الکترومغناطیس کاربردی

الکترومغناطیس کاربردی

بررسی ضریب کیفیت و پایداری امواج تشدیدی در ساختارهای لایه ای شبه تناوبی حاوی فرامواد تک‌منفی در ناحیه گیگا‌‌هرتز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
گروه فیزیک، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران
چکیده
در این پژوهش، یک ساختار لایه‌ای شبه تناوبی متشکل از سری فیبوناچی در نظر گرفته شده است که دارای یک لایه نقص مرکزی است و لایه‌های اطراف آن از فرامواد با گذردهی منفی و تراوایی منفی تشکیل شده‌اند. نتایج با استفاده از روش ماتریس انتقال تحلیل شده‌اند. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که طیف این ساختار شبه‌تناوبی دارای دو نوار ممنوعه مجزا است: یک نوار ممنوعه با فاز مؤثر صفر که مستقل از زاویه است و دیگری نوار براگ که وابسته به زاویه می‌باشد. نوار ممنوعه با فاز مؤثر صفر به ناحیه‌ای خاص در بلورهای فوتونی تناوبی یا شبه‌تناوبی گفته می‌شود که در آن تغییر فاز در واحد سلول یا در کل ساختار تقریباً صفر است. با معرفی لایه نقص، قله‌های تیز درون این نوار ممنوعه ایجاد می‌شود که تشکیل دهنده حالت‌های تشدیدی جایگزیده هستند. رفتار این امواج نقص به قطبش نور تابشی وابسته است. برای قطبش عرضی الکتریکی، پایداری زاویه‌ای قابل‌ملاحظه‌ای مشاهده شد، به‌طوری که ضریب کیفیت از ۱۰۶.۷۶ در تابش عمودی به ۱۱۲.۲۶ در زاویه ۳۰ درجه افزایش یافت و در زاویه ۶۰ درجه بیش از دو برابر شد و به ۲۳۳.۱۷ رسید. در مقابل، برای قطبش عرضی مغناطیسی، حالت‌های نقص به شدت تحت تأثیر اثر بروستر قرار گرفتند که منجر به پهن‌شدگی فرکانسی قابل‌توجه در زاویه ۳۰ درجه (ضریب کیفیت تقریبا ۶۶) و حذف کامل این حالتها در زاویه ۶۰ درجه شد. ترکیب دو ویژگی یعنی نظم شبه‌تناوبی و حضور نقص، امکان کنترل دقیق بر روی طیف انتقال، افزایش شدت میدان در محل نقص، و به‌کارگیری در حسگرهای نوری، فیلترها و تقویت‌کننده‌های فوتونی را فراهم می‌آورد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigation of quality factor and resonant waves stability in layered quasiperiodic structurers made of single-negative metamaterials in gigahertz region

نویسنده English

Hadi Rahimi
Department of Physics, Tab.C., Islamic Azad University, Tabriz., Iran
چکیده English

In this study, a quasi-periodic layered structure based on a Fibonacci sequence with a central defect layer is investigated, where the surrounding layers are made of metamaterials with negative permittivity and negative permeability. The optical response of the structure is analyzed using the transfer matrix method. The results show that the transmission spectrum exhibits two distinct band gaps: a zero-effective-phase band gap that is independent of the incident angle and a Bragg band gap that depends on the incident angle. The zero-effective-phase band gap corresponds to a spectral region in periodic or quasi-periodic photonic structures where the overall phase change across the structure is nearly zero. Introducing a defect layer leads to sharp transmission peaks inside this band gap, which represent localized resonant modes. The behavior of these defect modes strongly depends on the polarization of the incident light. For transverse electric (TE) polarization, good angular stability is observed, with the quality factor increasing from 106.76 at normal incidence to 112.26 at 30°, and rising to 233.17 at 60°. In contrast, for transverse magnetic (TM) polarization, the defect modes are strongly influenced by the Brewster effect, resulting in significant spectral broadening at 30° and complete suppression of these modes at 60°. The combination of quasi-periodic order and a defect layer enables precise control of the transmission spectrum and strong field enhancement in the defect region, making the proposed structure suitable for applications in optical sensors, filters, and photonic amplifiers.

کلیدواژه‌ها English

Quality Factor
Resonant Mode
Photonic Structures
Single-Negative Metamaterials

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 23 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 12 مهر 1404
  • تاریخ بازنگری 29 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 23 بهمن 1404
  • تاریخ انتشار 23 شهریور 1405