ИСТИНА

Проект направлен на математическое моделирование метапленок и волноведущих систем на основе метаматериалов. В инициативном проекте предполагается разработка, обоснование и практическая реализация эффективных алгоритмов решения задач анализа и синтеза таких систем и устройств. В плане решения прямых задач существенное внимание будет уделено исследованию свойств диэлектрических метапленок с отрицательным показателем преломления. Чтобы выяснить, как материальные параметры среды и геометрические характеристики частиц влияют на их поляризуемость, в проекте будет проведен расчет матрицы поляризуемости для сферических, П-образных и эллиптических мета-атомов различных размеров из разных материалов. В рамках проекта будет сформулирована полная математическая постановка задачи синтеза метапленки из сферических частиц. В качестве ее решения предполагается найти геометрические параметры структуры, при которых метапленка является безотражательной поверхностью (отражение минимально) в некотором частотном диапазоне. В качестве блока прямой задачи будут использованы полученные ранее результаты для метапленки из кварцевого стекла в дальнем ИК-диапазоне. В качестве вспомогательного блока задачи синтеза будет использован новый эспериментально-аналитический подход. Данный алгоритм, развитый авторами проекта, применим для расчета электродинамических характеристик достаточно широкого класса метапленок. Он учитывает неидентичность мета-атомов (незначительный разброс значений геометрических параметров), позволяет существенно увеличить производительность численных расчетов (в силу использования аналитических формул) и легко интегрируется с натурным экспериментом. Авторами проекта разработаны эффективные алгоритмы решения как прямых задач расчета волноведущих систем на основе метаматериалов, так и обратных задач синтеза таких систем. Решена задача синтеза прямоугольного волновода со слоистым кирально-диэлектрическим заполнением. Введение киральных элементов позволяет увеличить ширину полосы одномодового режима, причем она существенно зависит от стратегии расположения киральных вставок в волноводе. Будет поставлена и решена задача синтеза волноведущих систем с метаматериальным заполнением в виде поперечной киральной вставки.

1) Исследование влияния дисперсии диэлектрической проницаемости материала на поляризуемость мета-атомов. 2) Исследование влияния структурированности метапленки на спектры прохождения, отражения и поглощения по сравнению с тонкой пленкой из того же вещества. 3) Формулировка полной математической постановки и решение задачи синтеза метапленки с заданными электродинамическими характеристиками. 4) Формулировка полной математической постановки и решение задачи синтеза волноведущих систем с киральным заполнением.

1) Исследованы поляризуемости субволновых сферических частиц из кварцевого стекла с учетом материальной дисперсии. Вычисления проводились по формулам на основе теории Ми в дипольном приближении. Показано, что данные формулы справедливы в относительно широких границах. Для данного материала приближением можно пользоваться, если диаметр частицы в три раза меньше длины падающей волны. Показано, что диапазоны отрицательных значений электрической и магнитной поляризуемостей практически совпадают. Это позволяет использовать такие частицы для создания среды с отрицательным показателем преломления. 2) Было произведено исследование электродинамических характеристик метапленки, составленной из сферических мета-атомов из кварцевого стекла. Отклик является резонансным, причем в рассмотренном интервале длин волн метапленка является практически безотражательной поверхностью. 3) Построен эффективный алгоритм, который может быть использован в качестве вспомогательного блока для решения задачи синтеза метапленок. Были рассмотрены как изотропные (из сферических частиц), так и бианизотропные (из П-образных резонаторов) структуры. Алгоритм позволяет учесть неидентичность мета-атомов (незначительный разброс значений геометрических параметров). 4) Решена задача синтеза прямоугольного волновода со слоистым кирально-диэлектрическим заполнением (продольная вставка, соосная волноводу). Введение киральных элементов позволяет увеличить ширину полосы одномодового режима, причем она существенно зависит от стратегии расположения киральных вставок в волноводе.

2016 год: 1) Рассчитать показатель преломления метапленки из сферических частиц из кварцевого стекла. Провести сравнение коэффициентов прохождения, отражения и поглощения такой метапленки и тонкой пластинки из того же материала с толщиной, равной размеру мета-атомов. 2) Сформулировать полную математическую постановку задачи синтеза безотражательной метапленки из сферических частиц. Решить эту задачу. 3) Направить в печать одну статью. 2017 год: 1) Рассчитать матрицу поляризуемости для сферических, эллиптических и П-образных мета-атомов различных размеров из разных материалов. 2) Поставить и решить задача синтеза волновода с поперечными вставками из кирального материала. 3) Направить в печать одну статью.