طراحی و شبیه سازی متامتریال با ضریب شکست منفی در ناحیه مرئی

متامتریال ها مواد مصنوعی هستند که به گونه ای مهندسی شده اند تا خواصی را از خود نشان دهند که در طبیعت یافت نمی شود. خواص متامتریال ها معمولاً ناشی از ساختارشان می باشد تا ترکیبات موادشان. این ساختار های متناوب متشکل از سلول های واحدی هستند که از مواد طبیعی ساخته شده اند. مهمترین ویژگی متامتریال ها قابلیت ایجاد ساختاری با ضریب شکست منفی می باشد که در مواد غیرمصنوعی مشاهده نمی شود. تقریباً تمامی موادی که در اپتیک با آن ها سروکار داریم مانند شیشه و آب دارای پذیرفتاری الکتریکی و نفوذ پذیری مغناطیسی با مقادیر مثبت می باشند. اگرچه برخی از فلزها (مانند طلا و نقره) در ناحیه مرئی دارای پذیرفتاری الکتریکی منفی می باشند. متامتریال های مغناطیسی را می توان به دو دسته متامتریال تک منفی و دو منفی تقسیم بندی نمود. در متامتریال های تک منفی تنها یک از دو پارامتر پذیرفتاری الکتریکی یا نفوذ پذیری مغناطیسی منفی می باشد در صورتی که در متامتریال دو منفی هر دوی این پارامتر ها منفی خواهند بود. پذیرفتاری الکتریکی منفی، نفوذ پذیری مغناطیسی منفی و نتیجتاً ضریب شکست منفی در ناحیه تراهرتز از طیف الکترومغناطیسی جالب ترین قسمت در این زمینه می باشد و پس از اولین بررسی های نظری توسط وسلاگو در سال 1968 بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. این پدیده پنجره جدیدی را در زمینه انتشار پرتو نور گشوده و کاربردهای جدیدی مانند تصویر برداری زیر طول موج، کلاکینگ و کوچک سازی آنتن ها را پیشنهاد می کند. از میان طرح های مختلفی که برای متامتریال ها در نظر گرفته می شود، ساختارهای فیشنت محتمل ترین طرح در ناحیه مرئی می باشد. این ساختار را می توان متشکل از دو بخش مجزا دانست که سبب می شود تا بتوان پذیرفتاری الکتریکی و نفوذ پذیری مغناطیسی را به طور مجزا و جداگانه مهندسی نمود. مولفه اول در این ساختار که پذیرفتاری الکتریکی منفی را موجب می شود متشکل از سیم های نازک فلزی بوده که در راستای میدان الکتریکی نور فرودی قرار گرفته اند و همانند فلزی با فرکانس پلاسمای کاهش یافته عمل خواهد کرد. مولفه دوم که منجر به ایجاد نفوذ پذیری مغناطیسی منفی خواهد شد متشکل از نوار های ضخیم فلزی بوده که در راستای میدان مغناطیسی نور فرودی قرار گرفته و با لایه های دی الکتریک از یکدیگر جدا شده اند. در این پروژه هدف طراحی ساختار متامتریالی با ضریب شکست منفی در ناحیه طول موجی مرئی می باشد. در این پایان نامه از روش rcwa برای حل معادلات ماکسول و نرم افزار های matlab و rsoft برای شبیه سازی ساختار استفاده شده است.