Electromagnetic wave propagation in networks of Luneburg lenses
Διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε δίκτυα φακών τύπου Luneburg
Ματθαιάκης, Μάριος
Τσιρώνης, Γιώργος
Τα μεταϋλικά ΜΜς είναι μια σχετικά καινούρια και πολύ υποσχόμενη τεχνολογία η οποία μπορεί να προσφέρει υλικά με ιδιότητες οι οποίες δεν βρίσκονται συνήθως στην φύση. Μία από τισ πιο δημοφιλές εφαρμογές των μεταϋλικών είναι οι φακοί μεταβαλλόμενου δείκτη διάθλασης (GRIN lenses). Το θέμα αυτής εδώ της διατριβής είναι αυτοί οι φακοί και πιο συγκεκριμένα ο φακός Luneburg. Σε αυτή την εργασία μελετάμε τόσο αναλυτικά με την μέθοδο της Λαγκρανζιανής Οπτικής (Langrangian Optics) όσο και αριθμητικά με τις μεθόδους FDTD και Hamiltonian ray-tracing, την διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μέσα από διάφορα δίκτυα φακών και παίρνουμε αναλυτικά και αριθμητικά αποτελέσματα.Επιπλέον προτείνουμε μερικές ενδιαφέρουσες διατάξεις φακών με τις αντίστοιχες εφαρμογές τους. Συγκεκριμένα στην παρούσα διατριβή αποδεικνύεται ότι είναι δυνατή η κατασκευή κυματοδηγών (waveguides) και συσκευών για να καθιστούν αντικείμενα αόρατα στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα (cloaking devices), μέσο δικτύων από φακούς Luneburg. Τέλος τοποθετούμε φακούς σε τυχαίες θέσεις, μελετώντας ξανά την διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων παρατηρούμε κάποια ακραία φαινόμενα (extreme events), πιθανότατα Freak Waves, καθώς και καυστικές περιοχές (caustics areas).
(EL)
Metamaterials MMs are a relatively new technology which is very promising
because is can provide properties that may not be found in nature. One of
the most famous application of metamaterials are the Gradient Index GRIN lenses, i.e. lenses with on-constant refractive index. The topic of this thesis is a GRIN lens, specifically the Luneburg lens. In this work is studied analytically with Lagrangian Optics method as well as computationally with FDTD
and Hamiltonian ray-tracing methods the propagation of light through a
single Luneburg lens. In addition we study the propagation of EM waves in some networks of lenses and obtain both analytical and numerical results.
Furthermore we propose some interesting arrangements with their eventual applications. Specifically in this thesis is indicated that it is feasible to be fabricated waveguides and cloaking devices with Luneburg lenses networks. Finally lenses are located randomly and we observe some extreme events, probably Freak Waves, and caustics areas.
(EN)
