Проектирование изотропной полностью диэлектрической метаповерхности на подложке

Авторы

DOI:

https://doi.org/10.26089/NumMet.v18r438

Ключевые слова:

Keywords: optimization problem, penalty function method, dielectric metasurface on substrate, antireflective coating

Аннотация

Сформулирована математическая постановка задачи об одноволновом безотражательном покрытии на основе метаповерхности. Построена область допустимых значений геометрических параметров структуры. Предложена штрафная функция, благодаря которой обеспечивается применимость физической модели, а искомый минимум становится единственным. В качестве примера рассмотрена задача о безотражательной метаповерхности из шариков PbTe, помещенных на германиевую подложку. Рассчитан спектр отражения такой структуры в диапазоне 8-12мкм. Проведено сравнение со спектрами метаповерхности без подложки и только одной подложки.

Автор

Ж.О. Домбровская

Библиографические ссылки

  1. H. A. Atwater and A. Polman, “Plasmonics for Improved Photovoltaic Devices,” Nat. Mater. 9 (3), 205-213 (2010).
  2. M. Albooyeh, D. Morits, and C. R. Simovski, “Electromagnetic Characterization of Substrated Metasurfaces,” Metamaterials 5 (4), 178-205 (2011).
  3. M. Gu, Z. Ouyang, B. Jia, et al., “Nanoplasmonics: A Frontier of Photovoltaic Solar Cells,” Nanophotonics 1 (3-4), 235-248 (2012).
  4. K. V. Baryshnikova, M. I. Petrov, V. E. Babicheva, and P. A. Belov, “Plasmonic and Silicon Spherical Nanoparticle Antireflective Coatings,” Sci. Rep. 6 (2016). doi 10.1038/srep22136
  5. V. E. Babicheva, M. I. Petrov, K. V. Baryshnikova, and P. A. Belov, “Reflection Compensation Mediated by Electric and Magnetic Resonances of All-Dielectric Metasurfaces,” J. Opt. Soc. Am. B 34 (7), D18-D28 (2017).
  6. N. N. Kalitkin and E. A. Al’shina, Numerical Methods , Book 1: Numerical Analysis (Akademiya, Moscow, 2013) [in Russian].
  7. A. N. Tikhonov, “Solution of Incorrectly Formulated Problems and the Regularization Method,” Dokl. Akad. Nauk SSSR 151 (3), 501-504 (1963) [Sov. Math. Dokl. 4 (4), 1035-1038 (1963)].
  8. A. G. Sveshnikov and A. S. Il’inskii, “Design Problems in Electrodynamics,” Dokl. Akad. Nauk SSSR 204 (5), 1077-1080 (1972) [Sov. Phys. Dokl. 17, 527-530 (1972)].
  9. V. B. Glasko, A. N. Tikhonov, and A. V. Tikhonravov, “The Synthesis of Multilayer Coatings,” Zh. Vychisl. Mat. Mat. Fiz. 14 (1), 135-144 (1974) [USSR Comput. Math. Math. Phys. 14 (1), 135-143 (1974)].
  10. A. V. Tikhonravov, V. G. Zhupanov, V. N. Fedoseev, and M. K. Trubetskov, “Design and Production of Antireflection Coating for the 8-10 μm Spectral Region,” Opt. Express 22 (26), 32174-32179 (2014).
  11. A. E. Miroshnichenko, A. B. Evlyukhin, Y. S. Kivshar, and B. N. Chichkov, “Substrate-Induced Resonant Magnetoelectric Effects for Dielectric Nanoparticles,” ACS Photonics 2 (10), 1423-1428 (2015).
  12. A. B. Evlyukhin, C. Reinhardt, A. Seidel, et al., “Optical Response Features of Si-Nanoparticle Arrays,” Phys. Rev. B 82 (2010). doi 10.1103/PhysRevB.82.045404
  13. Zh. O. Dombrovskaya and A. V. Zhuravlev, “Investigation of the Possibility of Metafilm Modeling as a Conventional Thin Film,” Appl. Phys. A 123 (2017). doi 10.1007/s00339-016-0642-2
  14. C. L. Holloway, A. Dienstfrey, E. F. Kuester, et al., “A Discussion on the Interpretation and Characterization of Metafilms/Metasurfaces: The Two-Dimensional Equivalent of Metamaterials,” Metamaterials 3 (2), 100-112 (2009).
  15. D. Morits and C. Simovski, “Electromagnetic Characterization of Planar and Bulk Metamaterials: A Theoretical Study,” Phys. Rev. B 82 (2010). doi 10.1103/PhysRevB.82.165114
  16. Zh. O. Dombrovskaya, A. V. Zhuravlev, G. V. Belokopytov, and A. N. Bogolyubov, “Inverse Problem for Recovering of Meta-Atom Characteristics by Transmittance and Reflectance of a Metafilm,” Izv. Akad. Nauk, Ser. Fiz. 79 (12), 1708-1710 (2015) [Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 79 (12), 1496-1498 (2015)].
  17. E. F. Kuester, M. A. Mohamed, M. Piket-May, and C. L. Holloway, “Averaged Transition Conditions for Electromagnetic Fields at a Metafilm,” IEEE Trans. Antennas Propag. 51 (10), 2641-2651 (2003).
  18. C. L. Holloway, E. F. Kuester, and A. Dienstfrey, “Characterizing Metasurfaces/Metafilms: The Connection between Surface Susceptibilities and Effective Material Properties,” IEEE Antennas Wireless Propag. Lett. 10, 1507-1511 (2011).
  19. G. V. Belokopytov and A. V. Zhuravlev, “Dipole Polarizability of Spherical Particles,” Fiz. Volnovykh Protses. Radiotekh. Sis. 11 (1), 41-49 (2008).
  20. Zh. O. Dombrovskaya, A. V. Zhuravlev, G. V. Belokopytov, and A. N. Bogolyubov, “Phonon-Polariton Meta-Atoms for Far Infrared Range,” Phys. Wave Phenom. 24 (2), 96-102 (2016).
  21. A. I. Kuznetsov, A. E. Miroshnichenko, Y. H. Fu, et al., “Magnetic Light,” Sci. Rep. 2 (2012). doi: 10.1038/srep00492
  22. F. Weiting and Y. Yixun, “Temperature Effects on the Refractive Index of Lead Telluride and Zinc Selenide,” Infrared Phys. 30 (4), 371-373.
  23. H. W. Icenogle, B. C. Platt, and W. L. Wolfe, “Refractive Indexes and Temperature Coefficients of Germanium and Silicon,” Appl. Opt. 15 (10), 2348-2351 (1976).
  24. H. H. Li, “Refractive Index of Silicon and Germanium and Its Wavelength and Temperature Derivatives,” J. Phys. Chem. Ref. Data 9 (3), 561-658 (1980).
  25. R. H. Byrd, M. E. Hribar, and J. Nocedal, “An Interior Point Algorithm for Large-Scale Nonlinear Programming,” SIAM J. Optim. 9 (4), 877-900 (1999).

Загрузки

Опубликован

2017-11-06

Как цитировать

Домбровская Ж.О. Проектирование изотропной полностью диэлектрической метаповерхности на подложке // Вычислительные методы и программирование. 2017. 18. 455-462. doi 10.26089/NumMet.v18r438

Выпуск

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения