پیوندهای مفید
اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 49 |
| تعداد شماره‌ها | 1,339 |
| تعداد مقالات | 11,534 |
| تعداد مشاهده مقاله | 25,217,880 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 16,771,990 |
تحلیل حساسیت و پایداری پارامترهای مؤثر در فرامواد لایه‌ای بر پایه کسر پرشدگی | ||
| فصلنامه علمی اپتوالکترونیک | ||
| مقاله 6، دوره 8، شماره 4 - شماره پیاپی 25، مرداد 1405، صفحه 61-74 اصل مقاله (1.31 M) | ||
| نوع مقاله: پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.30473/jphys.2026.77576.1294 | ||
| نویسنده | ||
| محمدمهدی صادقی* | ||
| Jahrom university | ||
| چکیده | ||
| فرامواد لایه‌ای زیرِ حدِ طول‌موج یکی از متداول‌ترین بسترهای موثر برای مهندسی پاسخ الکترومغناطیسی به شمار می‌آیند. در این ساختارها، با تنظیم کسر پرشدگی، می‌توان گذردهی مؤثر در راستاهای موازی و عمود بر لایه‌ها را کنترل کرد و از این طریق ضریب شکست و امپدانس محیط را تنظیم نمود. روابط کلاسیک محیط مؤثر برای چنین سامانه‌هایی در منابع متعدد ارائه شده‌اند؛ با این حال رفتار مشتقی این روابط و میزان حساسیت پارامترهای مؤثر نسبت به تغییرات کوچک کسر پرشدگی کمتر به‌صورت صریح و کمّی تحلیل شده است. از آنجا که در فرآیند ساخت عملی، تغییرات ناگزیر در ضخامت لایه‌ها مستقیماً به تغییر در کسر پرشدگی منجر می‌شود، پایداری پاسخ مؤثر به نحوه وابستگی آن به این پارامتر بستگی دارد. در این مقاله، با استفاده از مدل محیط مؤثر در رژیم زیرِ حدِ طول‌موج، مشتقات تحلیلی گذردهی مؤثر نسبت به کسر پرشدگی استخراج می‌شود و این نتایج به حساسیت ضریب شکست و امپدانس تعمیم داده می‌شود. تحلیل انجام‌شده نشان می‌دهد که در برخی نواحی پارامتری، به‌ویژه در همسایگی شرایط گذردهی نزدیک صفر، پاسخ مؤثر می‌تواند نسبت به تغییرات کوچک کسر پرشدگی بسیار حساس شود. نوآوری این کار در ارائه یک صورت‌بندی تحلیلی کمّی برای برآورد دامنه تغییر مجاز کسر پرشدگی بر اساس اختلاف گذردهی مواد سازنده است؛ به‌گونه‌ای که امکان پیش‌بینی پایداری طراحی بدون اتکا به بهینه‌سازی عددی فراهم می‌شود. چارچوب ارائه‌شده می‌تواند به‌عنوان ابزاری تحلیلی برای انتخاب بازه‌های مناسب کسر پرشدگی و اختلاف گذردهی مواد در طراحی فرامواد لایه‌ای استفاده شود. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| فرامواد لایه‌ای؛ محیط مؤثر؛ کسر پرشدگی؛ ناهمسانگردی؛ گذردهی نزدیک صفر | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Fill-Fraction-Based Sensitivity and Stability Analysis of Effective Parameters in Layered Metamaterials | ||
| نویسندگان [English] | ||
| mohammad mehdi sadeghi | ||
| jahrom university | ||
| چکیده [English] | ||
| Subwavelength layered metamaterials are widely used platforms for engineering effective electromagnetic responses. In such structures, the effective permittivity along the directions parallel and perpendicular to the layers can be controlled by adjusting the fill fraction, enabling the tuning of the effective refractive index and impedance. Classical effective-medium relations for these systems are well established, the derivative behavior of these relations and the quantitative sensitivity of effective parameters to small variations in fill fraction have not been systematically addressed. In practical fabrication, unavoidable deviations in layer thickness directly translate into fill-fraction variations; the stability of the effective response depends on its functional dependence on this parameter. Within the subwavelength effective-medium regime, we derive analytical expressions for the derivatives of the effective permittivity with respect to fill fraction and extend the analysis to the refractive index and impedance. The results show that in certain parametric regions, particularly near the epsilon-near-zero condition, the effective response can become highly sensitive to small fill-fraction changes. The main contribution of this work is a quantitative analytical formulation for estimating the allowable variation range of the fill fraction based on the permittivity contrast of the constituent materials. This framework enables the prediction of design stability without numerical optimization and provides a practical analytical tool for selecting suitable fill-fraction ranges and material contrasts in layered metamaterial design | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Layered Metamaterials, Effective Medium Theory, Fill Fraction, Effective-Parameter Sensitivity, Anisotropy, Epsilon-Near-Zero | ||
| مراجع | ||
|
[1] Rytov, S. M. (1956). Electromagnetic properties of a finely stratified medium. Soviet Physics JETP, 2, 466–475.
