Сферические бесселевы решения уравнений Максвелла в неоднородных вращательно-симметричных средах
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.
Литература
- Sarychev A. K., Shalaev V. M. Electrodynamics of metamaterials. Singapore, 2007.
- 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.
- 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.).
- 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.
- Pendry J. B., Schurig D., Smith D. R. Controlling electromagnetic fields. Science. 2006. Vol. 312, issue 5781. P. 1780–1782.
- Leonhardt U. Optical conformal mapping. Science. 2006. Vol. 312, issue 5781. P. 1777–1780.
- Pendry J. B., Fernández-Domínguez A. I., Luo Y., et al. Capturing photons with transformation optics. Nat. Phys. 2013. Vol. 9. P. 518–522.
- 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.
- 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.
- 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.
- Poddubny A., Iorsh I., Belov P., et al. Hyperbolic metamaterials. Nat. Photonics. 2013. Vol. 7. P. 958–967. DOI: 10.1038/nphoton.2013.243.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Babenko V. A., Astagyeva L. G., Kuzmin V. N. Electromagnetic scattering in disperse media: Inhomogeneous and anisotropic particles. Chichester, 2003.
- Kravtsov Yu. A., Kravtsov Yu. I. Geometricheskaya optika neodnorodnykh sred. Mosc., 1980 (in Russ.).
- Leonhardt U., Philbin T. G. Transformation optics and the geometry of light. Prog. Opt. 2009. Vol. 53. P. 69–152.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Fedorov F. I. Teoriya girotropii. Minsk, 1976 (in Russ.).
Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:
- Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
- Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).