Управление распространением электромагнитных волн в метаматериальных структурах с перестраиваемыми характеристиками

Ходзицкий, Михаил Константинович

Управление распространением электромагнитных волн в метаматериальных структурах с перестраиваемыми характеристиками тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Ходзицкий, Михаил Константинович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2013 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Управление распространением электромагнитных волн в метаматериальных структурах с перестраиваемыми характеристиками»

Автореферат диссертации на тему "Управление распространением электромагнитных волн в метаматериальных структурах с перестраиваемыми характеристиками"

Ходзицкий Михаил Константинович

УПРАВЛЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В МЕТАМАТЕРИАЛЬНЫХ СТРУКТУРАХ С ПЕРЕСТРАИВАЕМЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Специальность 01.04.05 — оптика, 01.04.03 —радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2013

1 5 АВГ 2013

005532134

Работа выполнена на кафедре фотоники и оптоинформатики Санкт-Петербургского национального исследойательского университета информационных технологий, механики и оптики

доктор физико-математических наук, профессор Козлов Сергей Аркадьевич

Балошин Юрий Александрович доктор технических наук, профессор, НИУ ИТМО,

профессор кафедры физики

Юревич Владимир Игоревич кандидат физико-математических наук, ООО «Лазерный центр», главный научный сотрудник

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова"

Защита состоится « 20 » июня 2013 года в 15-50 часов в ауд. 466 на заседании диссертационного совета Д 212.227.02 в НИУ ИТМО по адресу: 197101, Санкт-Петербург, пр. Кронверкский, д.49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИУ ИТМО.

Автореферат разослан «20» мая 2013 г.

Ученый секретарь

Специализированного Совета Д 212.227.02, доктор физико-математических наук, профессор

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

/З»-6^* Денисюк И.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В последние годы интенсивно развиваются исследования новых перспективных искусственных структур с необычными свойствами -метаматериалов. В электромагнетизме "метаматериал" является объектом, который приобретает материальные свойства от своей структуры вместо того, чтобы унаследовать их непосредственно от материалов, из которых он составлен. Этот термин часто используется, когда полученный материал обладает свойствами,' которых не имеют естественно сформированные вещества. Потенциальные применения метаматериалов охватывают все области, в которых используется электромагнитное излучение - от космических систем до медицины: узкополосные и широкополосные фильтры, модуляторы, суперлинзы, ответвители, маскирующие покрытия и т.д.

В отличие от обычных материалов "атомами" метаматериалов являются электромагнитные резонансные структуры в виде полуволновых элементов, колец со щелью, спиралей, металлических полос и т.д. Изменяя форму, размеры, взаимное расположение резонаторов, материальные параметры как одиночных элементов, так и сплошной среды можно направленно формировать свойства метаматериалов, более того, изменяя условия резонанса, включая или выключая резонаторы, можно динамично перестраивать свойства искусственных сред. Перспективы управления распространением электромагнитных волн с помощью таких материалов послужили стимулом интенсивной работы большого количества научных коллективов. Динамическое управление электромагнитным излучением внешними полями может осуществляться при включении в состав метаматериалов природных магнетиков, полупроводников, сегнетоэлектриков, жидких кристаллов.

Одним из наиболее интересных направлений является исследование способов динамического управления распространением электромагнитных волн в магнитных метаматериалах с помощью внешнего магнитного поля. Использование магнетиков, например ферритов, в составе фотонного кристалла (такие периодические метаматериальные структуры получили название магнитофотонные кристаллы - МФК) дает возможность управления их спектральными свойствами в режиме реального времени путем изменения внешнего магнитного поля. Изменение положения зон пропускания / непропускания в спектре МФК; резонансных пиков пропускания в зоне непропускания МФК (поверхностных Таммовских колебаний); областей прозрачности в спектре пропускания структур с отрицательными

материальными параметрами «левосторонних сред» дает возможность разработать динамические магнитоуправляемые устройства. Перспективным является также управление свойствами одиночных "атомов" метаматериалов, а также сплошной метаматериальной среды посредством изменения температуры, мощности излучения или взаимного положения/размеров элементов метаматериала. Таким образом, актуальность темы связана с тем, что экспериментальное и теоретическое исследование динамической реакции/отклика метаматериальной структуры на внешнее воздействие является важным этапом в разботке новых типов управляемых приборов и устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн с перестраиваемыми характеристиками (коэффициент пропускания/ отражения, затухание, рабочая частота), а также улучшении характеристик существующих приборов.

Целью работы является экспериментальное исследование динамического управления распространением электромагнитных волн в ограниченных композитных структурах на основе метаматериалов (фотонных кристаллах, мелкодисперсных структурах с отрицательным показателем преломления, маскирующих покрытиях, метапленках с П-образными резонаторами) с помощью внешнего магнитного поля, температуры, мощности излучения и изменения размеров элементов метаматериала.

Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Создание программно-управляемого макета ТГц спектрометра непрерывного режима на основе смешения частот излучения двух полупроводниковых лазеров полутора-микронного диапазона длин волн для исследования спектров пропускания метаматериалов.

2. Разработка методик измерения эффективной диэлектрической проницаемости искусственных сред на основе анализа спектральных характеристик фотонного кристалла и положения областей прозрачности "левосторонней среды".

3. Определение возможности управления положением частоты Таммовского поверхностного состояния, возбужденного на границе магнитофотонного кристалла и метаматериала (фотонного кристалла и системы из проволок), в спектре пропускания метаматериала при помощи внешнего магнитного поля в миллиметровом диапазоне частот.

4. Экспериментальное подтверждение магнитоуправляемой отрицательной рефракции в призме из перовскита-манганита Ьао.7758г0.225МпОз и мелкослоистой периодической структуры феррит/полупроводник, помещенной в волновод в миллиметровом диапазоне частот.

5. Исследование возможности управления распространением электромагнитных волн в магнитной мелкослоистой структуре феррит\полупроводник при изменении толщины слоев и температуры окружающей среды в миллиметровом диапазоне частот.

