A Theoretical Study of Optical Metamaterials

Hansen, Mathias Kurt ; Andersen, Rasmus Fohlmann

4. term (FYS10)

Physics, Master

2018

2018-06-07

77

Denne afhandling udvikler Matlab-scripts til at undersøge, hvordan et gitter (array) af metalcylindre påvirker elektromagnetiske bølger. Først beregnes reflektions- og transmissionskoefficienter—tal for hvor meget energi der henholdsvis reflekteres og transmitteres—for to polariseringer: s (det elektriske felt vinkelret på indfaldsplanet) og p (det elektriske felt i indfaldsplanet). Ud fra disse forsøgte vi at bestemme metamaterialets effektive parametre, dvs. hvordan det samlet set kan beskrives som et homogent bulkmateriale. For s-polarisering lykkedes det. For p-polarisering viste koefficienterne derimod tydelig afhængighed af prøvens tykkelse, så materialet kunne ikke behandles som bulk, og effektive parametre kunne derfor ikke fastlægges. Et andet script beregner også spredning (hvordan bølger afbøjes) fra både selve gitteret og fra et bulkmateriale af samme størrelse, hvor de udledte effektive parametre bruges. For s-polarisering var der rimelig overensstemmelse mellem spredningen fra gitteret og fra bulk-approksimationen. Afhandlingen gennemgår den nødvendige teori, beskriver Matlab-implementeringen og diskuterer resultaterne: først de effektive parametre for variationer af gitteret og derefter en afprøvning med spredningsplot.

This thesis develops Matlab scripts to examine how an array (lattice) of metal cylinders interacts with electromagnetic waves. We first compute reflectance and transmittance coefficients—numbers that indicate how much energy is reflected and transmitted—for two polarizations: s (electric field perpendicular to the plane of incidence) and p (electric field in the plane of incidence). From these we attempt to retrieve the metamaterial's effective parameters, meaning its overall, bulk-like behavior. For s polarization, the retrieval worked. For p polarization, the coefficients depended on sample thickness, so the array could not be treated as a uniform bulk material and effective parameters could not be defined. A second script also calculates scattering (how waves are redirected) from both the cylinder array and a bulk material of the same size that uses the retrieved effective parameters. In the s case, the scattering from the array and from the bulk approximation showed reasonable agreement. The thesis outlines the relevant theory, the Matlab implementation, and the results: first the effective parameters for variations of the metal array, then validation using scattering plots.

[This abstract was generated with the help of AI]

Metamaterials

Download
View record in AAU Student Projects