بخشی از مقاله
چکیده
دراین مقاله فرامادهای لایهای تخت از ترکیب فلز نقره و دیالکتریک SiO 2 برای مد TE طراحی و پیشنهاد شده است، به طوری که فرامادهای ناهمسانگرد و تک محور ایجاد میشود. مشاهده میشود که در فرکانسهایی که گذردهی مؤثر ساختار نزدیک صفر است، تخت بودن جبهه موج در عبور از این ساختار، تا زمانی که پراکندگی از نوع پراکندگی دوقطبی است، حفظ میشود لذا میتوان با ایجاد حفره توخالی در وسط ساختار لایهای به شرط کوچک بودن حفره از تخت بودن جبهه موج اطمینان حاصل کرد که نشان میدهد هر جسمی درون این حفره قرار گیرد نامرئی میشود. شبیه سازیهای المان محدود با استفاده از نرم افزار کامسول نتایج را تایید می-کنند. با استفاده از این ساختار به نامرئیسازی در طول موج مرئی 532nm رسیدهایم.
کلید واژه- فراماده لایهای، گذردهی نزدیک صفر، نامرئیسازی، نظریه محیط موثر
مقدمه
از سال 2006 که اولین مقالهها در زمینه نامرئیسازی در مجله ساینس1 به چاپ رسید 1]،[2 تا کنون روشهای مختلفی از نامرئیسازی مورد بحث و بررسی قرار گرفتهاند. یکی از روشها استفاده از اپتیک تبدیل 1]،2و[3 است که باعث نامرئیسازی کامل میشود و شامل شنلهای نامرئیساز داخلی 1]، 2و[3 ، شنلهای نامرئیساز خارجی [4] و شنل فرشها [5] میباشد. کاهش سطح مقطع پراکندگی اشیاء نیز منجر به کاهش آشکارسازی و در نهایت نامرئی شدن میشود.[6] رویکرد کیفی از نامرئیسازی با بهرهگیری از فرامواد با نزدیک به صفر - ENZ - برای کاهش پراکندگی دو قطبی از یک شئ دلخواه و بزرگ در مرجع 6]،[7 ممکن شده است.
در این مقاله قصد بررسی کاهش سطح مقطع پراکندگی نور از یک ساختار لایهای تخت ناهمسانگرد برای مد TE را که مؤثر آن بسیار نزدیک صفر است، داریم.درواقع دراین مقاله قصد داریم به هدف نامرئیسازی جسمی با ابعاد در محدودهی طول موج نور فرودی برسیم. مبانی نظری اینکار براساس کاهش سطح مقطع پراکندگی کل - و نه براساس اپتیک تبدیل - استوار است. بنابراین دراین روش، برخلاف روش اپتیک تبدیل، سطح مقطع پراکندگی کل به لحاظ نظری دقیقا صفر نخواهد شد. دراین روش کوچک بودن ابعاد جسم در مقایسه با طول موج، که تضمین کننده تقریب دوقطبی است، منجر به سطح مقطع پراکندگی بسیار کوچک خواهد شد.
طراحی فرامادهای ناهمسانگرد و تک محور
ساختاری مطابق شکل - 1 - در نظر میگیریم. این ساختار ترکیبی تناوبی از لایههای فلز و دیالکتریک می باشد که ناهمگنی آن در ابعاد زیر طول موج است به طوریکه سلول واحد آن متشکل از فلز نقره به ضخامت 20nm d1 ودیالکتریک SiO 2 به ضخامت 100 nm d 2 میباشد.
الکتریکی1و دیالکتریک با گذردهی الکتریکی 2است. ناهمگنی در ابعاد زیر طول موج می باشد. نظریه محیطهای موثر گذردهی الکتریکی موثر را در دو راستای موازی و عمود به صورت روابط - 3 - ، - 4 - و - 5 - برای این ساختار پیشنهاد میکند.با توجه به شکل 1 کسر پر شدگی فلز نقره به صورت زیر است[8]ابعاد سلول واحد را نسبت به طول موج کوچک در نظر میگیریم.برای گذردهی ماده پلاسمونیکی از مدل درود-لورنتز استفاده میکنیم. نظریهی درود-لورنتز برای فلزات در فرکانسهای مختلف رابطهی زیر را پیشنهاد می-دهد8]،.[9که در اینجا برای فلز نقره - 1 S 15 14 - 10 pنشان دهنده فرکانس پلاسمای فلز و - 1 S 15 0.032 - 10 ثابت میرایی برای نقره است و سهم گذارهای درون باندی بوده و برای فلز نقره برابر با 5 در نظر گرفته شده است.
گذردهی الکتریکی 2 SiO را 2.13 1 وهمچنین گذردهی الکتریکی فلز نقره با توجه به رابطه - 2 - 2 10.6 0.14i در نظر میگیریم.[8]نظریه محیط هایمؤثر، برای این محیط تانسور گذردهی
الکتریکی
با توجه به روابط و توضیحات فوق گذردهی الکتریکی مؤثراین ساختار در راستای موازی 11 - جهت - z برای طول موج 532nm که طول موج پرکاربردی است بسیار نزدیک به صفر خواهد بود لذا در این طول موج با یک ماده - ENZ - روبهرو هستیم.در مواد - ENZ - صفر بودن ضریب شکست باعث میشود پیشرفت فازی در ماده اتفاق نیفتد و نور پس از ورود به ساختار، فاز خود را حفظ کرده و فاز نور خروجی از ساختار دقیقا برابر با فاز نور قبل از ورود به ساختار است 6]و[8در مرجع[6] نشان داده شده است که جبهه موج ناشی از تابش دو قطبی در ساختار های لایهای تخت - ENZ - ، در طول موجهایی که گذردهی ساختار لایهای صفر میشود، تخت است، لذا مادامی که بتوان از دوقطبی بودن تابش مطمئن بود میتوان از تخت بودن جبهه موج اطمینان حاصل کرد.
نوسان کننده در خلاء به صورت دمبلی شکل بوده و لذا جبهه موج ناشی از آن در خلاء تخت نیست.[9] دراین مقاله با توجه به نتایج مرجع[6] از این واقعیت بهره برده-ایم که یک مادهی - ENZ - میتواند جبهه موج یک تابش دوقطبی را تخت کند. بنابراین هنگامی که یک موج تخت به یک جسم کوچک - پراکندگی دوقطبی - در وسط یک ساختار - ENZ - میتابد به دلیل اینکه جبهه موج ناشی از پراکندگی دوقطبی جسم مانند جبهه موج نور فرودی تخت است لذا حضور جسم برای یک ناظر بیرونی حس نخواهد شد و میتوان گفت جسم نامرئی شده است.
در شکل 2 نحوه انتشار موج تخت TE - میدان الکتریکی در جهت - Z با طول موج 532nm، برای این ساختار با استفاده از نرم افزار کامسول نسخه 5/2 نشان داده شده است. حفظ شدن جبهه موج در عبور از ساختار و به ویژه هنگام خروج از آن به وضوح در شکل مشخص است.
در شکل 3 نحوه انتشار موج تخت - TE - در فراماده شکل - - 1 نشان داده شده است به گونهای که حفرهای کوچک در وسط ساختار ایجاد کردهایم. در شکل3 -الف اندازه شعاع حفره کوچک است - - r 0.2 m و می-توان گفت، تقریب دوقطبی معتبر است و همانطور که در شکل مشاهده میشود، جبهه موج همچنان تخت باقی مانده است.
