Я.И. Чижевская − студентка, 

Московский физико-технический институт (государственный университет)

E-mail: yana.chizhevskaya@phystech.edu

С.П. Скобелев − д.ф.-м.н., вед. науч. сотрудник,  ПАО «Радиофизика»;  доцент, 

Московский физико-технический институт (государственный университет)

E-mail: s.p.skobelev@mail.ru

Постановка проблемы. Исследования и разработки широкополосных поглощающих элементов, обеспечивающих высокую эффективность поглощения для любого угла падения электромагнитной волны, представляют большой интерес для ряда приложений. Один из перспективных типов поглощающих элементов, обладающий свойствами, указанными выше, – это так называемая оптическая (или электромагнитная) черная дыра, предложенная в [1].

Цель. Проанализировать сферический поглотитель с отрицательными проницаемостями [8] при реалистичных значениях δ и радиуса центральной части, а также модификации поглотителя, где устраняется скачок мнимых частей ε и μ на его внешней границе, как это было предложено в [6].

Результаты. Рассмотрена задача рассеяния плоской электромагнитной волны на сферическом поглотителе типа «черная дыра» с радиальными профилями диэлектрической и магнитной проницаемостей оболочки, выбранными в виде ε μ( )r = ( )r ~1/ r2 , и с постоянными проницаемостями центральной области. Приведено решение этой задачи в строгой по-

становке как аналитически для базовой модели поглотителя, так и численно с использованием метода конечных элементов для модифицированной модели. Установлены значения эффективности поглощения и эффективное поперечное сечение рассеяния для черных дыр с положительным и отрицательным показателями преломления и проведено их сравнение для ряда значений параметров поглотителя.

Практическая значимость. Показано, что согласование внешней поверхности сферы с отрицательным показателем преломления приводит к заметному повышению эффективности поглощения, и этот эффект проявляется в меньшей степени в случае сферы с положительным показателем преломления. Расчеты эффективного поперечника рассеяния (ЭПР) показали, что его уровень в переднем направлении для сферы с отрицательным показателем преломления оказывается выше, чем аналогичный уровень для сферы с положительным показателем, что находится в соответствии с результатами, полученными при расчетах эффективности поглощения.

1. Narimanov E.E., Kildishev A.V. Optical black hole: Broadband omnidirectional light absorber // Applied Physics Letters. 2009.  V. 95. P. 041106.
2. Cheng Q., Cui T.J., Jiang W.X., Cai B.G. An omnidirectional electromagnetic absorber made of metamaterials // New Journal of Physics. 2010. V. 12. P. 063006.
3. Kildishev A.V., Prokopeva L.J., Narimanov E.E. Cylinder light concentrator and absorber: theoretical description // Optics Express. 2010. V. 18. №16. P. 16646−16662.
4. Lu W., Jin J.-F., Lin Z., Chen H. A simple design of an artificial electromagnetic black hole // Journalof Applied Physics. 2010.
   1. 108. P. 064517.
5. Wang H.-W., Chen L.-W. A cylindrical optical black hole using graded index photonic crystals. // Journalof Applied Physics. 2011.
   1. 109. P. 103104.
6. Чижевская Я.И., Смольникова О.Н., Скобелев С.П. Сравнительный электродинамический анализ и оптимизация радиально-неоднородных цилиндрических поглощающих элементов // Радиотехника. 2018. № 4. С. 23−32.
7. Li S., Li L., Lin Z., Chen H.Y., Zi J. Chan C.T. Graded index photonic hole: Analytical and rigorous full wave solution // Physical Review B. 2010. № 82. P. 054204.
8. Maslovski S.I., Simovski C.R., Tretyakov S.A. Overcoming black body radiation limit in free space: metamaterial superemitter // New Journal of Physics. 2016. V. 18. P. 013034.
9. Габдуллина А.Р., Смольникова О.Н., Скобелев С.П. Модификация гибридного проекционного метода для анализа электромагнитного рассеяния на радиально неоднородной диэлектрической сфере/ / Радиотехника. 2016. № 10. С. 70−79.