19 мая 2016г.
Описан метод исследования эффективного показателя преломления нанокомпозита состава «металлические наночастицы-диэлектрик» с поглощением в оптическом спектре частот.
Ключевые слова: эффективные материальные параметры, нанокомпозитные среды. Введение.
Композитные среды с наночастицами металлов (метаматериалы) крайне перспективны для создания различных оптических устройств благодаря отличному от традиционных материалов показателю преломления, и возможности создания сред с заданными свойствами под необходимое прикладное применение.
Для проектирования метаматериалов необходимо определение эффективных материальных параметров для описания оптических свойств среды с использованием показателя преломления или диэлектрической проницаемости. Одним из часто используемых методов является метод S-матриц [1], который позволяет определить эффективный показатель преломления по известным коэффициентам отражения и пропускания (S- параметрам) для определения эффективных параметров композитов. Данный метод активно используется для определения свойств экспериментальных структур в гига- и терагерцовых диапазонах длин волн, в том числе с магнитными свойствами [2]. В число главных преимуществ данного метода входит отсутствие ограничений по количеству, форме и материалу составляющих компонентов композита, что ярко отличает метод от наиболее часто используемых теорий эффективной среды (например, приближения Максвелл-Гарнетта) [3].
Данный метод не всегда однозначно описывает композиты с комплексными эффективными параметрами и поглощение [4]. В связи с этим, для применения метода S-матриц в оптическом диапазоне длин волн падающего излучения необходимо определение применяемости в конкретных случаях. Особый интерес представляет применение метода S-матриц для описания свойств композитов «серебряные наночастицы-диэлектрик».
Метод S-матрицы
Рассмотрим нанокомпозитную среду состава «металлические частицы-диэлектрическая матрица» при нормальном падении излучения. Пусть включения представляют собой идеально проводящие металлические сферы. Примем, что включения равномерно распределены по всему объему диэлектрика таким образом, что составляют кубическую кристаллическую решетку, в узлах которой расположены частицы. Такую среду можно рассматривать как квазиодномерный фотонный кристалл [4].
Список литературы
1.
Smith, D. R. Determination of effective permittivity and permeability of metamaterials from reflection and transmission coefficients. / D. R. Smith, S. Schultz. // Physical Review B. V. 65. Art. 195104.
2.
Smith, D. R. Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials. / D. R. Smith, D. C. Vier, T. Koschny, C. M. Soukoulis. // Physical Review, 2005. V. 71. Art. 036617.
3. Дьяченко, П. Н. Одномерный фотонный кристалл на основе нанокомпозита: металлические наночастицы-диэлектрик. /П. Н. Дьяченко, Ю. В. Микляев. // Компьютерная оптика, 2007. Т. 31, №1. С. 31-34.
4.
Кадочкин, А.С. Непоглощающий метаматериал с дисперсией эффективного показателя преломления. / А.С. Кадочкин, А.С. Шалин, Н.А. Маслов, А.М. Низаметдинов. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки, 2013. № 4 (28). С. 119–132.