6. Получение управления огибанием электромагнитными волнами цилиндрических объектов, помещенных в волновод, посредством использования маскирующих гофрированных покрытий с конденсаторами с динамически изменяющейся емкостью в сантиметровом диапазоне длин волн.

7. Анализ влияния геометрических размеров П-образных резонаторов метапленки на положение частоты моды плазмонного резонанса в субмиллиметровом диапазоне длин волн.

Методы исследования:

Экспериментальные спектральные характеристики метаматериалов получены с использованием методики импульсной спектроскопии терагерцового диапазона частот и методики измерения S-параметров четырехполюсника с помощью векторного анализатора цепей (Agilent Network Analyzer PNA-L N5230A) в миллиметровом диапазоне длин волн. Для исследования магниторезонансных свойств метаматериалов использовался метод электронного спинового резонанса. Для исследования распределения напряженности электрического поля вдоль фотонного кристалла в миллиметрового диапазоне длин волн применялся метод малых возмущений и метод ближнеполевого волноводного зонда. Трехмерное численное моделирование процессов распространения электромагнитных волн в исследуемых структурах проводилось с помощью программы CST Microwave Studio. Математическое численное моделирование слоистых структур методом матриц передачи проводилось в программе Matlab.

Защищаемые положения:

1. Экспериментально подтверждено влияние геометрических размеров П-образных резонаторов метапленки на положение частоты моды LC резонанса в частотном диапазоне 0,1-1 ТГц. Численно доказана возможность получения динамически управляемой невидимости цилиндрических объектов, помещенных в волновод, посредством использования маскирующих гофрированных покрытий с конденсаторами с изменяющейся емкостью в сантиметровом диапазоне длин волн. Экспериментально показано, что распространением электромагнитных волн в магнитной мелкослоистой

структуре феррит\полупроводник при условии электронного спинового резонанса в миллиметровом диапазоне длин волн в диапазоне температур 77300 К возможно управлять изменением температуры.

2. Показано, что положением частоты Таммовского поверхностного состояния, возбужденного на границе магнитофотонного кристалла и метаматериала (фотонного кристалла и системы из проволок) в спектре пропускания возможно управлять при помощи внешнего магнитного поля в миллиметровом диапазоне длин волн. Обнаружен сдвиг частоты Таммовского пика прозрачности (узкополосной зоной пропускания) на 10% при намагничивании ферритового слоя.

3. Доказано появление динамически управляемых "левосторонних" свойств в мелкослоистой периодической структуры феррит\полупроводник и в слое перовскита-манганита Lao.775Sr0.225MnO3 при воздействии внешним магнитным полем при условии электронного спинового резонанса в миллиметровом диапазоне длин волн. Экспериментально исследованы магниторезонансные свойства Lao 775S10 225МПО3 перовскита-манганита и получено значение его намагниченности насыщения: 300±10 Гс.

4. Продемонстрирована отрицательная рефракция в призме из перовскита-манганита Lao 775S10 225М11О3 и в призме из мелкослоистой периодической структуры феррит\полупроводник при воздействии внешним магнитным полем при условии электронного спинового резонанса в миллиметровом диапазоне длин волн. Показано, что переключением положительной\отрицательной рефракции в призме из метаматериала возможно управлять при помощи внешнего магнитного поля.

5. Разработана методика измерения диэлектрической проницаемости метаматериала на основе определения эффективной плазменной частоты мелкослоистой левосторонней среды. Получена частотная дисперсия диэлектрической проницаемости перовскита-манганита La0 775Sr0 225MnO3 в миллиметровом диапазоне длин волн и определена его плазменная частота 40.95 ГГц с помощью этой методики. Разработана методика измерения диэлектрической проницаемости метаматериала на основе анализа зонной структуры фотонного кристалла. Получено значение диэлектрической проницаемости для чистой опаловой матрицы 2,1 и для опаловой матрицы с ферритовыми включениями 2,8. Погрешность данной методики составляет 5 %.

Научная новизна работы:

Определяется тем, что в ней впервые:

1. Показано влияние геометрических размеров П-образных резонаторов метапленки на положение частоты моды LC резонанса в частотном диапазоне 0,1—1 ТГц. Численно продемонстрирована динамически управляемая невидимость объектов посредством использования маскирующих гофрированных покрытий с конденсаторами с изменяющейся емкостью в сантиметровом диапазоне длин волн.

2. Показано, что положением частоты Таммовского поверхностного состояния, возбужденного на границе магнитофотонного кристалла и метаматериала в спектре пропускания возможно управлять при помощи внешнего магнитного поля в миллиметровом диапазоне длин волн.

3. Доказано появление магнитоуправляемых "левосторонних" свойств в мелкослоистой периодической структуры феррит\полупроводник и в слое перовскита-манганита Lao.775Sro 225Mn03 в миллиметровом диапазоне длин волн.

4. Показана магнитоуправляемая отрицательная рефракция в призме из перовскита-манганита Lao 775S10 225МПО3 и в призме из мелкослоистой периодической структуры феррит\полупроводник в миллиметровом диапазоне длин волн.

5. Разработаны методики измерения диэлектрической проницаемости метаматериалов на основе определения эффективной плазменной частоты мелкослоистой левосторонней среды и на основе анализа зонной структуры фотонного кристалла.

Достоверность полученных результатов:

Достоверность и обоснованность результатов диссертации обеспечены использованием экспериментальных методик исследований, которые всесторонне апробированы и широко используются, и современной измерительной техники субмиллиметрового и миллиметрового диапазона длин волн (ТГц спектрометр, векторный анализатор цепей PNA-L N5230A). Основные результаты, полученные диссертантом в экспериментальных исследованиях, хорошо согласуются с данными выполненного им трехмерного численного моделирования исследуемых процессов с помощью CST Microwave Studio и математического численного моделирования слоистых структур методом матриц передачи в среде Matlab.

