Особливості збуджених полів у резонаторі, який заповнено середовищем з показником заломлення близьким до нуля
DOI:
https://doi.org/10.26565/2311-0872-2023-39-01Ключові слова:
НВЧ резонатор, метаматеріал, еволюційний підхід до електродинаміки у часовій області, середовище з дисперсією, показник заломлення близький до нуляАнотація
Актуальність. Сучасні штучні середовища здатні відтворювати спеціально підібрані електрофізичні параметри, такі як від’ємний показник заломлення, або показник заломлення близький до нуля. Ці властивості широко використовуються в оптиці та фотоніці у новітніх розробках, а також для елементів та пристроїв мікрохвильового діапазону. Наприклад, такі середовища здатні приводити до суперзв’язку між хвилеводами з дуже невідповідними поперечними перерізами. Використання заповнюючого середовища з показником заломлення близьким до нуля може суттєво змінити картину щодо резонансних частот такого резонатора і розширити робочі діапазони мікрохвильових резонаторів.
Мета роботи. Метою роботи є теоретичне дослідження впливу параметрів дисперсійного середовища з показником заломлення близьким до нуля на резонансні частоти об’ємного мікрохвильового резонатора, що заповнений таким середовищем, і на характеристики вимушених коливань у такому резонаторі.
Матеріали та методи. Задача про вимушені електромагнітні поля в об’ємному резонаторі з ідеально провідними стінками, який заповнено однорідним ізотропним середовищем з дисперсією, завдяки чому його показник заломлення є близьким до нуля в певному діапазоні частот, розв’язується за допомогою еволюційного підходу до електродинаміки у часовій області. Цей підхід дозволяє повністю розділити часову та просторову частини задачі, що суттєво полегшує розв’язання і забезпечує отримання аналітично-числових розв’язків у випадку заповнення резонатора довільним однорідним середовищем з дисперсією. Для опису середовища, що заповнює резонатор використано модель, раніше запропоновану у літературі, показник заломлення якої є близьким до нуля у певному діапазоні частот, і одним з основних питань роботи є питання, як вплинуть властивості такого середовища на характеристики звичайного мікрохвильового резонатора та електромагнітні коливання, збуджені в такому резонаторі.
Результати. В роботі отримано аналітично-числові розв’язки еволюційних рівнянь для конкретного середовища, що моделює показник заломлення близький до нуля у певному діапазоні частот. Отримано характеристики такого заповненого резонатора і простежено вплив параметрів середовища на резонансні частоти заповненого резонатора та спектральний склад вимушених коливань.
Висновки. У роботі теоретично показано можливість розширити частотні характеристики та робочі режими об’ємних резонаторів за рахунок специфічного заповнення, значно підвищити робочу частоту мікрохвильового резонатора.