بررسی خواص نوری متامواد تک منفی

اخیراً متامواد تک منفی، به دلیل خواص منحصر بفرد و کاربردهای مفیدشان به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند. متامواد تک منفی شامل مواد اپسیلون-منفی با گذردهی الکتریکی منفی و نفوذپذیری مغناطیسی مثبت و همچنین شامل مواد مو-منفی با گذردهی الکتریکی مثبت و نفوذپذیری مغناطیسی منفی هستند. این ساختار های مصنوعی می توانند در قالب بلورهای فوتونیکی، خصوصیات ویژه ای را نشان دهند. مشخص شده است که بلورهای فوتونیکی متشکل از لایه های تک منفی، می توانند دارای نوع جدیدی از باند گاف، موسوم به باند گاف تک منفی، باشند که متفاوت از باند گاف براگ باشد. چنین گاف تمام جهتی، مستقل از زاویه تابش و نوع قطبش نور تابشی است. بنابراین با در نظر گرفتن این ویژگی های بدیع باند گاف تک منفی، وجود امواج سطحی در بلورهای فوتونیکی حاوی متامواد تک منفی می تواند مورد بررسی قرار گیرد. در این پایان نامه، امواج جایگزیده سطحی در فصل مشترک بین یک محیط همگن عادی (یا محیط چپگرد) و بلور فوتونیکی یک بعدی حاوی لایه های متناوب گذردهی-منفی و نفوذپذیری-منفی (یا نفوذپذیری-منفی و گذردهی-منفی) به صورت تئوری مطالعه شده است. نتایج، برخی جنبه های منحصر بفرد امواج سطحی را در دومین باند گاف تک منفی نشان می دهند. مشخص شد که ساختار مد نظر، با آرایش گذردهی-منفی و نفوذپذیری-منفی (یا نفوذپذیری-منفی و گذردهی-منفی) می تواند امواج سطحی قطبیده عرضی الکتریکی یا مغناطیسی، که به ضخامت نسبی لایه های تک منفی وابسته است، را ایجاد کند. این امواج سطحی که به نوع آرایش لایه های بلور فوتونیکی وابسته است، دارای دو نوع ساختار عرضی میدان در دومین باند گاف تک منفی هستند. بدین معنی که در آرایش گذردهی-منفی و نفوذپذیری-منفی بیشترین دامنه میدان در فصل مشترک بین دو محیط گذردهی-منفی و نفوذپذیری-منفی قرار دارد، در حالیکه در آرایش نفوذپذیری-منفی و گذردهی-منفی، بیشترین دامنه میدان در فصل مشترک بین محیط همگن و لایه کلاهک تشکیل می شود. بسیاری از کارهای گذشته در مورد متامواد، روی برخی خواص ویژه انتشار موج در یک ساختار تناوبی متمرکز شده است. سئوال طبیعی که می تواند پرسیده شود این است که اگر از یک ساختار غیر تناوبی استفاده شود موج چگونه منتشر خواهد شد؟ برای جواب به این سئوال، از یک ساختار شبه تناوبی فیبوناچی متشکل از لایه های تک منفی استفاده شد. بنابراین در بخش بعدی این کار، با استفاده از روش ماتریس انتقال و تئوری محیط موثر، به صورت تئوری خواص طیف عبوری سه ساختار شبه تناوبی فیبوناچی حاوی لایه های پاشنده و بدون اتلاف نفوذپذیری-منفی، گذردهی-منفی و معمولی مورد بررسی قرار گرفت. معلوم شد که در طیف عبوری مربوط به سه ساختار فیبوناچی و برای قطبشهای عرضی الکتریکی و مغناطیسی، باند گاف هایی وجود دارند که نسبت به تغییر مقیاس ضخامت لایه ها ناوردا، به زاویه تابش غیر حساس و به نوع قطبش موج حساس است. علاوه بر این، در هر دو قطبش، باند گافی وجود دارد که فقط در تابش مایل ایجاد می شود. در نهایت جابجایی عرضی گوس-هانچن در بازتابش از مرز یک محیط تک منفی با جذب ناچیز را مطالعه شد و مشاهده شد که این جابجایی می تواند در هر زاویه تابشی اتفاق بیفتد. همچنین در مرز محیطهای تک منفی، جابجایی جانبی امواج عرضی الکتریکی و مغناطیسی در خلاف جهت هم هستند.