A RECONFIGURABLE METASURFACE IN THE FORM OF A FABRY-PÉROT RESONATOR, INVOLVING SEMI-TRANSPARENT MIRRORS AND A NONLINEAR DIELECTRICINSERT
Subject and Purpose. The paper is aimed at suggesting ways for implementing electromagnetic devices that would involve a nonlinear dielectric inside the structure for concentrating electromagnetic field within it at relatively low intensities of the excitation field. A representative example is offe...
Збережено в:
Дата: | 2024 |
---|---|
Автори: | , , , |
Формат: | Стаття |
Мова: | English |
Опубліковано: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2024
|
Теми: | |
Онлайн доступ: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1439 |
Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
Назва журналу: | Radio physics and radio astronomy |
Репозитарії
Radio physics and radio astronomyid |
oai:ri.kharkov.ua:article-1439 |
---|---|
record_format |
ojs |
institution |
Radio physics and radio astronomy |
collection |
OJS |
language |
English |
topic |
Fabry-Pérot resonator nonlinear dielectric rectangular holes reflection coefficient semitransparent mirrors резонатор Фабрі-Перо нелінійний діелектрик прямокутні отвори коефіцієнт відбиття напівпрозорі дзеркала |
spellingShingle |
Fabry-Pérot resonator nonlinear dielectric rectangular holes reflection coefficient semitransparent mirrors резонатор Фабрі-Перо нелінійний діелектрик прямокутні отвори коефіцієнт відбиття напівпрозорі дзеркала Antonenko, Ye. O. Antonenko, Yu. V. Gribovsky, A. V. Katrich, V. A. A RECONFIGURABLE METASURFACE IN THE FORM OF A FABRY-PÉROT RESONATOR, INVOLVING SEMI-TRANSPARENT MIRRORS AND A NONLINEAR DIELECTRICINSERT |
topic_facet |
Fabry-Pérot resonator nonlinear dielectric rectangular holes reflection coefficient semitransparent mirrors резонатор Фабрі-Перо нелінійний діелектрик прямокутні отвори коефіцієнт відбиття напівпрозорі дзеркала |
format |
Article |
author |
Antonenko, Ye. O. Antonenko, Yu. V. Gribovsky, A. V. Katrich, V. A. |
author_facet |
Antonenko, Ye. O. Antonenko, Yu. V. Gribovsky, A. V. Katrich, V. A. |
author_sort |
Antonenko, Ye. O. |
title |
A RECONFIGURABLE METASURFACE IN THE FORM OF A FABRY-PÉROT RESONATOR, INVOLVING SEMI-TRANSPARENT MIRRORS AND A NONLINEAR DIELECTRICINSERT |
title_short |
A RECONFIGURABLE METASURFACE IN THE FORM OF A FABRY-PÉROT RESONATOR, INVOLVING SEMI-TRANSPARENT MIRRORS AND A NONLINEAR DIELECTRICINSERT |
title_full |
A RECONFIGURABLE METASURFACE IN THE FORM OF A FABRY-PÉROT RESONATOR, INVOLVING SEMI-TRANSPARENT MIRRORS AND A NONLINEAR DIELECTRICINSERT |
title_fullStr |
A RECONFIGURABLE METASURFACE IN THE FORM OF A FABRY-PÉROT RESONATOR, INVOLVING SEMI-TRANSPARENT MIRRORS AND A NONLINEAR DIELECTRICINSERT |
title_full_unstemmed |
A RECONFIGURABLE METASURFACE IN THE FORM OF A FABRY-PÉROT RESONATOR, INVOLVING SEMI-TRANSPARENT MIRRORS AND A NONLINEAR DIELECTRICINSERT |
title_sort |
reconfigurable metasurface in the form of a fabry-pérot resonator, involving semi-transparent mirrors and a nonlinear dielectricinsert |
title_alt |
МЕТАПОВЕРХНЯ, ЩО ПЕРЕБУДОВУЄТЬСЯ, У ВИГЛЯДІ РЕЗОНАТОРА ФАБРІ–ПЕРО З НАПІВПРОЗОРИМИ ДЗЕРКАЛАМИ ТА НЕЛІНІЙНИМ ДІЕЛЕКТРИКОМ |
description |
