Акустооптические свойства метаматериалов / Acousto-Optical Properties of Metamaterials

Пустовойт В.И. / Pustovoit, V.I.
Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН / RUS Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1502-076085

Пустовойт В.И. Акустооптические свойства метаматериалов // Физические основы приборостроения. 2015. Т. 4. № 2(15). С. 76–85.
Pustovoit, V.I. Acousto-Optical Properties of Metamaterials // Physical Bases of Instrumentation. 2015. Vol. 4. No. 2(15). P. 76–85.

Аннотация: Указано на возможность эффективного использования метаматериалов в акустооптике. Показано, что фотоупругие постоянные, т. е. величины определяющие изменение диэлектрическую проницаемость гетерогенной среды под действием звуковой волны, могут значительно превосходить соответствующие постоянные для обычных кристаллов. Для гетерогенной среды состоящей из наночастиц в виде эллипсоидов, проанализированы механизмы изменения диэлектрической проницаемости и найдены в явном виде значения фотоупругих постоянных. Показано, что механизм изменения диэлектрической проницаемости в продольной звуковой волне сводится к изменению локальной концентрации наночастиц в объеме, а в поперечной звуковой волне к локальному повороту ориентированных в пространстве наноэллипсоидов. Показано также, что использование метасред с неоднородным распределением наночастиц, открывает уникальные возможности создания качественно новых приборов и устройств, которые невозможно осуществить в обычных кристаллах. Отмечено, что метаматериалы открывают широкие возможности по созданию устройств для инфракрасной области спектра, поскольку не существует ограничений по размерам такой среды.

Abstract: Possibility of effective use of metamaterials in acousto-optics is indicated. It is shown that photoelastic constants, i. e. values determining variation of heterogeneous medium dielectric constant under the impact of sound wave, may significantly exceed corresponding constants for ordinary crystals. For heterogeneous medium consisting of nanoparticles in the form of ellipsoids, the mechanisms of dielectric constant variation are analyzed and photoelastic constants values are found in explicit form. It is shown that mechanisms of dielectric constant variation in longitudinal sound wave is reduced to variation of local concentration of nanoparticles in the bulk, and in the transverse sound wave — to local rotation of nanoellipsoids oriented in space. It is shown that heterogeneous distribution of nanoparticles opens unique possibilities for creation of qualitatively new instruments and devices, that can not be fulfilled in ordinary crystals. It is noted that metamaterials offer great opportunities to build devices for the infrared region of the spectrum, since there are no restrictions on the size of such a medium.

Ключевые слова: анизатропные метаматериалы, акустооптика, наночастицы, ИК-техника, metamaterials, anisotropic metamaterials, acousto-optics, nanoparticles, анизатропные метаматериалы

Литература / References
  1. Ораевский А. Н., Проценко И. Е. Высокий показатель преломления и другие особенности оптических свойств гетерогенных сред // Письма в ЖЭТФ. 2000. Т. 72. № 9. С. 641-646.
  2. Виноградов А. П. Электродинамика композитных материалов. Под ред. Б.З. Каценеленбаума / М.: Эдиториал УРСС, 2001.
  3. Климов В. В. Наноплазмоника / М.: Физматлит, 2010.
  4. Головань Л. А., Тимошенко В. Ю., Кашкаров П. К. Оптические свойства нанокомпозитов на основе пористых систем // УФН. 2007. Т. 177. С. 619-638.
  5. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах / М.: Мир, 1987.
  6. Ораевский А. А., Ораевский А. Н. О плазмонном резонансе в наночастицах эллипсоидальной формы // Квантовая электроника. 2002. Т. 32. № 4. С. 79-82.
  7. Pustovoit, V.I. Special Case of Light Collinear Diffraction on Sound Waves in Crystals // Optical Memory and Neuron Networks. 2004. Vol. 13. P. 4.
  8. Афанасьев А. М., Чуев М. А., Медведев П. Г., Пустовойт В. И. О предельной разрешающей способности аподизированных дифракционных фильтров // Микросистемная техника. 2004. № 4. C. 17-20.
  9. Кравченко В. Ф., Пустовойт В. И. О дифракции волн на аподизованной периодической структуре // Доклады РАН. 2003. Т. 391. С. 749-753.
  10. Афанасьев А. М., Пустовойт В. И. О дифракции волн на периодической структуре с произвольным пространственным изменением свойств среды // Доклады РАН. 2003. Т. 392. С. 332-335.
  11. Афанасьев А. М., Гуляев Ю. В., Пустовойт В. И. Деструктивная макроинтерференция как метод повышения спектрального разрешения дифракционных фильтров // Радиотехника и электроника. 2004. Т. 49. № 12. С. 1526-1531.