсолютных единицах мощности
db — абсолютная мощность в Единицы дБ

c2p — преобразование комплексного числа в вектор
p2c — преобразование вектора в комплексное число

d2r — градусы в радианы
r2d — радианы в градусы

dtft — DTFT сигнала x по частотному вектору w
I0 — модифицированная функция Бесселя 1-го рода и 0-го порядка
ellipse — параметры эллипса поляризации
etac — eta и c
wavenum — расчет волнового числа и волнового сопротивления
poly2 — специализированная версия поли с повышенной точностью

quadr — квадратурные веса Гаусса-Лежандра и точки оценки
quadrs — квадратурные веса и точки оценки на подынтервалах
quadr2 — квадратурные веса и точки оценки на подынтервалах
quadrs2 — квадратурные веса и точки оценки на подынтервалах
quadts — tanh-sinh, double- экспоненциальная, квадратурная

Ci — интеграл косинуса Ci(z)
Cin — интеграл косинуса Cin(z)
Gi — интеграл функции Грина
Si — интеграл синуса Si(z)

sinhc — гиперболическая функция sinc
asinhc — обратная гиперболическая функция sinc
sqrte — эванесцентная SQRT для волновых задач

pswf — вытянутые сфероидальные волновые функции
spherj — сферические функции Бесселя
legpol — оценка полиномов Лежандра

flip — перевернуть столбец, строку или и то, и другое
blockmat — манипулировать блочными матрицами
upulse — генерирует трапециевидные, прямоугольные, треугольные импульсы или единичный шаг
ustep — единичный шаг или восходящая функция единичного шага

Вычисление эллиптической функции
———————————
snv — sn эллиптическая функция на векторе модулей
dnv — dn эллиптическая функция на векторе модулей
ellipK — полный эллиптический интеграл первого рода на векторе модулей
ellipE — полный эллиптический интеграл второго рода на векторе модулей
landenv — преобразования Ландена вектора эллиптических модулей

MATLAB Movies (в подкаталоге ewa/movies)
——————————————————- —
grvmovie1 — распространение импульса с медленной и отрицательной групповой скоростью (vg grvmovie2 — распространение импульса с медленной и высокой групповой скоростью (vg>c)
pulsemovie — распространение шага и импульса по оконечным линиям передачи
pulse2movie — распространение шага по двум каскадным линиям
RLCmovie — отражение шага от реактивного завершения
TDRmovie — место повреждения методом рефлектометрии во временной области
xtalkmovie — сигналы перекрестных помех на связанных линиях передачи
dipmovie — картина электрического поля излучающего диполя Герца

Сегмент F: свойства электромагнитных волн

амплитуда  — высота поперечной волны, измеренная от положения равновесия до вершины гребня или дна впадины.

гребень  — самая высокая точка на поперечной волне.

электромагнитный спектр  – диапазон длин волн или частот, на который распространяется электромагнитное излучение, включая радиоволны, микроволновое, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.

дальний инфракрасный свет  — инфракрасные волны, далекие от видимого света.

частота ( f )  — количество длин волн, проходящих через данную точку каждую секунду; Единицей СИ является герц (Гц).

гамма-излучение  — часть электромагнитного спектра с длиной волны менее 1 мкм; используется при лечении рака, а также испускается сверхновой и солнцем.

инфракрасное излучение  — часть электромагнитного спектра с длиной волны от 1 мкм до 1 мм в длину; мы воспринимаем эти волны как тепло, некоторые из них используются в пультах дистанционного управления.

микроволновое излучение — часть электромагнитного спектра с длинами волн от 1 мм до 1 м; используется со спутниками связи, микроволновыми печами и мобильными телефонами.

ближний инфракрасный диапазон  — инфракрасные волны, которые ближе к видимому свету.

период (T)  — время, за которое длина волны проходит данную точку пространства, измеряемое в секундах; Единицей СИ являются секунды (с).

фотоэлектрический эффект  — испускание электронов при попадании света на материал.

пикометр  — одна триллионная метра, 10-12.

радиоизлучение  — часть электромагнитного спектра с длиной волны от 1 см до 1 км в длину; использование включает использование для передачи AM, FM и телевизионных сигналов.

корыто  — самая нижняя точка на поперечной волне.

ультрафиолетовое излучение — часть электромагнитного спектра с длинами волн от 10 до 400 нм; излучается солнцем и может проникать в живые клетки.

видимое световое излучение — часть электромагнитного спектра с длиной волны от 400 до 700 нм в длину; часть электромагнитного спектра, которую мы видим своими глазами.

длина волны (λ)  — длина поперечной волны, включающая один полный гребень и одну полную впадину; Единицей СИ является метр (м).

корпускулярно-волновой дуализм  — идея о том, что свет ведет себя как частица и как волна.

Рентгеновское излучение  — часть электромагнитного спектра с длиной волны от 0,01 нм до 10 нм в длину; могут проникать в кожу и мышцы, но блокируются костью, что позволяет формировать рентгеновские изображения.

Электромагнитные волны — Химия LibreTexts

Электромагнитные волны используются для передачи длинных/коротких/FM-радиоволн, а также телевизионных/телефонных/беспроводных сигналов или энергии.Они также отвечают за передачу энергии в виде микроволн, инфракрасного излучения (ИК), видимого света (ВИД), ультрафиолетового света (УФ), рентгеновских и гамма-лучей. Каждая область этого спектра играет важную роль в нашей жизни и в бизнесе, связанном с коммуникационными технологиями. Список, приведенный выше, составлен в порядке возрастания частоты (или убывания длины волны). Здесь снова список регионов и примерные длины волн в них. Для простоты мы решили дать только величины частот.То есть мы даем log (частота) (log(f)).

  Регион: Радио, FM, ТВ, микроволновые, ИК, видимые, УФ, рентгеновские лучи, гамма-лучи.
 Длина волны: 600 м 20 м 1 мкс 1 мм 0,1 мм 1e-9 м 1e-12 м 1e-15 м
    логарифм (е): 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 23
  

Электромагнитные излучения обычно рассматриваются как волновые движения. Электронное и магнитное поля колеблются в направлениях, перпендикулярных друг другу и направлению движения волны.

Длина волны, частота и скорость света подчиняются следующему соотношению:

\(\mathrm{длина волны \x частота = скорость\: of\: light}\).

Скорость света обычно обозначается как c , длина волны — строчной греческой буквой лямбда, \(\лямбда\), а частота — строчной греческой буквой ню \(\ню\). В этих символах приведенная выше формула выглядит следующим образом:

\(\lambda \nu = c\)

Электромагнитное излучение является основой для радара, который используется для наведения и дистанционного зондирования для изучения планеты Земля.

Видимый спектр

Длины волн видимой области спектра составляют от 700 нм для красного света до 400 нм для фиолетового света.

    красный 700 нм
 оранжевый 630
 желтый 550
  зеленый 500
   синий 450
 фиолетовый 400
 

Нет необходимости запоминать эти числа, но знание того, что видимая область имеет такой узкий диапазон 400-700 нм, иногда удобно, когда речь идет об определенном свете.

Авторы и ссылки

OSE3053 Электромагнитные волны для фотоники — CREOL, Колледж оптики и фотоники

Результаты обучения:
По окончании этого курса учащиеся будут:

  • Знать электромагнитную основу оптики и необходимость электромагнитного описания света, в отличие от скалярных волн или лучей.
  • Знать основы поляризационной оптики и разницу между различными состояниями поляризации (линейной, круговой или эллиптической).
  • Знайте, как отражение на границе может изменить поляризацию.
  • Уметь проектировать простые системы, контролирующие поляризацию света.
  • Знайте, как отражение на границе может изменить поляризацию.
  • Знать понятие поверхностных и затухающих волн.
  • Знать разницу между направленными волнами в металлических и диэлектрических планарных волноводах.
  • Знать понятие управляемых мод и условий отсечки в волноводах.

