Interaction of Bessel Light Beams with Epsilon-near-zero Metamaterials

The article explores possibilities and conditions of generation of a new type of diffraction-free needle-like field Bessel plasmon polaritons (BPPs) with super narrow cone angle in an epsilon-near-zero metamaterial, surrounded by semi-infinite dielectric media. Correct analytical expressions are obtained and analyzed in detail for the electric and magnetic fields of BPPs formed inside and outside the metamateral slab

Surface Plasmon-Polaritons and Transverse Spin Angular Momentum at the Boundary of Hyperbolic Metamaterial with Arbitrary Orientation of the Optical Axis

The possibility is established and the conditions are found for localization of plasmon-polaritons (PPs) near the boundaries of hyperbolic metamaterials (HMs) of both I and II types with arbitrary orientation of the optical axis. It is grounded that such surface PP has the transverse spin momentum which depends on the wavelength of the exciting wave, the orientation of the optical axis of the hyperbolic metamaterial, and dielectric properties of bordered media

Interaction of Bessel Light Beams with Epsilon-near-zero Metamaterials

The article explores possibilities and conditions of generation of a new type of diffraction-free needle-like field Bessel plasmon polaritons (BPPs) with super narrow cone angle in an epsilon-near-zero metamaterial, surrounded by semi-infinite dielectric media. Correct analytical expressions are obtained and analyzed in detail for the electric and magnetic fields of BPPs formed inside and outside the metamateral slab

Far-field flat lens based on multilayered metal- dielectric structure

The detailed investigation has been made of the lens effect in plane multilayered metal-dielectric structures (Ag-TiO2). The optical scheme of the lens has been studied with the radiation focusing in free space. The transfer function is calculated, where the phase profile determines definitely the possibility of focusing. The condition for far-field image formation is found using a flat lens. This condition is used for a numerical simulation of several lens designs with a various number of metal layers. It is found that considered flat lenses have close to limiting angular aperture and therefore the subwavelength resolution. It is established that at increase of a number of metal layers the object and image distances grow

Dessins, their delta-matroids and partial duals

Given a map $\mathcal M$ on a connected and closed orientable surface, the delta-matroid of $\mathcal M$ is a combinatorial object associated to $\mathcal M$ which captures some topological information of the embedding. We explore how delta-matroids associated to dessins d'enfants behave under the action of the absolute Galois group. Twists of delta-matroids are considered as well; they correspond to the recently introduced operation of partial duality of maps. Furthermore, we prove that every map has a partial dual defined over its field of moduli. A relationship between dessins, partial duals and tropical curves arising from the cartography groups of dessins is observed as well.Comment: 34 pages, 20 figures. Accepted for publication in the SIGMAP14 Conference Proceeding

ОСНОВНІ ДИНАМІЧНІ ПОКАЗНИКИ МАЛОПОТУЖНИХ МАГНІТОЕЛЕКТРИЧНИХ ДВИГУНІВ

In clause the basic dynamic parameters low-power magnetoelectric of engines of a disk type are considered.The settlement formulas for an estimation of good quality, electromechanical and electromagnetic constanttime at an initial stage of designing of engines are received.В статье рассмотрены основные динамические показатели маломощных магнитоэлектрических двигателей дискового типа. Получены расчётные формулы для оценки добротности, электромеханической и электромагнитной постоянных времени на начальной стадии проектирования двигателей.В статті розглянуто основні динамічні показники малопотужних магнітоелектричних двигунів дискового типу. Отримано розрахункові формули для оцінки добротності, електромеханічної та електромагнітної сталих часу на початковій стадії проектування двигунів

Особенности акустооптического взаимодействия оптических и акустических бесселевых пучков в поперечно изотропных оптически положительных кристаллах

Some basic properties of acousto-optical (AO) diffraction involving Bessel light and acoustic beams in anisotropic crystals are investigated. Hexagonal symmetry crystals are considered and are optically uniaxial and positive and acoustically transversely isotropic. It is shown that, unlike the case of AO diffraction of plane waves, the transition to Bessel beams allows one to realize a number of new diffraction channels having specific configurations of the wave vectors of interacting waves while maintaining the axial symmetry of the optical scheme as a whole. The diffraction channels for anisotropic scattering are classified and the main parameters of the scattered Bessel light beam and the parameters of the Bessel acoustic beam are calculated for each of them. The possibility of implementing the isotropic-type diffraction was revealed, which makes it possible to increase the efficiency of AO conversion. The parameters of this-type diffraction are determined for two scattering channels, namely, for scattering by a direct Bessel acoustic beam and by a backward propagating acoustic beam.Due to the appearance of a set of scattering channels and with regard to the fact that Bessel light and acoustic beams have helical wave front dislocations, as well as suppressed diffraction spreading, the study of the features of AO diffraction of such beams in optically positive crystals has both a scientific and practical interest. Исследованы особенности акустооптической (АО) дифракции с участием бесселевых светового и акустического пучков в анизотропных кристаллах. Рассмотрены кристаллы гексагональной симметрии, которые являются оптически положительными, а акустически – поперечно изотропными. Показано, что в отличие от случая АО дифракции плоских волн, переход к бесселевым пучкам позволяет реализовать ряд новых каналов дифракции, имеющих специфические конфигурации волновых векторов взаимодействующих волн при сохранении аксиальной симметрии оптической схемы в целом. Проведена классификация каналов дифракции для анизотропного рассеяния и для них рассчитаны основные параметры рассеянного бесселева светового пучка и параметры бесселева акустического пучка. Обнаружена возможность реализации изотропного типа дифракции, что позволяет повысить эффективность АО преобразования. Определены его характеристики для двух каналов рассеяния, а именно, рассеяния на попутном бесселевом акустическом пучке и на обратном.Из-за многообразия каналов рассеяния, а также с учетом того, что бесселевы световой и акустический пучки обладают винтовыми дислокациями волнового фронта, а также подавленным дифракционным расплыванием, изучение особенностей АО дифракции таких пучков в оптически положительных кристаллах представляет как научный, так и практический интерес.

Свойства и энергетические характеристики особых неоднородных электромагнитных волн в гиперболических метаматериалах

In this paper, it is shown that under the conditions of total internal reflection of plane homogeneous electromagnetic waves at the interface of a hyperbolic metamaterial and an ordinary isotropic medium, special inhomogeneous electromagnetic waves are excited in certain circumstances near the surface of the metamaterial and their amplitude changes with distance according to the non-exponential law. The existence conditions for such waves are established for the case when the optical axis is located within the interface plane and forms an angle with the plane of incidence. The energy flux and the energy density of special inhomogeneous waves in a hyperbolic metamaterial are determined. Показано, что в условиях полного отражения плоских однородных электромагнитных волн на границе гиперболического метаматериала с обычной изотропной средой при определенных условиях вблизи поверхности метаматериала возбуждаются особые неоднородные электромагнитные волны. Их особенность заключается в том, что амплитуда таких волн изменяется при удалении от границы по неэкспоненциальному закону. Получены условия существования особых неоднородных волн и показано, что для этого оптическая ось метаматериала должна составлять определенный угол с плоскостью падения, зависящий от ее ориентации относительно главной плоскости метаматериала и оптических свойств граничащих сред. Найдены поток и плотность энергии особых неоднородных волн в гиперболическом метаматериале

НИЗКОЧАСТОТНОЕ ОБРАТНОЕ АКУСТООПТИЧЕСКОЕ РАССЕЯНИЕ БЕССЕЛЕВЫХ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ

The features of acousto-optic diffraction of a Bessel light beam (BLB) on a Bessel acoustic beam (BAB) in transversely anisotropic crystals are investigated. The scheme of acousto-optic (AO) interaction is considered when the incident TH-polarized BLB propagating along the optical c axis of an optically uniaxial crystal is excited in the crystal of the TE- po-la rized BLB due to the process of anisotropic TH→TE diffraction. The diffraction problem is solved for transversely isotropic crystals, whose cylindrical symmetry is fully consistent with the symmetry of both BLB and BAB propagating along the optical axis and the AO interaction occurs without distortion of the spatial structure of beams. It is shown that in the process of backward acousto-optic scattering, the use of Bessel light beams with a large cone angle makes it possible to significantly reduce the frequency of the acoustic wave necessary for satisfying the longitudinal synchronism condition (values of less than 1 GHz). It is established that the efficiency of the AO interaction of the BLB and the BAB is determined not only by the intensity of the acoustic field, longitudinal wave detuning and the interaction length, but also by the period of transverse oscillations of Bessel beams. These oscillations determine the value of the overlap integrals and, consequently, the effective AO parameters. When the conditions of longitudinal and transverse synchronisms are realized, it is possible to achieve the high diffraction efficiency close to unity. The angular width of transverse synchronism is equal to about 0.5 mrad and increases with increasing acoustic power. It is shown that when the BLB is diffracted, the order of its phase dislocation changes by a value that is equal to the order of BAB phase dislocation. Because of the narrow angular spectrum of a scattered field, the back ward AO diffraction of Bessel light beams is promising for the development of low-frequency AO filters and spectrum analyzers. The property of self-reconstruction of the transverse profile of an optical field is promising for applications of Bessel light beams in defectroscopy.Исследованы особенности акустооптической дифракции бесселева светового пучка (БСП) на бесселевом акустическом пучке (БАП) в поперечно анизотропных кристаллах. Рассмотрена схема акустооптического (АО) взаимодействия, когда ТН-поляризованный (или е-поляризованный) БСП падает на оптически одноосный кристалл в направлении оптической оси с и за счет анизотропной дифракции ТН→ТЕ падающий е-БСП возбуждает в кристалле рассеянный о-БСП. Задача АО дифракции решается для поперечно изотропных кристаллов, цилиндрически симметричная геометрия которых полностью согласована по симметрии с БСП и БАП, распространяющихся вдоль оптической оси, и процесс АО взаимодействия происходит без искажения пространственной структуры пучков. Показано, что в процессе обратного акустооптического рассеяния использование бесселевых световых пучков с большим углом конуса позволяет значительно уменьшить необходимую для выполнения условия продольного синхронизма частоту акустической волны (до значений менее 1 ГГц). Установлено, что эффективность АО взаимодействия БСП и БАП определяется не только интенсивностью акустического поля, продольной волновой расстройкой и длиной взаимодействия, как в случае плоских волн, но и поперечной структурой бесселевых пучков. Эта структура определяет величину интегралов перекрытия и, следовательно, эффективные АО параметры. При выполнении условий продольного и поперечного синхронизмов возможно достижение высокой эффективности дифракции, близкой к единице, а угловая ширина основного максимума составляет при этом величину ~0,5 мрад и возрастает при увеличении акустической мощности. Установлено, что при дифракции БСП происходит трансформация порядка его фазовой дислокации на величину, равную порядку фазовой дислокации БАП. Из-за малой ширины углового спектра рассеянного БСП обратное акустооптическое рассеяние бесселевых световых пучков перспективно для разработки низкочастотных акустооптических фильтров и спектроанализаторов, а свойство самореконструкции поперечной структуры перспективно для применений бесселевых пучков в дефектоскопии.