Subject and Purpose. The paper is aimed at suggesting ways for implementing electromagnetic devices that would involve a nonlinear dielectric inside the structure for concentrating electromagnetic field within it at relatively low intensities of the excitation field. A representative example is offered by a Fabry-Pérot resonator with semi-transparent mirrors and a nonlinear dielectric inside.Methods and Methodology. The paper presents a fundamentally new approach to controlling the frequency response of a metasurface, and a method for protecting electronic modules from high excitation powers. The method is based on the use of nonlinear properties of a Fabry-Pérot "resonator-capacitor" containing a nonlinear dielectric in its volume. Thus, we propose a method for creating spatial filters and antenna protecting fairings capable of active reconfiguration.Results. Analysis of the results has shown that by changing the voltage across the resonator-capacitor plates it is possible to control the degree of electromagnetic field localization in the resonator volume. The frequency response of the metasurface based on the Fabry-Pérot resonator with a nonlinear dielectric inside can be reconfigured by changing the voltage applied to the resonator mirrors. The advantages provided by electrical control of the frequency-selective characteristics include an increased efficiency and possibility of integrating digitally controllable systems into antennas.Conclusions. The use of a Fabry-Pérot "resonator-capacitor"model, with a nonlinear dielectric inside, in the capacity of a reconfigurable metasurface, else as a power limiter in a variety of devices, has sufficient prospects for application in microwave transmitting systems. A special area of application for the reconfigurable Fabry-Pérot resonators is creation of broadband receive antenna systems for direction- finding. In essence, the proposed Fabry-Pérot resonator is a reflective antenna array with an ability to exhibit, conceal or alter its electrodynamic properties according to a certain algorithm. This opens up prospects for its application in "friend-or-foe" recognition systems, reflective beacons, navigation systems, etc.Keywords: Fabry-Pérot resonator; nonlinear dielectric; rectangular holes; reflection coefficient; semitransparent mirrorsManuscript submitted 27.10.2023Radio phys. radio astron. 2024, 29(2): 098-104REFERENCES1. Kochetova, L. A., Prosvirnin, S. L., Tuz, V. R., 2014. Optical bistability in a grating with slits filled nonlinear media. Prog. Electromagn. Res., 35, pp. 133—139. DOI:https://doi.org/10.2528/PIERM140126062. Tuz, V. R., Kochetov, B. A., Kochetova, L. A., Mladyonov, P. L., Prosvirnin, S. L., 2015. Two-oscillator model of trapped-modes inter- action in a nonlinear bilayer fish-scale metamaterial. Phys. Scr., 90(2), 025504. DOI: https://doi.org/10.1088/0031-8949/90/2/0255043. Tolmachev, V. A., Melnikov, V. A., Baldycheva, A. V., Berwick, K., Perova T. S., 2012. Electrically Tunable Fabry-Pérot Resonator Based on Microstructured, Si Containing Liquid Crystal. Prog. Electromagn. Res., 122, pp. 293—309. DOI: https://doi.org/10.2528/PIER110915064. Sydorchuk, N. V., Prosvirnin, S. L., Fan, Y., Zhang, F., 2019. Analysis of terahertz wave nonlinear reflection by an array of double silicon elements placed on a metal substrate. J. Phys. D: Appl. Phys., 52, 355303. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab236d5. Tuz, V. R., Kochetov, B. A., Kochetova, L. A., Mladyonov, P. L.,Prosvirnin, S. L., 2015. Two-oscillator model of trapped-modes inter- action in a nonlinear bilayer fish-scale metamaterial. Phys. Scr., 90(2), 025504. DOI: https://doi.org/10.1088/0031-8949/90/2/0255046. Flannery, J., Maruf, R. Al,Yoon, T., Bajcsy, M., 2018. Fabry-Pérot cavity formed with dielectric metasurfaces in a hollow-core fiber. ACS Photonics, 5(2), pp. 337—341. DOI: https://doi.org/10.1021/acsphotonics.7b011547. Fan, K., Koulakis, J., Holczer, K., Putterman, S., Padilla,W.J., 2020. Ultrathin Metasurface Wavelength-Selective Mirror for Mil- limeter/Terahertz Wave Fabry-Pérot Cavities. J. Infrared Millim Terahertz Waves, 41(1), pp. 365—374. DOI:https://doi.org/10.1007/s10762-019-00657-28. Pezeshki, H., and Ahmadi, V., 2013. All-optical bistable switching based on photonic crystal slab nanocavity using nonlinear Kerr effect. J. Mod. Opt., 60(2), pp. 103—108. DOI: https://doi.org/10.1080/09500340.2012.7370339. Gribovsky, A. V., 2017. A Quasi-Periodic Sequence of the Fabry-Pérot Resonators on the Basis of Planar Screens of Finite Thick- ness with Rectangular Holes. Telecommunications and Radio Engineering, 76(16), pp. 1417—1422. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v76.i16.3010. Gribovsky, A. V., and Kuzmichev, I. K., 2016. Fabry-Pérot resonator formed by two screens with rectangular holes. Radio Phys. Radio Astron., 21(1), pp. 58—64. DOI: https://doi.org/10.15407/rpra21.01.05811. Gribovsky, A. V., 2019. Sensor for Measuring the Permittivity of Solid and Gaseous Substances on the Basis of a Fabry-Perot Resonator with Evanscent Holes in the Mirrors. Telecommunications and Radio Engineering, 78(11), pp. 939—947. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v78.i11.20 |
publisher |
Видавничий дім «Академперіодика» |
publishDate |
2024 |
url |
http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1439 |
work_keys_str_mv |
AT antonenkoyeo areconfigurablemetasurfaceintheformofafabryperotresonatorinvolvingsemitransparentmirrorsandanonlineardielectricinsert AT antonenkoyuv areconfigurablemetasurfaceintheformofafabryperotresonatorinvolvingsemitransparentmirrorsandanonlineardielectricinsert AT gribovskyav areconfigurablemetasurfaceintheformofafabryperotresonatorinvolvingsemitransparentmirrorsandanonlineardielectricinsert AT katrichva areconfigurablemetasurfaceintheformofafabryperotresonatorinvolvingsemitransparentmirrorsandanonlineardielectricinsert AT antonenkoyeo metapoverhnâŝoperebudovuêtʹsâuviglâdírezonatorafabríperoznapívprozorimidzerkalamitanelíníjnimdíelektrikom AT antonenkoyuv metapoverhnâŝoperebudovuêtʹsâuviglâdírezonatorafabríperoznapívprozorimidzerkalamitanelíníjnimdíelektrikom AT gribovskyav metapoverhnâŝoperebudovuêtʹsâuviglâdírezonatorafabríperoznapívprozorimidzerkalamitanelíníjnimdíelektrikom AT katrichva metapoverhnâŝoperebudovuêtʹsâuviglâdírezonatorafabríperoznapívprozorimidzerkalamitanelíníjnimdíelektrikom AT antonenkoyeo reconfigurablemetasurfaceintheformofafabryperotresonatorinvolvingsemitransparentmirrorsandanonlineardielectricinsert AT antonenkoyuv reconfigurablemetasurfaceintheformofafabryperotresonatorinvolvingsemitransparentmirrorsandanonlineardielectricinsert AT gribovskyav reconfigurablemetasurfaceintheformofafabryperotresonatorinvolvingsemitransparentmirrorsandanonlineardielectricinsert AT katrichva reconfigurablemetasurfaceintheformofafabryperotresonatorinvolvingsemitransparentmirrorsandanonlineardielectricinsert |
first_indexed |
2024-06-25T04:08:10Z |
last_indexed |
2024-07-02T04:05:03Z |
_version_ |
1803529598945722368 |
spelling |