Практическая ценность результатов работы:

Результаты исследований могут быть применены при разработке устройств управления излучением субмиллиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн: продемонстрированный эффект появления поверхностного колебания на границе фотонного кристалла может быть использован для разработки узкополосных полосно-пропускающих управляемых фильтров; разработанные макеты левосторонних сред могут быть использованы при создании управляемых ответвителей, суперлинз, широкополосных фильтров; изготовленные метапленки могут быть использованы в качестве механически управляемых полосно-запираюгцих фильтров; эффект динамически управляемой невидимости может быть использован для создания маскирующих покрытий. Разработанный программно-управляемый макет ТГц спектрометра непрерывного режима на основе смешения частот излучения двух полупроводниковых лазеров полугора-микронного диапазона длин волн и разработанные методики позволяют исследовать спектры пропускания и измерять диэлектрическую проницаемость метаматериалов.

Практическая реализация результатов работы

Результаты работы использовались при выполнении проектов в рамках государственных контрактов федеральных целевых программ.

Апробация основных результатов: Результаты диссертационной работы апробировались на J 0 международных и российских конференциях: EuMW Conference (Париж, Франция, 2010), Days on Diffraction (Санкт-Петербург, 2009, 2010, 2011), International Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves (Харьков, Украина, 2010), Int. Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics (Лондон, Великобритания, 2009; Карлсруэ, Германия, 2010), 0птика-2011 (Санкт-Петербург, 2011), Фундаментальные проблемы оптики (Санкт-Петербург, 2012), Laser Optics (Санкт-Петербург, 2012).

Публикации: Основные результаты диссертации изложены в 27 печатных работах, 9 из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад:

Автором лично спроектированы макеты фотонных кристаллов, левосторонних сред, сред из тонких проволок, проведено моделирование и эксперименты по исследованию отрицательной рефракции и возбуждения

поверхностных электромагнитных колебаний на границе метаматериалов. Диссертант лично участвовал в разработке метапленок для терагерцового диапазона частот и проведении эксперимента. Автором лично проведено моделирование маскирующего гофрированного покрытия с конденсаторами с динамически изменяющейся емкостью. Диссертант лично разработал и апробировал новые методики измерения материальных параметров метаматериалов. Автор лично принимал участие в разработке программно-управляемого макета ТГц спектрометра непрерывного режима на основе смешения частот излучения двух полупроводниковых лазеров полутора-микронного диапазона длин волн для исследования спектров пропускания метаматериалов и проведении тестовых экспериментов. Автор принимал непосредственное участие в обработке и анализе всех представленных в работе экспериментальных данных, а также в написании статей, которые легли в основу данной диссертационной работы.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации — 125 страниц, включая библиографию из 100 наименований. Работа содержит 50 рисунков, размещенных внутри глав.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы ее цель, задачи, перечислены научные положения, выносимые на защиту, определена структура работы.

В первой главе приведен обзор литературы по теме исследования искусственных материалов (метаматериалов). Рассмотрены классы метаматериалов, такие как искусственные диэлектрики, искусственные магнитные среды, киральные среды, бианизотропные среды, среды Веселаго, среды с экстремальными материальными параметрами, электромагнитные кристаллы (фотонные кристаллы) и т.д. Проведен обзор литературных источников по перестраиваемым метаматериалам.

Вторая глава посвящена экспериментальному исследованию условий формирования поверхностных Таммовских колебаний, которые возникают на поверхности фотонного кристалла (ФК), граничащего со средой с отрицательной диэлектрической или магнитной проницаемостями, на частоте равенства импедансов ФК и граничной среды, а также выяснение возможности управления этими колебаниями с помощью внешнего магнитного поля в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне длин волн. Выявлено

возникновение поверхностного колебания на границе магнитофотонного (МФК) с трехслойной ячейкой ("воздух - феррит - кварц") и структуры из тонких металлических проволок (Рис.1). Изучены спектры пропускания структуры этого метаматериала, помещенного в прямоугольный металлический волновод, в зависимости от магнитного поля и показана возможность управления частотным положением пика пропускания, связанного с поверхностным колебанием на границе МФК.

(а)

и о к

3 0,18

СИ

0,09

(б)

я в

•е

0,00

Поверхностное ,колебание

£ ГТц

Рис. 1. Фото МФК с трехслойной ячейкой ("воздух-феррит-кварц"), ограниченного структурой из тонких металлических проволок (а); экспериментальный коэффициент пропускания через такой метаматериал (б).

Показано отличие тангенсов углов наклона зависимостей частотного положения края запрещенной зоны МФК и частотного положения пика пропускания от магнитного поля. Также было исследовано прохождение электромагнитной волны через образец, состоящий из двух ФК (Рис. 2). Первый ФК состоял из слоев феррита и воздуха и поэтому являлся МФК, второй ФК состоял из слоев полистирола и воздуха. Выявлено возникновение поверхностного колебания на границе МФК и ФК (Рис.2) на частоте, находящейся внутри запрещенных зон двух ФК. Показана возможность управления положением частоты этого таммовского поверхностного состояния при помощи внешнего магнитного поля. Намагничивающее поле прикладывалось вдоль поверхности ферритового слоя. Обнаружен сдвиг частоты таммовского пика прозрачности на 10% при намагничивании ферритового слоя. Данные эксперимента хорошо согласуются с теоретическим предсказанием. Учитывая, что увеличение апертуры падающей волны (и соответственно размера образца) должно уменьшить дифракционные потери, что приведет к увеличению добротности резонатора и сужению пика прозрачности, можно надеяться на возможность использования исследуемой системы в качестве магнитоуправляемого фильтра для миллиметрового и субмиллиметрового диапазона частот.

Рис. 2. Фото МФК с двуслойной ячейкой "воздух-феррит", ограниченного ФК с двуслойной ячейкой "воздух-полистирол" (а); схема эксперимента (б); экспериментальный (]) и теоретический (2) коэффициент пропускания через такой метаматериал (в).

Поскольку для разработки и моделирования перестраиваемых устройств нового поколения с использованием метаматериалов следует знать их эффективные диэлектрические проницаемости, то актуальной задачей является создание соответствующих методик измерения материальных параметров. Для упрощения измерения диэлектрической проницаемости метаматериалов, используя только спектральные данные коэффициента прохождения и эффекты в фотонных кристаллах, диссертантом была предложена методика измерения диэлектрической проницаемости метаматериала, основанная на анализе зонной структуры ФК (Рис. 3).

