Неоднородные киральные метаматериалы: анализ отражения оптических волн с учетом дисперсии материальных параметров

В работе рассматривается планарный киральный метаматериал оптического диапазона, материальные параметры (диэлектрическая и магнитная проницаемости, а также параметр киральности) которого зависят от частоты и одной пространственной координаты. Математическая модель указанной метаструктуры базируется на известных дисперсионных моделях диэлектрической и магнитной проницаемостей, а также параметра киральности. Рассмотрена задача о падении плоской линейно поляризованной оптической волны на планарный слой из кирального метаматериала. Разработана методика расчета коэффициентов отражения оптической волны от рассматриваемой неоднородной киральной структуры, которая базируется на использовании метода дифференциальной прогонки. При построении математической модели был произведен учет кросс-поляризации поля оптической волны, заключающийся в возникновении ортогональных компонент при взаимодействии поля с киральным метаматериалом. Решение задачи было сведено к матричному дифференциальному уравнению относительно неизвестных коэффициентов отражения основной и кросс-поляризованной компонент оптического поля. Рассмотрены киральные метаматериалы с линейным и параболическим профилями неоднородности. По результатам численного расчета коэффициентов отражения основной и кросс-поляризованной компонент поля было доказано, что неоднородность материальных параметров приводит к значительному снижению уровня отражения кросс-поляризованной компоненты оптической волны. Показано, что использование неоднородных киральных слоев позволяет также понизить уровень отражения основной компоненты оптического поля.