Сферические бесселевы решения уравнений Максвелла в неоднородных вращательно-симметричных средах

  • A. V. Novitsky Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Республика Беларусь
  • R. J. Alvarez Rodriguez Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Республика Беларусь
  • V. M. Galynsky Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Республика Беларусь

Аннотация

Для неоднородных бианизотропных сред обобщен матричный подход, применявшийся ранее для описания электромагнитных волн в однородных вращательно-симметричных средах. Предложен общий способ определения материальных параметров неоднородных сред в зависимости от профиля электромагнитной волны в среде. Рассмотрено решение обратной задачи, заключающейся в поиске материальных тензоров неоднородных вращательно-симметричных сред, в которых электрическое и магнитное поля волн описываются сферическими функциями Бесселя. Результативность матричного подхода продемонстрирована на конкретном примере. Данный подход может использоваться для создания требуемого отклика искусственной среды (метаматериала) на внешнее излучение.

Биографии авторов

##submission.authorWithAffiliation##

доктор физико-математических наук, доцент; профессор кафедры теоретической физики и астрофизики физического факультета

##submission.authorWithAffiliation##

аспирант кафедры теоретической физики и астрофизики физического факультета

##submission.authorWithAffiliation##

кандидат физико-математических наук; доцент кафедры теоретической физики и астрофизики физического факультета

Литература

1. Sarychev A. K., Shalaev V. M. Electrodynamics of metamaterials. Singapore, 2007.
2. Smith D. R., Padilla W. J., Vier D. C., et al. Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity. Phys. Rev. Lett. 2000. Vol. 84, issue 18. P. 4184 – 4187.
3. Veselago V. G. Elektrodinamika veshchestv s odnovremenno otritsatelʼnymi znacheniyami e i m [The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of e and m]. Usp. f iz. nauk. 1967. Vol. 92. P. 517–526 (in Russ.).
4. Fedotov V. A., Mladyonov P. L., Prosvirnin S. L., et al. Asymmetric propagation of electromagnetic waves through a planar chiral structure. Phys. Rev. Lett. 2006. Vol. 97, issue 16. Article ID 167401. DOI: 10.1103/PhysRevLett.97.167401.
5. Pendry J. B., Schurig D., Smith D. R. Controlling electromagnetic fields. Science. 2006. Vol. 312, issue 5781. P. 1780 –1782.
6. Leonhardt U. Optical conformal mapping. Science. 2006. Vol. 312, issue 5781. P. 1777–1780.
7. Pendry J. B., Fernández-Domínguez A. I., Luo Y., et al. Capturing photons with transformation optics. Nat. Phys. 2013. Vol. 9. P. 518–522.
8. Fedorov V. Yu., Chanal M., Grojo D., et al. Accessing extreme spatiotemporal localization of high-power laser radiation through transformation optics and scalar wave equations. Phys. Rev. Lett. 2016. Vol. 117, issue 4. Article ID 043902.
9. Yu N., Genevet P., Kats M. A., et al. Light propagation with phase discontinuities: generalized laws of reflection and refraction. Science. 2011. Vol. 334, issue 6054. P. 333–337.
10. Chen H.-T., Taylor A. J., Yu N. A review of metasurfaces: physics and applications. Rep. Prog. Phys. 2016. Vol. 79, No. 7. Article ID 076401.
11. Poddubny A., Iorsh I., Belov P., et al. Hyperbolic metamaterials. Nat. Photonics. 2013. Vol. 7. P. 958–967. DOI: 10.1038/nphoton.2013.243.
12. Repan T., Lavrinenko A. V., Zhukovsky S. V. Dark-field hyperlens: Super-resolution imaging of weakly scattering objects. Opt. Express. 2015. Vol. 23, issue 19. P. 25350 –25364. DOI: 10.1364/OE.23.025350.
13. Kruk S. S., Wong Z. J., Pshenay-Severin E., et al. Magnetic hyperbolic optical metamaterials. Nat. Commun. 2016. Vol. 7. Article ID 11329. DOI: 10.1038/ncomms11329.
14. Mirmoosa M. S., Kosulnikov S. Yu., Simovski C. R. Magnetic hyperbolic metamaterial of high-index nanowires. Phys. Rev. B. 2016. Vol. 94, issue 7. Article ID 075138. DOI: 10.1103/PhysRevB.94.075138.
15. Slobozhanyuk A. P., Ginzburg P., Powell D. A., et al. Purcell effect in hyperbolic metamaterial resonators. Phys. Rev. B. 2015. Vol. 92, issue 19. Article ID 195127. DOI: 10.1103/PhysRevB.92.195127.
16. Biehs S.-A., Lang S., Petrov A. Yu., et al. Blackbody theory for hyperbolic materials. Phys. Rev. Lett. 2015. Vol. 115, issue 17. Article ID 174301. DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.174301.
17. Javani M. H., Stockman M. I. Real and imaginary properties of epsilon-near-zero materials. Phys. Rev. Lett. 2016. Vol. 117, issue 10. Article ID 107404. DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.107404.
18. Frazer L. N. Use of the spherical layer matrix in inhomogeneous media. Geophys. J. Int. 1977. Vol. 50, No. 3. P. 743–749. DOI: 10.1111/j.1365-246X.1977.tb01345.x.
19. Babenko V. A., Astagyeva L. G., Kuzmin V. N. Electromagnetic scattering in disperse media: Inhomogeneous and anisotropic particles. Chichester, 2003.
20. Kravtsov Yu. A., Kravtsov Yu. I. Geometricheskaya optika neodnorodnykh sred. Mosc., 1980 (in Russ.).
21. Leonhardt U., Philbin T. G. Transformation optics and the geometry of light. Prog. Opt. 2009. Vol. 53. P. 69 –152.
22. Barkovskii L. M., Borzdov G. N., Lavrinenko A. V. Fresnel’s reflection and transmission operators for stratified gyroanisotropic media. J. Phys. A: Math. Gen. 1987. Vol. 20, No. 5. P. 1095–1106.
23. Novitsky A. V., Barkovskii L. M. Operator matrices for describing guiding propagation in circular bianisotropic fibres. J. Phys. A: Math. Gen. 2005. Vol. 38, No. 2. P. 391– 404.
24. Novitsky A. V., Barkovsky L. M. Matrix approach for light scattering from a multilayered rotationally symmetric bianisotropic sphere. Phys. Rev. A. 2008. Vol. 77, No. 2. Article ID 033849.
25. Qiu C.-W., Li L.-W., Yeo T.-S., et al. Scattering by rotationally symmetric anisotropic spheres: Potential formulation and parametric studies. Phys. Rev. E. 2007. Vol. 75, issue 2. Article ID 026609.
26. Fedorov F. I. Teoriya girotropii. Minsk, 1976 (in Russ.).
Опубликована
2017-04-04
Как цитировать
NOVITSKY, A. V.; ALVAREZ RODRIGUEZ, R. J.; GALYNSKY, V. M.. Сферические бесселевы решения уравнений Максвелла в неоднородных вращательно-симметричных средах. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, [S.l.], n. 1, p. 52-60, апр. 2017. ISSN 2520-2243. Доступно на: <http://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/9>. Дата доступа: 23 сен. 2017