[2] Yeh, P. (1988). Optical waves in layered media. Wiley.
[3] Sihvola, A. (1999). Electromagnetic mixing formulae and applications. IET.
[4] Milton, G. W. (2002). The theory of composites. Cambridge University Press.
[5] Smith, D. R., & Pendry, J. B. (2006). Homogenization of metamaterials by field averaging (invited paper). Journal of the Optical Society of America B, 23(3), 391–403.
[6] Silveirinha, M. G. (2007). A metamaterial homogenization approach with application to the characterization of microstructured composites with negative parameters. Physical Review B, 75, 115104.
[7] Kikuta, H., Ohira, Y., & Iwata, K. (1998). Effective medium theory of two-dimensional subwavelength gratings. Journal of the Optical Society of America A, 15(6), 1577–1585.
[8] Poddubny, A., Iorsh, I., Belov, P., & Kivshar, Y. (2013). Hyperbolic metamaterials. Nature Photonics, 7, 948–957.
[9] Shekhar, P., Atkinson, J., & Jacob, Z. (2014). Hyperbolic metamaterials: Fundamentals and applications. Nano Convergence, 1, 14.
[10] Orlov, A. A., Voroshilov, P. M., Belov, P. A., & Kivshar, Y. S. (2011). Engineered optical nonlocality in nanostructured metamaterials. Physical Review B, 84, 045424.
[11] Alù, A., Silveirinha, M. G., Salandrino, A., & Engheta, N. (2007). Epsilon-near-zero metamaterials and electromagnetic sources: Tailoring the radiation phase pattern. Physical Review B, 75, 155410.
[12] Maas, R., Parsons, J., Engheta, N., & Polman, A. (2013). Experimental realization of an epsilon-near-zero metamaterial at visible wavelengths. Nature Photonics, 7, 907–912.
[13] Mahmoud, A. M., & Engheta, N. (2014). Wave–matter interactions in epsilon-and-mu-near-zero structures. Nature Communications, 5, 5638.
[14] Niu, X., Hu, X., Chu, S., & Gong, Q. (2018). Epsilon-near-zero photonics: A new platform for integrated devices. Advanced Optical Materials, 6, 1701292.
[15] He, Q., Xiao, S., Li, X., & Zhou, L. (2013). Optic-null medium: Realization and applications. Optics Express, 21(23), 28948–28959.
[16] Macleod, H. A. (2010). Thin-film optical filters (4th ed.). CRC Press.
[17] Sullivan, B. T., & Dobrowolski, J. A. (1992). Deposition error compensation for optical multilayer coatings. I. Theoretical description. Applied Optics, 31(19), 3821–3835.
[18] Thelen, A. (n.d.). Errors and tolerances in optical coatings. Society of Vacuum Coaters.
[19] Application of thin film errors sensitivity control concept to robust design of multilayer optical coatings. (n.d.).
[20] Sadeghi, M. M., Li, S., Xu, L., Hou, B., & Chen, H. (2015). Transformation optics with Fabry–Pérot resonances. Scientific Reports, 5, 8680.
[21] Sadeghi, M. M., Nadgaran, H., & Chen, H. (2014). Perfect field concentrator using zero index metamaterials and perfect electric conductors. Frontiers of Physics, 9, 90–93.
[22] Sadeghi, M. M., & Nadgaran, H. (2019). Feasible rotator using zero index metamaterials and perfect electric conductors. arXiv preprint arXiv:1909.01777.
[23] Sadeghi, M. M. (2021). Perfect directional cloak based on double near-zero metamaterials and magnetic field concentrators. Physica Scripta.
[24] Sadeghi, M. M. (2022). Radar cross section approach in illusion effects of transformation optics-based expander. Frontiers in Materials, 9.
[25] Sadeghi, M. M. (2023). Close solution to acoustic illusion in layered media. Acoustical Physics, 69(1), 1–6. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 247 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 25 |
||