Темы:
Векторный анализ: (3 лекции)

  • Векторная алгебра, системы координат, представление векторов и преобразование векторных координат
  • Векторное интегрирование: теорема о расходимости и теорема Стокса
  • Векторное дифференцирование: градиент скалярной функции, дивергенция векторного поля, ротор векторной функции, лапласиан скалярной функции и векторный лапласиан векторной функции

Электромагнитная теория и уравнения Максвелла: (3 лекции)

  • Электрические и магнитные поля – диэлектрическая и проницаемость свободного пространства
  • Уравнение силы Лоренца
    • Законы Гаусса, Ампера и Фарадея; ток смещения
  • Уравнения Максвелла в интегральной форме
    • Уравнения Максвелла в дифференциальной форме
      • Уравнение непрерывности и ток смещения
    • Теория Пойнтинга и электромагнитная энергия
    • Поля временных гармоник и их представления
    • Уравнения Максвелла для временной гармоники

Электромагнитные поля в материалах: (3 лекции)

  • Электромагнитные свойства материалов:
    • Проводник и ток проводимости. Электропроводность
    • Диэлектрические материалы и их поляризация. Диэлектрическая проницаемость
    • Магнитные материалы, их намагниченность и магнитная проницаемость
  • Определяющие соотношения между напряженностью поля и плотностью потока в материалах
  • Уравнения Максвелла в материальных областях
  • Понятие комплексной диэлектрической проницаемости
  • Граничные условия электромагнитного поля на границе раздела двух слоев

Обзор и первый промежуточный курс: (2 лекции)
Распространение плоских волн в материалах: (4 лекции)

  • Волновое уравнение в области без источника
  • Уравнение временной гармоники (Гельмгольца) в области без источника
    • Плоская волна решение уравнения Гельмгольца
  • Распространение плоских волн в материалах
    • Понятие о показателе преломления
    • Характеристики плоских волн: вектор распространения, фазовая скорость, длина волны, понятие показателя преломления, взаимосвязь между вектором распространения и электрическими и магнитными полями
  • Теория Пойнтинга и электромагнитная мощность плоской волны
  • Поляризация плоских волн: линейная, круговая, эллиптическая

Отражение и передача плоской волны нормального падения на плоских границах: (2 лекции)

  • Отражение и передача плоской волны нормального падения на плоской границе между двумя средами
    • Отражение плоской волны с нормальным падением на идеально проводящей плоскости
  • Отражение и передача на нескольких интерфейсах
    • Четверть- и полуволновые трансформаторы
    • Применение включает просветляющее покрытие

Отражение и передача плоской волны наклонного падения на плоских границах: (3 лекции)

  • Отражение и передача плоской волны с наклонным падением на плоской границе раздела двух сред
    • Параллельная (ТМ) и перпендикулярная (ТЕ) поляризация
    • Коэффициенты отражения и передачи
    • Угол Брюстера и полное пропускание, критический угол и полное отражение
    • Поверхностные и затухающие волны
  • Отражение плоской волны с наклонным падением на идеально проводящей плоскости

Обзор и второй промежуточный курс: (2 лекции)
Кристаллооптика: (2 лекции)

  • Анизотропные среды, такие как кристаллы
  • Распространение света через анизотропные среды
    • Замедлители и тормозные пластины
  • Поляризационные устройства – волновые пластины, поляризационные вращатели, амплитудные модуляторы
    • Применение: Жидкокристаллические дисплеи

Планарные металлические и диэлектрические волноводы: (4 лекции)

  • Направляющие моды в металлических волноводах
    • Моды ТЕМ в двухпластинчатых планарных волноводах и условия отсечки
    • Моды TM и TE в прямоугольных волноводах и условия отсечки
    • Управляемые режимы и условия отсечки
  • Ведущие моды в диэлектрических волноводах
  • Симметричные волноводы
  • Моды TM и TE в прямоугольных волноводах – условия отсечки
  • Одномодовые волноводы
  • Асимметричные волноводы
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.