بخشی از مقاله
چکیده - ما خصوصیات یک ماده چپگرد با ضریب شکست منفی را بررسی کرده ایم . یک ساختار دو بعدی پریودیک تشکیل شده از آرایه هایی از سیم ها و حلقه های شکاف دار را بررسی می کنیم که در بستری از شیشه چلکوجناید قرار گرفته است. با تنظیم ابعاد حلقه ها و فاصله بین سیم ها به مقدار مشخص، ماده ترکیبی حاصل می تواند ضریب شکست منفی که با شدت نور فرودی بصورت غیر خطی متناسب است را در ناحیه طول موجی فروسرخ نزدیک به نمایش بگذارد.
ٌ- مقدمه
مواد چپگرد - موادی که همزمان دارای گذردهی الکتریکی منفی و تراوایی مغناطیسی منفی هستند - که در ابتدا توسط آقای وسلاگو پیشنهاد شد ]ٌ.[ این زمینه تحقیقاتی پس از اینکه اولین ایده برای ساخت آن ها مطرح شد علاقمندی های بسیار زیادی را در بین فیزیکدانان ایجاد کرده است. تاکنون روشهای زیادی برای بدست آوردن LHM ابداع شده اند که از جمله آنها می توان به فرامواد ترکیبی و ساختار های بلور فوتونی اشاره کرد.
در بین این روشها استفاده از فرامواد به عنوان یکی از اولی ترین پیشنهاد مطرح شده در این زمینه همچنان بعنوان ابزاری قدرتمند در طراحی مواد چپگرد مورد استفاده قرار می گیرند. در این مواد از سیم های فلزی برای تولید گذردهی الکتریکی منفی و از حلقه های شکاف دار برای تهیه تراوایی مغناطیسی منفی استفاده می شود. اگر این مجموعه در بستری از یک دی الکتریک دارای خاصیت کر که دارای ضریب شکست وابسته به شدت موج اعمالی قوی است قرار گیرد، ترکیبی از چپگردی و خصوصیات غیر خطی را داریم که می تواند کاربردهای زیادی را در صنعت داشته باشد که از آن جمله می توان به کوپلر های غیر خطی با جهت مخالف اشاره کرد]َ.[
شیشه های چلکوجناید در ناحیه طول موجی ذکر شده کاندید مناسبی برای استفاده به عنوان ماده دی الکتریک زمینه می باشد که علاوه بر شفاف بودن در آن ناحیه، دارای ضریب شکستی است که به مقدار بسیار مناسبی وابسته به شدت نور فرودی است ]ُ.[ استفاده از شیشه های چلکوجناید در فرا مواد ها در سالهای اخیر مطرح گردیده است.
با استفاده از این شیشه ها در فرامواد نوعی سویچ الکترواپتیکی ساخته می شود ]ِ.[ ما در اینجا با استفاده از این دی الکتریک می توانیم ماده ای با ضریب شکست منفی بسازیم که ضریب شکست آن وابسته به شدت نور فرودی است و با افزایش و کاهش شدت نور فرودی ساختار را از راستگرد به چپگرد و برعکس تبدیل می کنیم. در این مقاله ما از رهیافتی که برای اولین بار توسط گروه کیوشار برای بدست آوردن ماده چپگرد غیر خطی مطرح شد استفاده کرده ایم ]ّ.[
ٍ- تئوری
ساختار تحت بررسی ما یک ساختار ترکیبی دو بعدی است که از یک شبکه مربعی از آرایه های پریودیک سیم های رسانا و نوسانگر های حلقه- شکافته مطابق شکل ٌ تشکیل شده است. اندازه سلول واحد d ساختار باید از اندازه طول موج میدان الکترومغناطیسی منتشر شده در محیط بسیار کوچکتر باشد. برای سادگی ما حلقه- شکافته ها را به صورت استوانه هایی تک حلقه ای در نظر می گیریم اما نتیجه می تواند به حالت های با حلقه شکافته های دوگانه نیز تعمیم داده شود.
منفی شدن گذردهی الکتریکی ناشی از سیم های فلزی و منفی شدن پذیرفتاری ناشی از حلقه-شکافته هاست. پاسخ غیر خطی ساختار ترکیبی از دو سهم ناشی می شود. اولین سهم ناشی از ضریب گذردهی الکتریکی وابسته به شدت شیشه چلکوجناید است. سهم دوم ناشی از شبکه حلقه- شکافته هاست و این بدان دلیل است که ظرفیت SRR و بنابراین ویژه فرکانس SRR به شدت میدان الکتریکی موضعی در شکاف باریک بستگی دارد.