30 35 40

Частота, ГГц

30 35

Частота, ГГц

Рис. 3. Блок-схема экспериментальной установки: 1 - векторный анализатор цепей Agilent PNA-L 5230А; 2, 3 - приемно-передающие порты; 4 -коаксиально-волноводные переходы; 5-прямоугольный волновод; 6-образец; 7 - измерительная ячейка (а); экспериментальный и теоретический спектры пропускания ФК с бислойной ячейкой "теф;юн-№0 5/пп 5Fe204" (б).

("тефлон(2.4

Суть методики заключается в анализе зонных структур ФК с элементарной двуслойной ячейкой ("образец с известной диэлектрической проницаемостью-образец с неизвестной диэлектрической проницаемостью") полученных в эксперименте и теоретическом расчете методом матриц передачи (Рис.3). Методика была апробирована на опаловых матрицах, для которых было получено значение диэлектрической проницаемости для чистой опаловой матрицы 2,1 и для опаловой матрицы с ферритовыми включениями 2,8. Погрешность данной методики составляет 5 %.

Третья глава посвящена исследованию процессов возникновения областей прозрачности в спектрах пропускания метаматериалов, связанных с отрицательностью их эффективных материальных параметров, диэлектрической и магнитной проницаемостей ("левосторонними свойствами"), а также возможности управления знаком и величиной этих эффективных материальных параметров с помощью магнитного поля в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне длин волн.

Рис. 4. Фото установки (а); фото слоистой левосторонней среды "феррит/полупроводник" (б); область прозрачности в спектре структуры "феррит/полупроводник" (в).

Были исследованы спектры пропускания мелкослоистой структуры левосторонней среды (ЛС) "феррит/полупроводник", помещенной в металлический волновод (Рис.4.). Обнаружена область прозрачности в спектре пропускания при отрицательных значениях эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей метаматериала и показана возможность управления областью прозрачности с помощью магнитного поля в окрестности пика электронного спинового резонанса.

С целью реализации сплошной ЛС в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне была исследована структура манганита-перовскита Ьа1_хМхМп03. Специфическая особенность таких материалов - фазовый переход от металлического ферромагнетика к парамагнитному диэлектрическому состоянию. Температура фазового перехода (температура Кюри, Тс) меняется

при изменении концентрации элемента легирования. В исследовавшемся допированном стронцием манганите лантана Ьао 77581-0 ггзМпОз температура Кюри составляла Тс = 350 К.

•Г 7»:

'"" ьу ■ ■ / / : ! Г 7 : '/. / :/ /- 7 Г 1 ■ *. г 1 Г 1 ... А /• ••• РУК ?яг * С^РН • Г Ш 0«г !■ :

я я м зг Магнитное пате. кЗ

зг (а)

22 -Я 1В 28 30. зе Ж 36 38 ф

Частота. ГГц (6)

Рис. 5. (а) Зависимость резонансной частоты от резонансного магнитного поля для перовскита-манганита; (б) Зависимость частотного положения области прозрачности от магнитного поля для слоя перовскита манганита.

Для этого материала была получена зависимость резонансной частоты от резонансного магнитного поля, из которой с помощью формулы Киттеля была рассчитана намагниченность насыщения метаматериала (300 Гс). Продемонстрирована область прозрачности в сплошной ЛС на основе перовскита-манганита и показана возможность управления частотным положением этой области с помощью внешнего магнитного поля (Рис.5). Также было исследовано появление области прозрачности в структуре ФК ("полистирол-кварц")/перовскит-манганит и возможность управления ее частотным положением с помощью магнитного поля. Показана возможность усиления пика поверхностного колебания в метаматериале при совпадении частот области прозрачности и пика поверхностного колебания (Рис.6).

(а)

1 ?№':

Т. о.е.

№=6240 3 |

(в) Частота. ГГц

Рис. 6. Схема (а) и фото (б) структуры ФК (1) "тефлон-кварц'Уманганит-перовскит (2); спектр пропускания структуры ФК / манганит перовскит" при магнитном поле 6240 Э (пик области прозрачности - пунктирная стрелка, Таммовское колебание - сплошная стрелка) (в).

Четвертая глава посвящена созданию ответвителей на основе ЛС, управляемых внешним магнитным полем в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн. Были рассмотрены процессы преломления в призме из "левосторонней среды", помещенной в Т-бразный металлический волновод. Исследованы две структуры с левосторонними свойствами: мелкослоистая структура "феррит-полупроводник" и среда из перовскита-манганита Ьа0 7758г0 225МЮ3 Показана возможность управления переключением положительной отрицательной рефракции в призме из таких метаматериалов при приложении внешнего магнитного поля (Рис.7). Для использования мелкослоистых сред в качестве левых сред с эффективными материальными параметрами был исследован переход левосторонней среды в фотонный кристалл при увеличении толщин слоев. Показано, что при толщинах слоев 2 мм образуется зонная структура в спектре пропускания мелкослоистой структуры в диапазоне частот 20-40 ГГц.

(а)

- »Р (б) «-г»

гтчр!

1 и^Л^А^ч/

Ч х •• й Н = 8150 Ов -

\ 4----83!аШ»0

,«»««.831 а(Н-8?®Ое ■

(В)

..........28"

Частота, ГГц

Рис. 7. Фото управляемого ответвителя на основе призмы из мелкослоистой структуры "феррит/полупроводник" (а) и призмы из перовскита-манганита (б), помещенной в Т-образный волновод; Спектр пропускания через "прямой канал" (831) и "перпендикулярный" канал (821) при магнитном поле Н=0 Э и Н=8150 Э (в).

Для получения частотной дисперсии диэлектрической проницаемости ЛС была разработана методика измерения отрицательной диэлектрической проницаемости на основе определения эффективной плазменной частоты ЛС (Рис.8).

dj= 0.02mm; dm=0.5mm

0.31

1 H=1100 0e-

2...........H=1930 Oe

3-—H=27GCOe

4.........H=3420 Oe

5 H=4430 Oe

25 30 35

Частота, ГГц (a)

• ........... ■ - - -:" " ' ' '■ - '

■J

' ® fp= 40.95 GHz . ; ' -

25 30 35 40 45

Частота, ГГц (б)

Рис.8 (а) Зависимость частотного положения зоны прозрачности мелкослоистой JIC от магнитного поля; (б) Частотная дисперсия диэлектрической проницаемости манганита перовскита La0 775S10 225М11О3

Пятая глава посвящена исследованию управления распространением электромагнитных волн в метаматериалах с помощью геометрических размеров одиночных резонаторов, температуры, изменения емкости конденсаторов зазором. Периодические структуры на основе таких субволновых резонаторов позволяют получать заданный отклик на внешнее электромагнитное излучение.

Рис. 9. (а) Фото метапленки и направление перестройки; (б) экспериментальные спектры коэффициентов прохождения метапленок на ситалловой подложке. Числами обозначены кривые для резонаторов с различными геометрическими параметрами (сторона / глубина зазора / период решетки, мкм): 2 -282/169/423 мкм; 3 - 195/117/293 мкм; 4 - 152/91/228 мкм; 5 - 126/76/189 мкм; 6 - 108/65/162 мкм; 7 - 96/58/144 мкм; 8 - 87/52/131 мкм; 9 - 79/47/119 мкм. Стрелками на графиках отмечены ЬС-резонансы.

В качестве структурной единицы композитной среды метаматериала был выбран металлический П-образный резонатор микронных размеров, представляющий собой аналог сосредоточенного КС-контура, образованного индуктивной петлей с емкостью. Были исследованы закономерности электродинамического подобия в двумерных метаматериалах (метапленках) ТГц диапазона частот, которые представляли собой совокупность таких П-образных металлических резонаторов, расположенных в узлах квадратной решетки. Показана возможность управления положением частоты моды ЬС резонанса при пропорциональном изменении геометрических размеров П-образных резонаторов метапленки в частотном диапазоне 0,1-1 ТГц (Рис.9), что может быть использовано при разработке механически перестраиваемого фильтра на метаматериалах.

Для управления скрытием объемных объектов была рассмотрена структура гофрированного металлического покрытия с конденсаторами, помещенными в зазор между металлическими пластинами с параболическим профилем. Численно показана возможность получения динамически управляемой (включения/выключения) невидимости цилиндрических объектов при динамическом изменении суммарной емкости конденсаторов в зазоре от 0.4 до 0.36 пФ в сантиметровом диапазоне длин волн (Рис.10).

, И

____ , [I \

(а) конденсаторы объект (б) «

Емкость, пФ

Рис. 10. (а) Схема маскирующего покрытия; (б) Зависимость пропускания маскирующего покрытия от значения емкости конденсаторов на частоте.

Для управления свойствами пропускания метаматериала с помощью температуры была рассмотрена мелкослоистая структура "феррит/полупроводник" в металлическом волноводе, помещенном в дьюар с жидким азотом. Показана возможность управления потерями в таком метаматериале при уменьшении температуры от 300 К до 77 К в диапазоне частот 20-40 ГГц при условии электронного спинового резонанса при магнитном поле 5920 Э.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Экспериментально подтверждено влияние геометрических размеров П-образных резонаторов метапленки на положение частоты моды плазмонного резонанса в частотном диапазоне 0,1-1 ТГц.

2. Численно доказана возможность получения динамически управляемой невидимости цилиндрических объектов, помещенных в волновод, посредством использования маскирующих гофрированных покрытий с конденсаторами с изменяющейся емкостью в сантиметровом диапазоне длин волн.

3. Экспериментально показано, что распространением электромагнитных волн в магнитной мелкослоистой структуре феррит\полупроводник при условии электронного спинового резонанса в миллиметровом диапазоне длин волн в диапазоне температур 77-300 К возможно управлять изменением температуры.

4. Показано, что положением частоты Таммовского поверхностного состояния, возбужденного на границе магнитофотонного кристалла и метаматериала (фотонного кристалла и системы из проволок), в спектре пропускания возможно управлять при помощи внешнего магнитного поля в миллиметровом диапазоне длин волн. Обнаружен сдвиг частоты Таммовского пика прозрачности (узкополосной зоной пропускания) на 10% при намагничивании ферритового слоя.

5. Доказано появление динамически управляемых "левосторонних" свойств в мелкослоистой периодической структуры феррит\полупроводник и в слое перовскита-манганита La0 775Sr0 225MnO3 при воздействии внешним магнитным полем при условии электронного спинового резонанса в миллиметровом диапазоне длин волн.

6. Экспериментально исследованы магниторезонансные свойства Lao 775$1"о.225МпОз перовскита-манганита и получено значение его намагниченности насыщения 300±10 Гс.

7. Продемонстрирована отрицательная рефракция в призме из перовскита-манганита Lao 775Sro225Mn03 и в призме из мелкослоистой периодической структуры феррит\полупроводник при воздействии внешним магнитным полем при условии электронного спинового резонанса в миллиметровом диапазоне длин волн.

8. Показано, что переключением положительной\отрицательной рефракции в призме из метаматериала возможно управлять при помощи внешнего магнитного поля.

9. Разработана методика измерения диэлектрической проницаемости метаматериала на основе определения эффективной плазменной частоты мелкослоистой левосторонней среды. Получена частотная дисперсия диэлектрической проницаемости перовскита-манганита La<,.775Sr0 225МПО3 в миллиметровом диапазоне длин волн и определена его плазменная частота 40.95 ГГц с помощью этой методики.

Ю.Разработана методика измерения диэлектрической проницаемости метаматериала на основе анализа зонной структуры фотонного кристалла. Получено значение диэлектрической проницаемости для чистой опаловой матрицы 2,1 и для опаловой матрицы с ферритовыми включениями 2,8. Погрешность данной методики составляет 5 %.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в индексируемых журналах, рекомендованных ВАК:

1. Khodzitsky М.К., Kalmykova T.V., Tarapov S.I. et al. Left-handed behavior of strontium-doped lanthanum manganite in the millimeter waveband // Applied Physics Letters. 2009. Vol. 95. № 8. P. 082903-082905.

