Control of electromagnetic waves using metamaterials and metasurfaces based on Huygens' sources

Abstract

This Master's thesis is about the study of a Huygens' source and its application to the design of two applications where the small backscattering is required: a left-handed metamaterial matched to free-space impedance and a Huygens' metasurface for anomalous refraction. In this work, we begin with the analysis of the polarizability tensor of subwavelength scatterers; for some scatterers, the co- and cross-polarizability components are bounded. Later on, we obtain the dipole moments and polarizability tensor requirements to have an anisotropic and an isotropic Huygens' source. We demonstrate that a pair of Split Ring Resonators can satisfy the conditions. Then we use these results for the design of the metasurface and metamaterial. For the demonstration of the left-handedness and impedance matching, we use the dispersion relation, impedance, permittivity, and permeability from a homogenization model obtained from the multimodal transfer matrix method.

En el presente trabajo se estudia una fuente de Huygens y su aplicación en dos diseños en los que se requiere baja reflexión: un metamaterial zurdo adaptado a la impedancia del vacío y una metasuperficie de Huygens que presenta refracción anómala. En este trabajo, comenzamos con el análisis del tensor de polarizabilidad de dispersores de sub-longitud de onda, y, para algunos dispersores, se estudia que las componentes de co-polarizabilidad y de polarizabilidad cruzada pueden están relacionadas. Posteriormente, obtenemos los momentos dipolares y los requisitos del tensor de polarizabilidad para tener una fuente de Huygens anisótropa e isótropa. Demostramos que un par de resonadores de anillo partido (SRR, por sus siglas en inglés) pueden satisfacer las condiciones. A continuación, utilizamos estos resultados para el diseño de la metasuperficie para la refracción anómala y del metamaterial zurdo. Para la demostración del medio zurdo y de la adaptación de la impedancia, utilizamos la relación de dispersión, la impedancia, la permitividad y la permeabilidad de un modelo de homogeneización obtenido a partir del método de la matriz de transferencia multimodal. (Texto tomado de la fuente)