Д.Н. Панин1, О.В. Осипов2, Я.М. Кузнецов3

1,2 ФГОБУ ВО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (г. Самара, Россия)

3 АО «Самарское инновационное предприятие радиосистем» (г. Самара, Россия)

1 pdntec@mail.ru; 2 o.osipov@psuti.ru; 3 kym@siprs.ru

Постановка проблемы. Изучение отражения электромагнитных волн от неоднородных и невзаимных слоев киральных метаматериалов, расположенных на оптически плотных средах, с учетом дисперсии материальных параметров имеет значительный научно-практический интерес в контексте развития современных фотонных технологий и метаматериалов.

Цель. Предложить решение электродинамической задачи отражения горизонтально поляризованной электромагнитной волны от неоднородного кирального метаматериала, расположенного на оптически плотной среде, с учетом дисперсии материальных параметров.

Результаты. С помощью метода дифференциальной прогонки решена двухточечная граничная задача и получены аналитические выражения для коэффициентов отражения основной и кросс-поляризованной компонент поля. Проведено исследование, включающее в себя анализ частотных характеристик отраженных волн при различных условиях невзаимности и неоднородности, в том числе для однородных и параболических слоев. Установлено, что влияние параметра невзаимности на уровень отражения основной волны незначительно, а на уровень отражения кросс-поляризованной волны существенно. Показано, что коэффициента отражения принимает максимальное значение в условиях взаимной среды, а увеличение параметра невзаимности приводит к снижению этого значения из-за несинхронного взаимодействия между поляризованными компонентами волны и средой.

Практическая значимость. Представленные результаты могут быть полезны при разработке новых материалов и технологий в области фотоники и оптики, особенно при создании устройств, управляющих поляризацией света (поляризационных фильтров, антенн и систем управления отражением и направлением электромагнитных волн). Предложенные методы и аналитические выражения могут быть использованы в исследовании невзаимных метаматериалов и возможности их потенциального применения в системах связи и радиотехнике, где критически важно управлять поляризацией и отражением сигналов.

Панин Д.Н., Осипов О.В., Кузнецов Я.М. Отражение электромагнитной волны от неоднородного и невзаимного слоя кирального метаматериала, расположенного на оптически плотной среде, с учетом дисперсии материальных параметров // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 6. С. 179-186. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202506-19

1. Valipour A. et al. Metamaterials and their applications: an overview // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part L: Journal of Materials: Design and Applications. 2022. V. 236. № 11. Р. 2171-2210. DOI: 10.1177/1464420721995858.
2. Asefa S.A. et al. Chiral metasurfaces: a review of the fundamentals and research advances // Applied Sciences. 2023. V. 13. № 19. Р. 10590. DOI: 10.3390/app131910590.
3. Caloz C. et al. Electromagnetic nonreciprocity // Physical Review Applied. 2018. V. 10. № 4. Р. 047001. DOI: 10.1103/Phys-RevApplied.10.047001.
4. Li Z. et al. Non-Hermitian Electromagnetic Metasurfaces at Exceptional Points // Progress in Electromagnetics Research. 2021.
   V. 171. DOI: 10.2528/PIER21051703.
5. Wang X. et al. Non-local and non-Hermitian acoustic metasurfaces // Reports on Progress in Physics. 2023. DOI: 10.1088/1361-6633/acfbeb.
6. Chen K., Feng Y. A review of recent progress on directional metasurfaces: concept, design, and application // Journal of Physics D: Applied Physics. 2022. V. 55. № 38. P. 383001. DOI: 10.1088/1361-6463/ac7e04.
7. Zhao R., Koschny T., Soukoulis C.M. Chiral metamaterials: retrieval of the effective parameters with and without substrate // Optics express. 2010. V. 18. № 14. P. 14553-14567. DOI: 10.1364/OE.18.014553.
8. Prudêncio F.R., Silveirinha M.G. Optical isolation of circularly polarized light with a spontaneous magnetoelectric effect // Physical Review A. 2016. V. 93. № 4. P. 043846. DOI: 10.1103/PhysRevA.93.043846.
9. Condon E.U. Theories of optical rotatory power // Reviews of modern physics. 1937. V. 9. № 4. P. 432. DOI: 10.1103/RevMod-Phys.9.432.
10. Кузнецов Я.М., Панин Д.Н., Осипов О.В. Исследование отражения плоской электромагнитной волны от слоя кирального метаматериала, расположенного на проводящей плоскости с учетом неоднородности и дисперсии материальных параметров // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 6. С. 45-50. DOI: 10.18127/j00338486-202406-07.
11. Панин Д.Н., Кузнецов Я.М. Исследование отражений волн терагерцевого диапазона от неоднородного планарного слоя кирального метаматериала с учетом частотной дисперсии // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 6. С. 109-114. DOI: 10.18127/j00338486-202306-14.