oai:ri.kharkov.ua:article-14392024-07-01T12:16:48Z A RECONFIGURABLE METASURFACE IN THE FORM OF A FABRY-PÉROT RESONATOR, INVOLVING SEMI-TRANSPARENT MIRRORS AND A NONLINEAR DIELECTRICINSERT МЕТАПОВЕРХНЯ, ЩО ПЕРЕБУДОВУЄТЬСЯ, У ВИГЛЯДІ РЕЗОНАТОРА ФАБРІ–ПЕРО З НАПІВПРОЗОРИМИ ДЗЕРКАЛАМИ ТА НЕЛІНІЙНИМ ДІЕЛЕКТРИКОМ Antonenko, Ye. O. Antonenko, Yu. V. Gribovsky, A. V. Katrich, V. A. Fabry-Pérot resonator; nonlinear dielectric; rectangular holes; reflection coefficient; semitransparent mirrors резонатор Фабрі-Перо; нелінійний діелектрик; прямокутні отвори; коефіцієнт відбиття; напівпрозорі дзеркала Subject and Purpose. The paper is aimed at suggesting ways for implementing electromagnetic devices that would involve a nonlinear dielectric inside the structure for concentrating electromagnetic field within it at relatively low intensities of the excitation field. A representative example is offered by a Fabry-Pérot resonator with semi-transparent mirrors and a nonlinear dielectric inside.Methods and Methodology. The paper presents a fundamentally new approach to controlling the frequency response of a metasurface, and a method for protecting electronic modules from high excitation powers. The method is based on the use of nonlinear properties of a Fabry-Pérot "resonator-capacitor" containing a nonlinear dielectric in its volume. Thus, we propose a method for creating spatial filters and antenna protecting fairings capable of active reconfiguration.Results. Analysis of the results has shown that by changing the voltage across the resonator-capacitor plates it is possible to control the degree of electromagnetic field localization in the resonator volume. The frequency response of the metasurface based on the Fabry-Pérot resonator with a nonlinear dielectric inside can be reconfigured by changing the voltage applied to the resonator mirrors. The advantages provided by electrical control of the frequency-selective characteristics include an increased efficiency and possibility of integrating digitally controllable systems into antennas.Conclusions. The use of a Fabry-Pérot "resonator-capacitor"model, with a nonlinear dielectric inside, in the capacity of a reconfigurable metasurface, else as a power limiter in a variety of devices, has sufficient prospects for application in microwave transmitting systems. A special area of application for the reconfigurable Fabry-Pérot resonators is creation of broadband receive antenna systems for direction- finding. In essence, the proposed Fabry-Pérot resonator is a reflective antenna array with an ability to exhibit, conceal or alter its electrodynamic properties according to a certain algorithm. This opens up prospects for its application in "friend-or-foe" recognition systems, reflective beacons, navigation systems, etc.Keywords: Fabry-Pérot resonator; nonlinear dielectric; rectangular holes; reflection coefficient; semitransparent mirrorsManuscript submitted 27.10.2023Radio phys. radio astron. 2024, 29(2): 098-104REFERENCES1. Kochetova, L. A., Prosvirnin, S. L., Tuz, V. R., 2014. Optical bistability in a grating with slits filled nonlinear media. Prog. Electromagn. Res., 35, pp. 133—139. DOI:https://doi.org/10.2528/PIERM140126062. Tuz, V. R., Kochetov, B. A., Kochetova, L. A., Mladyonov, P. L., Prosvirnin, S. L., 2015. Two-oscillator model of trapped-modes inter- action in a nonlinear bilayer fish-scale metamaterial. Phys. Scr., 90(2), 025504. DOI: https://doi.org/10.1088/0031-8949/90/2/0255043. Tolmachev, V. A., Melnikov, V. A., Baldycheva, A. V., Berwick, K., Perova T. S., 2012. Electrically Tunable Fabry-Pérot Resonator Based on Microstructured, Si Containing Liquid Crystal. Prog. Electromagn. Res., 122, pp. 293—309. DOI: https://doi.org/10.2528/PIER110915064. Sydorchuk, N. V., Prosvirnin, S. L., Fan, Y., Zhang, F., 2019. Analysis of terahertz wave nonlinear reflection by an array of double silicon elements placed on a metal substrate. J. Phys. D: Appl. Phys., 52, 355303. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab236d5. Tuz, V. R., Kochetov, B. A., Kochetova, L. A., Mladyonov, P. L.,Prosvirnin, S. L., 2015. Two-oscillator model of trapped-modes inter- action in a nonlinear bilayer fish-scale metamaterial. Phys. Scr., 90(2), 025504. DOI: https://doi.org/10.1088/0031-8949/90/2/0255046. Flannery, J., Maruf, R. Al,Yoon, T., Bajcsy, M., 2018. Fabry-Pérot cavity formed with dielectric metasurfaces in a hollow-core fiber. ACS Photonics, 5(2), pp. 337—341. DOI: https://doi.org/10.1021/acsphotonics.7b011547. Fan, K., Koulakis, J., Holczer, K., Putterman, S., Padilla,W.J., 2020. Ultrathin Metasurface Wavelength-Selective Mirror for Mil- limeter/Terahertz Wave Fabry-Pérot Cavities. J. Infrared Millim Terahertz Waves, 41(1), pp. 365—374. DOI:https://doi.org/10.1007/s10762-019-00657-28. Pezeshki, H., and Ahmadi, V., 2013. All-optical bistable switching based on photonic crystal slab nanocavity using nonlinear Kerr effect. J. Mod. Opt., 60(2), pp. 103—108. DOI: https://doi.org/10.1080/09500340.2012.7370339. Gribovsky, A. V., 2017. A Quasi-Periodic Sequence of the Fabry-Pérot Resonators on the Basis of Planar Screens of Finite Thick- ness with Rectangular Holes. Telecommunications and Radio Engineering, 76(16), pp. 1417—1422. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v76.i16.3010. Gribovsky, A. V., and Kuzmichev, I. K., 2016. Fabry-Pérot resonator formed by two screens with rectangular holes. Radio Phys. Radio Astron., 21(1), pp. 58—64. DOI: https://doi.org/10.15407/rpra21.01.05811. Gribovsky, A. V., 2019. Sensor for Measuring the Permittivity of Solid and Gaseous Substances on the Basis of a Fabry-Perot Resonator with Evanscent Holes in the Mirrors. Telecommunications and Radio Engineering, 78(11), pp. 939—947. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v78.i11.20 Предмет і мета роботи. Основною метою роботи є проєктування пристроїв з нелінійним діелектриком, які здатні концентрувати електромагнітне поле всередині діелектрика за порівняно малих інтенсивностей поля збудження, на прикладі резонатора Фабрі–Перо з напівпрозорими дзеркалами та нелінійним діелектриком усередині.Методи та методологія. У роботі представлено принципово новий метод керування частотною характеристикою метаповерхні та спосіб захисту електронних модулів від високих значень збуджувальних потужностей. Метод базується на використанні нелінійних властивостей «резонатора-конденсатора» Фабрі–Перо з нелінійним діелектриком в об’ємі резонатора. Таким чином, пропонується метод створення просторових фільтрів і захисних обтікачів антен, що мають властивість активного переналаштування.Результати. З результатів аналізу витікає, що зміною напруги на обкладках «резонатора-конденсатора» можливо регулювати ступінь локалізації електромагнітного поля в об’ємі резонатора. Частотну характеристику метаповерхні на основі резонатора Фабрі–Перо з нелінійним діелектриком можна переналаштовувати шляхом зміни напруги, що прикладається до дзеркал резонатора. Перевагою електричного керування частотно-селективними характеристиками є швидкодія та можливість інтеграції в антенні системи з цифровим керуванням.Висновки. Використання моделі «резонатора-конденсатора» Фабрі–Перо з нелінійним діелектриком як метаповерхні, що переналаштовується, або як обмежувача потужності в різних пристроях має достатню перспективу для впровадження й застосування в приймально-передавальних системах НВЧ. Особливим напрямком впровадження резонаторів Фабрі–Перо, здатних до переналаштування, є створення на їхній основі широкосмугових приймальних антенних систем для засобів пеленгації. Власне, запропонований резонатор Фабрі–Перо є відбивною антенною решіткою з можливістю проявляти, приховувати або змінювати за визначеним алгоритмом свої електродинамічні властивості. Це відкриває перспективи використання його в системах розпізнавання свій-чужий, відбивних маяках, системах навігації тощо.