2. Khodzitsky M.K., Bulgakov A.A., Shramkova O.V. et al. Transmission of electromagnetic waves in a magnetic fine-stratified structure // JOSA B. 2009. Vol. 26. № 12. P. 156-160.

3. Ходзицкий M.K., Белозоров Д.П., Тарапов С.И. и др. Особенности Таммовских состояний в магнитофотонных кристаллах в сверхвысокочастотном диапазоне // Материаловедение. 2009. Т. 5. С. 22-25.

4. Тарапов С.П., Ходзицкий М.К., Черновцев С.В. и др. Управление частотой таммовского СВЧ состояния // Физика твердого тела. 2010. Т. 52. № 7. С. 1332-1335.

5. Khodzitsky М.К., Tarapov S.I., Belozorov D.P. et al. Negative permittivity and left-handed behavior of doped manganites in millimeter waveband // Applied Physics Letters. 2010. T. 97. № 13. C. 131912-131915.

6. Возианова A.B., Ходзицкий M.K. Маскирующее покрытие на основе спиральных резонаторов// Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2012. № 4 (80). С. 28-34.

7. Веденеев А.В., Ионина Н.В., Орлов В.В., Рохмин А.С., Седых Е.А., Ходзицкий М.К., Козлов С.А. Система накачки инфракрасным излучением для источника непрерывного терагерцового излучения с программным управлением // Научно-технический вестник инфор-мационных технологий, механики и оптики. 2012. № 4(80). С. 23-28.

8. Gurvitz Е.А., Sedykh Е.А., Khodzitskiy М.К. Nonlinear cloaking at microwave frequencies //Proc. SPIE. 2012. Vol. 8455. P. 845532-1-845532-6.

9. Терехов Ю.Е., Ходзицкий M.K., Белокопытов Г.В. Характеристики метапленок для терагерцового диапазона частот при масштабировании геометрических параметров // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 1(83). С. 55-60.

Главы книги:

10. Girich A, Khodzitsky М., Nedukh S., Tarapov S. Experimental Analysis of Metamaterials' Spectra to Design Tunable THz-GHz Passive Devices // Terahertz and Mid Infrared Radiation. Springer. 2011. P. 159-164.

11. Khodzitsky M., Nedukh S. Microwave Features of Optic Photonic Crystals // Terahertz and Mid Infrared Radiation. Springer. 2011. P. 123-126.

Статьи в других изданиях:

12. Tarapov S.I., Khodzitsky M.K., Chernovtsev S.V. et al. The mmW band Tamm states in one-dimensional magnetophotonic crystals // Solid State Phenomena. 2009. Vol. 152-153. P. 394-396.

13. Khodzitsky M.K., Kostylyova O.V., Shramkova O.V. et al. Surface waves on the interface of magneto-photonic crystal and semiconductor // In.: Proceedings of 3rd International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. London. UK. 2009. P.230-232.

14. Khodzitsky M.K., Girich A.A., Tarapov S.I. et al. Experimental investigation of left-handed medium properties of semiconductor-ferrite composite in millimetre waveband // In.: Proceedings of 3rd International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. London. UK. 2009. P.590-592.

15. Khodzitsky M.K., Kalmykova T.V., Tarapov S.I. et al. Amplification of intensity of Tamm peak on the boundary LHM/photonic crystal // In.: Proceedings of 3rd International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. London. UK. 2009. P.647-649.

16. Khodzitsky M.K., Danin V.O., Tarapov S.I. Experimental verification of left-handed properties of manganite-perovskite metamateral in microwave band // In.:

Proceedings of International Conference "Days on Diffraction". Russia. Saint Petersburg. 2010. P.l 10-111.

17. Tarapov S.I., Belozorov D.P., Khodzitsky M.K. Technique of measuring the effective constitutive parameters of metamaterials// In.: IEEE Proceedings of 2nd Int. THz Radiation Workshop. Turkey. Turunch-Marmaris. 2010. P.259-260.

18. Shramkova O.V., Khodzitsky M.K., Tarapov S.I. et al. Microwave properties of magnetic periodic multilayered structures // In.: EuMA Proceedings of European Microwave Week Conference. France. Paris. P. 1421-1424.

19. Girich A.A., Khodzitsky M.K., Shramkova O.V. et al. Influence of dissipative processes on the propagation of electromagnetic waves in a magnetic fine-stratified structure // In.: IEEE Proceedings of International Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves. Ukraine. Kharkov. 2010. P. 1-3.

20. Nedukh S.V., Girich A.A., Kharchenko A.A., Khodzitsky M.K. et al. Magnetoresonance features of strontium-doped lanthanum manganites-perovskites in microwave band // In.: IEEE Proceedings of International Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves. Ukraine. Kharkov. 2010. P. 1-3.

21. Strashevskyi A.V., Khodzitsky M.K., Tarapov S.I. Photonic crystals based on manganite-perovskite structure// In.: IEEE Proceedings of International Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves. Ukraine. Kharkov. 2010. P. 1-3.

22. Kharchenko G.O., Khodzitskiy M.K., Nedukh S.V. Investigation of surface oscillations in photonic crystal bounded with thin manganite film// In.: IEEE Proceedings of International Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves. Ukraine. Kharkov. 2010.P.1-3.

23. Polevoy S.Yu., Chernovtsev S.V., Khodzitskiy M.K., Tarapov S.I. Recording of electromagnetic field distribution in ID-periodical structures// In.: IEEE Proceedings of International Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves. Ukraine. Kharkov.2010. P.l-3.

24. Girich A., Khodzitsky M., Tarapov S. Experimental verification of negative refraction of semiconductor-ferrite prism in millimeter waveband // In.: Proceedings of 4th International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. Germany. Karlsruhe. 2010. P.159-161.

25. Kharchenko G., Khodzitsky M., Kharchenko P. Spectra peculiarities of bi-periodical magnetophotonic crystal in microwave bandII In.: Proceedings of 4th International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. Germany. Karlsruhe. 2010. P.564-566.

26. Терехов Ю.Е., Ходзицкий М.К., Журавлев A.B., Белокопытов Г.В. Расчёт характеристик метаплёнок в ТГц диапазоне при масштабировании геометрических параметров //В кн.: Труды VII международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики» «ФПО - 2012». Россия. Санкт-Петербург. 2012. С.346-348.

