Tunelovanje elektromagnetskih talasa kroz kompleksne optičke sredine

Abstract

Predmet ove disertacije je analiza karakteristika tunelovanja elektromagnetskih talasa kroz različite kompleksne optičke sredine, sa posebnim osvrtom na metamaterijale sa negativnim indeksom prelamanja. Teorijski su razmatrane različite strukture, te su za njih, korišdenjem brojnih matematičkih metoda, izvedeni izrazi za vremena tunelovanja u: (1) nelinearnim disperzivnim anizotropnim strukturama, (2) linearnim anizotropnim strukturama (poluprovodničkim metamaterijalima), a proračunat je i uticaj Gus-Henkenovog pomeraja na ova vremena. Vremena tunelovanja za različite, postojede, strukture su izračunate koridenjem numeričke metode pod nazivom metoda pogađanja (shooting method), koja je odgovarajuda za ovu problematiku. Takođe, teorijski je razmatrana propagacija elektromagnetnog zračenja u anizotropnim strukturama sastavljenim od naizmenično postavljenih slojeva dva različita poluprovodnika, te je, na osnovu ove analize, dizajniran poluprovodnički metamaterijal sastavljen od naizmenično postavljenih slojeva različito dopiranih InGaAs. Mogudnost negativnog prelamanja u ovim materijalima potvrđena je primenom FDTD (Finite-Difference Time-Domain) numeričke metode, koja omogudava simulaciju realnog prostiranja elektromagnetnog zračenja kroz različite strukture.

Subject of this dissertation is the analysis of electromagnetic waves tunneling properties through different complex optical media, with emphasis on metamaterials with negative index of refraction. Different structures are theoretically considered, i.e., using numerous mathematical methods, expressions for tunneling times are derived for: (1) nonlinear dispersive anisotropic structures, (2) linear anisotropic structures (semiconductor metamaterials). Also, influence of Goos- Hänchen shift on these times is calculated. Tunneling times for existing structures are calculated by using suitable numerical method: shooting method. Besides these, propagation of electromagnetic radiation through anisotropic structures composed of alernately placed layers of two different semiconductors is analyzed. On the grounds of this analysis, semiconductor metamaterial composed of alternately placed layers of differently doped InGaAs is designed. The possibility of obtaining negative refraction in these structures is confirmed by using FDTD (Finite-Difference-Time-Domain) numerical method, which enables simulation of electromagnetic radiation propagation through various structures.