ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 12
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.12.16
УДК 535.323, 537.874.6
Определение электрофизических параметров металлических фотонных кристаллов в СВЧ и оптическом диапазонах
А. Ю. Ветлужский
Институт физического материаловедения СО РАН, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахъяновой, д. 6
Статья поступила в редакцию 17 ноября 2020 г., после доработки – 16 декабря 2020 г.
Аннотация. Рассматриваются оригинальные методы определения эффективных электрофизических параметров двумерных металлических фотонных кристаллов, применимые в широкой полосе частот – от радио- до видимого диапазонов. В отличие от распространенных в настоящее время аналитических подходов к описанию таких параметров, предметом обсуждения в данной статье являются методы, которые могут быть использованы как для строгого численного анализа, так и для непосредственного практического применения. Показано, что в радио- и инфракрасном диапазонах в первой разрешенной зоне фотонных кристаллов определение их эффективной диэлектрической проницаемости может проводиться либо на основе изучения собственных резонансных свойств пространственно ограниченных структур, либо путем исследования процессов отражения и преломления на их границах. В видимом диапазоне металлические фотонные кристаллы проявляют свойства, во многом сходные со свойствами сплошных металлов. При этом они обладают значительно меньшими тепловыми потерями и положительной, меньшей единицы эффективной диэлектрической проницаемостью, что делает их перспективными для создания различных устройств преобразования оптического излучения. Определение эффективных электрофизических параметров на этих частотах возможно на основе прямого сопоставления амплитудно-фазовых распределений поля в фотонных кристаллах и сплошных средах.
Ключевые слова: фотонные кристаллы, показатель преломления, дисперсия, спектр пропускания.
Abstract. Original methods for determining the effective electrophysical parameters of two-dimensional metallic photonic crystals, applicable in a wide frequency range from radio to visible ranges are researched. In contrast to the currently widespread analytical approaches to describing such parameters, the subject of this article is the methods that can be used both for the rigorous numerical analysis and for the direct practical application. It is shown that in the radio and infrared ranges in the first allowed zone of photonic crystals the determination of their effective dielectric constant can be carried out either on the basis of studying the intrinsic resonance properties of spatially limited structures or by studying the processes of reflection and refraction at their boundaries. In the visible range metallic photonic crystals exhibit properties that are largely similar to those of solid metals. However, photonic crystals have significantly lower heat losses and a positive effective dielectric constant <1. This makes them promising for creating various devices for converting optical radiation. Determination of the effective electrophysical parameters at these frequencies is possible on the basis of a direct comparison of the amplitude-phase distributions of the field in photonic crystals and continuous media.
Key words: photonic crystals, refractive index, dispersion, transmission spectrum.
Литература
1. Банков С.Е. Электромагнитные кристаллы. М.: Физматлит, 2010. 352 с.
2. Simovski C.R., Belov P.A., Atrashchenko A.V., Kivshar Y.S. Wire metamaterials: Physics and applications // Advanced materials. 2012. Vol.24. P.4229-4248.
3. Bleckmann F., Maibach E., Cordes S. et al. Photochromic switching of Fano resonances in metallic photonic crystal slabs // Advanced Optical Materials. 2014. Vol.2. No.9 P.861-865.
4. Palinski T.J., Hunter G.W., Tadimety A., Zhang J.X. Metallic photonic crystal-based sensor for cryogenic environments // Optics Express. 2019. Vol.27. No.7. P.16344-16359.
5. Brown J. Artificial dielectrics having refractive indices less than unity // Proc. Inst. Elect. Eng. 1953. Vol.100. Part IV. Monograph No.62R. P 51-62.
6. Silveirinha M.G., Maslovski S.I. Radiation from elementary sources in a uniaxial wire medium // Phys. Rev. B. 2012. Vol.85. Р.155125 (1-10).
7. Ветлужский А.Ю. Эффективные электрофизические свойства металлических электромагнитных кристаллов // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2015. № 1. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/jan15/index.pdf.
8. Chen Y.-Y., Ye Z. Acoustic attenuation by two-dimensional arrays of rigid cylinders // Phys. Rev. Lett. 2001. Vol.87. No.18. P. 184301(1-4).
9. El-Kady I., Sigalas M. M., Biswas R., Ho K. M., Soukoulis C. M. Metallic photonic crystals at optical wavelengths // Phys. Rev. B. 2000. Vol.62. No.23. P.15299-15302.
Для цитирования
Ветлужский А.Ю. Определение электрофизических параметров металлических фотонных кристаллов в СВЧ и оптическом диапазонах. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.12.16