Безотражательное прохождение электромагнитных волн при нормальном падении на симметричную трехслойную структуру, содержащую слой с отрицательной диэлектрической проницаемостью

Abstract

Эффект безотражательного нормального прохождения электромагнитных волн через симметричные трехслойные структуры, содержащие слой с отрицательной диэлектрической проницаемостью, вызывает большой интерес. Это обусловлено как необычным характером этого эффекта, так и его уникальными техническими приложениями. Вместе с тем эффект безотражательного прохождения электромагнитных волн исследован еще недостаточно хорошо и не все его особенности найдены и описаны. К настоящему времени эффект безотражательного прохождения рассмотрен лишь для некоторых конкретных значений диэлектрических проницаемостей и толщин симметричной трехслойной структуры. В данной работе использован общий подход, основанный на введении безразмерных толщин слоев структуры. Он позволяет исследовать эффект безотражательного прохождения электромагнитных волн безотносительно к какому-то конкретному диапазону длин волн. Показано, что наличие в трехслойной структуре слоя с отрицательной диэлектрической проницаемостью приводит к существенному изменению спектра отражения электромагнитных волн. Найдено, что в спектре отражения электромагнитных волн существуют широкие области слабого отражения. Шириной этих областей можно эффективно управлять, изменяя величину отрицательной диэлектрической проницаемости среднего слоя трехслойной структуры. Изучено влияние потерь энергии в среднем слое трехслойной структуры на спектр отражения электромагнитных волн. Полученные результаты имеют важное прикладное значение для создания новых устройств электроники, фотоники и фотовольтаики.

Ефект безвідбивного нормального проходження електромагнітних хвиль крізь симетричні тришарові структури, що містять шари з від’ємною діелектричною проникністю, викликає велику зацікавленість. Це зумовлено як незвичайним характером цього ефекту, так і його унікальними технічними застосуваннями. Разом з цим ефект безвідбивного проходження електромагнітних хвиль досліджений ще недостатньо добре і не всі його особливості знайдені та описані. До теперішнього часу ефект безвідбивного проходження розглянутий лише для деяких конкретних значень діелектричної проникності та товщини симетричної тришарові структури. У цій роботі використовується більш загальний підхід, що базується на введенні безрозмірних значень товщини шарів структури. Цей підхід дозволяє досліджувати ефект безвідбивного проходження електромагнітних хвиль безвідносно до якогось конкретного діапазону довжин хвиль. Показано, що наявність у тришаровій структурі шару з від'ємною діелектричною проникністю викликає істотну зміну спектру відображення електромагнітних хвиль. Знайдено, що в спектрі відображення елект-ромагнітних хвиль існують широкі області слабкого відображення. Шириною цих областей можна ефективно керувати, обираючи значення від'ємної діелектричної проникності середнього шару тришарової структури. Вивчено вплив утрати енергії в середньому шарі тришарової структури на спектр відображення електромагнітних хвиль. Отримані результати мають важливе прикладне значення для створення нових приладів електроніки, фотоніки та фотовольтаїки.

The effect of reflectionless normal transit of electromagnetic waves through symmetric three-layered structures containing negative-permittivity layers excites considerable interest. It is stipulated by both an unusual nature of the effect and its unique technical applications. Moreover the electromagnetic-wave reflectionless transit effect has been investigated not enough and not all the peculiarities of the effect have been found and described yet. By now the reflectionless transit effect has been considered only for some concrete values of the permittivity and thickness of a symmetric three-layered structure. In this paper a more general approach based on entering dimentionless values of the thickness of the structure layers is used. This approach makes it possible to study the reflectionless transit effect irrelatively to some concrete wave band. It is shown that the presence of a negative-permittivity layer in a three-layered structure leads to a considerable change in the reflection spectrum of electromagnetic waves. It has been found that in the reflection spectrum of the electromagnetic waves there are wide regions of a weak reflection. The width of these regions can be controlled efficiently by matching a value of the negative permittivity of the middle layer in the three-layered structure. The influence of the energy losses in the middle layer of the three-layered structure on the reflection spectrum of the electromagnetic waves is studied. The obtained results are of great practical importance for developing new devices of electronics, photonics, and photovoltaics.