27. Гурвиц Е.А., Седых Е.А., Ходзицкий М.К. Нелинейное управление параметрами гофрированного маскирующего покрытия // В кн.: Труди VII международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики» «ФПО -2012». Россия. Санкт-Петербург. 2012. С.348-350.

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении «Университетские телекоммуникации» 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14 Тел. (812)233 46 69. Объем 1,0 у.п.л. Тираж 100 экз.

Текст научной работы диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Ходзицкий, Михаил Константинович, Санкт-Петербург

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

На правах рукописи

04201

Ходзицкий Михаил Константинович

УПРАВЛЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В МЕТАМАТЕРИАЛЬНЫХ СТРУКТУРАХ С ПЕРЕСТРАИВАЕМЫМИ

ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Специальность 01.04.05 - оптика, 01.04.03 - радиофизика Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель: доктор физ.-мат. наук Козлов С. А.

Санкт-Петербург, 2013 г.

Оглавление

Перечень условных сокращений..........................................................................................................4

Введение........................................................................................................................................................................5

Глава 1. Обзор литературы по исследованию метаматериалов....................18

1.1 Поиск определения «метаматериал»........................................................................................18

1.2 Классы метаматериалов......................................................................................................................22

1.2.1. Искусственные диэлектрики..................................................................................................22

1.2.2. Искусственные магнетики......................................................................................................23

1.2.3. Киральные среды....................................................................................................................................23

1.2.4 Анизотропные и бианизотропные метаматериалы..................................24

1.2.5 Среда Веселаго..........................................................................................................................................25

1.2.6 Среды с экстремальными параметрами..................................................................26

1.2.7 Среда РЕМС...........................................................................27

1.2.8 Волноводная среда................................................................................................................................29

1.2.9 Электромагнитные кристаллы..........................................................................................29

1.3 Перестраиваемые метаматериалы..........................................................................................30

1.4 Выводы по главе 1................................................................................................................................33

Глава 2. Исследование поверхностных колебаний в структуре

магнитофотонный кристалл/непрозрачная среда......................................................34

2.1 Обнаружение поверхностных колебаний в структуре магнитофотонный кристалл/система тонких проволок................................................35

2.2 Обнаружение поверхностных колебаний в структуре магнитофотонный кристалл/фотонный кристалл................................................................45

2.3 Методика измерения распределения электромагнитного поля в

фотонном кристалле........................................................................................................................................47

2.4. Методика измерения эффективной диэлектрической проницаемости сложной композитной среды на основе анализа зонной структуры

фотонного кристалла....................................................................................................................................51

2.5 Выводы по главе 2..................................................................................................................................53

Глава 3. Обнаружение области прозрачности в структурах с

"левосторонними" свойствами................................................... 54

3.1 Феррит/полупроводник........................................................... 54

3.2. Манганит-перовскит............................................................. 65

3.2.1. Измерение намагниченности насыщения манганита- 65 перовскита..................................................................................

3.2.2. Обнаружение "левосторонних" свойств манганита-перовскита в структуре фотонный кристалл/перовскит-манганит. 68

3.3 Выводы по главе 3................................................................. 73

Глава 4. Исследование процессов преломления в призме из "левосторонней" среды.............................................................. 74

4.1. Исследование процессов преломления в призме из перовскита-манганита................................................................................. 74

4.2. Исследование процессов преломления в призме из мелкослоистой

структуры феррит\полупроводник................................................. 81

4.3 Выводы по главе 4................................................................ 88

Глава 5. Исследование управления распространением электромагнитных волн в метаматериалах с помощью геометрических

размеров резонаторов, температуры, емкости конденсаторов............ 89

5.1. Управление распространением электромагнитных волн в метаматериалах с помощью изменения геометрических одиночных размеров резонаторов................................................................. 89

5.2 Разработка программно-управляемого макета ТГц спектрометра непрерывного режима.................................................................. 98

5.3. Управление распространением электромагнитных волн в метаматериалах с помощью изменения емкости конденсаторов.............. 102

5.4. Управление распространением электромагнитных волн в

метаматериалах с помощью изменения температуры........................... 109

5.5 Выводы по главе 5.................................................................. 112

Заключение............................................................................... 113

Список литературы.................................................................. 115

Перечень условных сокращений

ВБР - резонанс Вульфа-Брэгга: JTC - левосторонняя среда; МФК - магнитофотонный кристалл; ПК - поверхностное колебание; ПС - правая среда;

ОМП - отрицательная магнитная проницаемость;

РИП - пик равенства импедансов;

ТГц - терагерцовый;

СВЧ - сверхвысокие частоты;

СТП - среда из тонких проволок;

ФК - фотонный кристалл;

ФМР - ферромагнитный резонанс;

ЭСР - электронный спиновый резонанс;

DPS - среда с положительными материальными параметрами;

DNG - среда с отрицательными материальными параметрами;

ENZ - материал с близкой к нулю диэлектрической проницаемостью;

EVL - материал с очень большой диэлектрической проницаемостью;

IEM - материал с бесконечной диэлектрической проницаемостью;

ИМ - материал с бесконечным показателем преломления;

IMM - материал с бесконечной магнитной проницаемостью;

РЕС - идеальный электрический проводник;

РЕМС - идеальный электромагнитный проводящий материал;

РМС - идеальный магнитный проводник;

PML - идеально согласующий слой;

ZEM - материал с нулевой диэлектрической проницаемостью; ZIM - материал с нулевым показателем преломления; ZMM - материал с нулевой магнитной проницаемостью.

Введение

В последние годы интенсивно развиваются исследования новых перспективных искусственных структур с необычными свойствами -метаматериалов. В электромагнетизме "метаматериал" является объектом, который приобретает материальные свойства от своей структуры вместо того, чтобы унаследовать их непосредственно от материалов, из которых он составлен. Этот термин часто используется, когда полученный материал обладает свойствами, которых не имеют естественно сформированные вещества. Потенциальные применения метаматериалов охватывают все области, в которых используется электромагнитное излучение - от космических систем до медицины: узкополосные и широкополосные фильтры, модуляторы, суперлинзы, ответвители, маскирующие покрытия и т.д.

сегнетоэлектриков, жидких кристаллов.

Одним из наиболее интересных направлений является исследование способов динамического управления распространением электромагнитных

волн в магнитных метаматериалах с помощью внешнего магнитного поля. Использование магнетиков, например ферритов, в составе фотонного кристалла (такие периодические метаматериальные структуры получили название магнитофотонные кристаллы - МФК) дает возможность управления их спектральными свойствами в режиме реального времени путем изменения внешнего магнитного поля. Изменение положения зон пропускания / непропускания в спектре МФК; резонансных пиков пропускания в зоне непропускания МФК (поверхностных Таммовских колебаний); областей прозрачности в спектре пропускания структур с отрицательными материальными параметрами «левосторонних сред» дает возможность разработать динамические магнитоуправляемые устройства. Перспективным является также управление свойствами одиночных "атомов" метаматериалов, а также сплошной метаматериальной среды посредством изменения температуры, мощности излучения или взаимного положения/размеров элементов метаматериала.

Таким образом, актуальность темы связана с тем, что экспериментальное и теоретическое исследование динамической реакции/отклика метаматериальной структуры на внешнее воздействие является важным этапом в разботке новых типов управляемых приборов и устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн с перестраиваемыми характеристиками (коэффициент пропускания/ отражения, затухание, рабочая частота), а также улучшении характеристик существующих приборов.

Целью диссертационной работы является экспериментальное исследование динамического управления распространением

электромагнитных волн в ограниченных композитных структурах на основе метаматериалов (фотонных кристаллах, мелкодисперсных структурах с отрицательным показателем преломления, маскирующих покрытиях, метапленках с П-образными резонаторами) с помощью внешнего магнитного

поля, температуры, мощности излучения и изменения размеров элементов метаматериала.

Для достижения цели решались следующие задачи:

4. Экспериментальное подтверждение магнитоуправляемой отрицательной рефракции в призме из перовскита-манганита Ьао.775$го.225Мп03 и мелкослоистой периодической структуры феррит/полупроводник, помещенной в волновод в миллиметровом диапазоне частот.

конденсаторами с динамически изменяющейся емкостью в сантиметровом диапазоне длин волн.

7. Анализ влияния геометрических размеров П-образных резонаторов метапленки на положение частоты моды плазмонного и LC резонанса в субмиллиметровом диапазоне длин волн.

Методы исследования:

Экспериментальные спектральные характеристики метаматериалов получены с использованием методики импульсной спектроскопии терагерцового диапазона частот и методики измерения S-параметров четырехполюсника с помощью векторного анализатора цепей (Agilent Network Analyzer PNA-L N523 OA) в миллиметровом диапазоне длин волн. Для исследования магниторезонансных свойств метаматериалов использовался метод электронного спинового резонанса. Для исследования распределения напряженности электрического поля вдоль фотонного кристалла в миллиметрового диапазоне длин волн применялся метод малых возмущений и метод ближнеполевого волноводного зонда. Трехмерное численное моделирование процессов распространения электромагнитных волн в исследуемых структурах проводилось с помощью программы CST Microwave Studio. Математическое численное моделирование слоистых структур методом матриц передачи проводилось в программе Matlab.

Защищаемые положения:

феррит\полупроводник при условии электронного спинового резонанса в миллиметровом диапазоне длин волн в диапазоне температур 77-300К возможно управлять изменением температуры.

3. Доказано появление динамически управляемых "левосторонних" свойств в мелкослоистой периодической структуры феррит\полупроводник и в слое перовскита-манганита Ьао.775$Го.225МпОз при воздействии внешним магнитным полем при условии электронного спинового резонанса в миллиметровом диапазоне длин волн. Экспериментально исследованы магниторезонансные свойства Ьа0.775$Г0.225МпОз перовскита-манганита и получено значение его намагниченности насыщения: 300±10 Гс.

4. Продемонстрирована отрицательная рефракция в призме из перовскита-манганита Ьао.7758г0.225МгЮз и в призме из мелкослоистой периодической структуры феррит\полупроводник при воздействии внешним магнитным полем при условии электронного спинового резонанса в миллиметровом диапазоне длин волн. Показано, что переключением положительной/отрицательной рефракции в призме из метаматериала возможно управлять при помощи внешнего магнитного поля.

Ьао.775$го.225МпОз в миллиметровом диапазоне длин волн и определена его плазменная частота 40.95 ГГц с помощью этой методики. Разработана методика измерения диэлектрической проницаемости метаматериала на основе анализа зонной структуры фотонного кристалла. Получено значение диэлектрической проницаемости для чистой опаловой матрицы 2,1 и для опаловой матрицы с ферритовыми включениями 2,8. Погрешность данной методики составляет 5 %. Научная новизна работы: Определяется тем, что в ней впервые:

1. Показано влияние геометрических размеров П-образных резонаторов метапленки на положение частоты моды ЬС резонанса в частотном диапазоне 0,1-1 ТГц. Численно продемонстрирована динамически управляемая невидимость объектов посредством использования маскирующих гофрированных покрытий с конденсаторами с изменяющейся емкостью в сантиметровом диапазоне длин волн.

3. Доказано появление магнитоуправляемых "левосторонних" свойств в мелкослоистой периодической структуры феррит/полупроводник и в слое перовскита-манганита Ьа0.775$Г0.225МпОз в миллиметровом диапазоне длин волн.

4. Показана магнитоуправляемая отрицательная рефракция в призме из перовскита-манганита Ьао.775$го.22зМпОз и в призме из мелкослоистой периодической структуры феррит/полупроводник в миллиметровом диапазоне длин волн.

5. Разработаны методики измерения диэлектрической проницаемости метаматериалов на основе определения эффективной плазменной

частоты мелкослоистой левосторонней среды и на основе анализа зонной структуры фотонного кристалла.

Достоверность полученных результатов:

Достоверность и обоснованность результатов диссертации обеспечены использованием экспер