Ключові слова: резонатор Фабрі-Перо; нелінійний діелектрик; прямокутні отвори; коефіцієнт відбиття; напівпрозорі дзеркалаСтаття надійшла до редакції 27.10.2023Radio phys. radio astron. 2024, 29(2): 098-104БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК 1. Kochetova, L.A., Prosvirnin, S.L., Tuz, V.R., 2014. Optical bistability in a grating with slits filled nonlinear media. Prog. Electro- magn. Res., 35, pp. 133—139. DOI:10.2528/PIERM14012606 2. Tuz, V.R., Kochetov, B.A., Kochetova, L.A., Mladyonov, P.L., Prosvirnin, S.L., 2015. Two-oscillator model of trapped-modes inter- action in a nonlinear bilayer fish-scale metamaterial. Phys. Scr., 90(2), 025504. DOI: 10.1088/0031-8949/90/2/025504 3. Tolmachev, V.A., Melnikov, V.A., Baldycheva, A.V., Berwick, K., Perova T.S., 2012. Electrically Tunable Fabry-Pérot Resonator Based on Microstructured, Si Containing Liquid Crystal. Prog. Electromagn. Res., 122, pp. 293—309. 4. Sydorchuk, N.V., Prosvirnin, S.L., Fan, Y., Zhang, F., 2019. Analysis of terahertz wave nonlinear reflection by an array of double silicon elements placed on a metal substrate. J. Phys. D: Appl. Phys., 52, 355303. DOI: 10.48550/arXiv.1903.06074 5. Tuz, V.R., Kochetov, B.A., Kochetova, L.A., Mladyonov, P.L.,Prosvirnin, S.L., 2015. Two-oscillator model of trapped-modes inter- action in a nonlinear bilayer fish-scale metamaterial. Phys. Scr., 90(2), 025504. DOI: 10.1088/0031-8949/90/2/025504 6. Flannery, J., Maruf, R. Al,Yoon, T., Bajcsy,M., 2018. Fabry-Pérot cavity formed with dielectric metasurfaces in a hollow-core fiber.ACS Photonics, 5(2), pp. 337—341. DOI: 10.1021/acsphotonics.7b01154 7. Fan, K., Koulakis, J., Holczer, K., Putterman, S., Padilla,W.J., 2020. Ultrathin Metasurface Wavelength-Selective Mirror for Mil- limeter/Terahertz Wave Fabry-Pérot Cavities. J. Infrared Millim Terahertz Waves, 41(1), pp. 365—374. DOI:10.1007/s10762-019- 00657-2 8. Pezeshki, H., and Ahmadi, V., 2013. All-optical bistable switching based on photonic crystal slab nanocavity using nonlinear Kerr effect. J. Mod. Opt., 60(2), pp. 103—108. DOI: 10.1080/09500340.2012.737033 9. Gribovsky, A.V., 2017. A Quasi-Periodic Sequence of the Fabry-Pérot Resonators on the Basis of Planar Screens of Finite Thick- ness with Rectangular Holes. Telecommunications and Radio Engineering, 76(16), pp. 1417—1422. DOI: 10.1615/TelecomRadEng. v76.i16.30 10. Gribovsky, A.V., and Kuzmichev, I.K., 2016. Fabry-Pérot resonator formed by two screens with rectangular holes. Radio Phys. Radio Astron., 21(1), pp. 58—64. DOI: 10.15407/rpra21.01.058 11. Gribovsky, A.V., 2019. Sensor for Measuring the Permittivity of Solid and Gaseous Substances on the Basis of a Fabry-Perot Resonator with Evanscent Holes in the Mirrors. Telecommunications and Radio Engineering, 78(11), pp. 939—947. DOI: 10.1615/ TelecomRadEng.v78.i11.20 Видавничий дім «Академперіодика» 2024-06-24 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1439 10.15407/rpra29.02.098 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 29, No 2 (2024); 98 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 29, No 2 (2024); 98 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 29, No 2 (2024); 98 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra29.02 en http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1439/pdf Copyright (c) 2024 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY |