Visiting Scholar

Il fenomeno della enhanced transmission della radiazione elettromagnetica attraverso aperture di dimensioni inferiori alla lunghezza d’onda in schermi periodici è stato scoperto negli ultimi anni e studiato da diversi gruppi di ricerca. Recentemente è stato dimostrato dal gruppo del Prof. Jackson della University of Houston che questo fenomeno può essere spiegato in termini dell’eccitazione di un’onda leaky plasmonica supportata dallo schermo periodico che irradia in direzione ortogonale allo schermo. Nella faccia di ingresso, tale onda leaky ha l’effetto di aumentare l’energia catturata dall’apertura, mentre sulla faccia di uscita concentra il campo trasmesso in un fascio estremamente stretto, aumentando in tal modo la densità di potenza irradiata. Sebbene tale fenomeno sia stato osservato sperimentalmente per la prima volta alle frequenze ottiche, è stato mostrato come in realtà possa avvenire in ogni intervallo di frequenza per una opportuna scelta dei parametri fisici e geometrici. Nella ricerca svolta presso la University of Houston si è studiato il fenomeno dell’emissione di una radiazione estremamente direttiva per una classe generale di strutture a onda leaky costituite da uno slab dielettrico poggiato su un piano di massa e coperte da uno schermo parzialmente riflettente, eccitate da una linea o da un dipolo elettrici o magnetici. L’analisi è stata condotta sulla base di un semplice modello della struttura attraverso un circuito equivalente trasverso. Sono state ricavate formule di progetto per ottenere la massima densità di potenza irradiata in direzione normale allo schermo e semplici espressioni approssimate per la larghezza di banda, sia in assenza sia in presenza di perdite nel dielettrico. L’analisi è stata ulteriormente ampliata considerando strutture periodiche in una dimensione. In tali strutture il meccanismo di radiazione è più complesso, essendo dovuto all’eccitazione di un modo leaky di Bloch con una armonica spaziale veloce. Tale modo leaky nasce dalla perturbazione periodica della struttura uniforme aperta che supporta un’onda lenta. Il numero d’onda complesso del modo leaky può essere calcolato in modo accurato attraverso una procedura numerica basata sul metodo dei momenti e la conoscenza di tale numero d’onda permette di calcolare facilmente il diagramma di radiazione sul piano che contiene la periodicità. Al fine di disporre di un semplice modello capace di riassumere l’essenza fisica del fenomeno, è stato introdotto un circuito equivalente della struttura costituito da una linea di trasmissione caricata periodicamente che potesse rappresentare l’eccitazione e la propagazione dell’onda leaky responsabile della radiazione. Attraverso un’analisi di Bloch asintotica, è stata derivata la condizione che rende massima la densità di potenza irradiata in termini della costante di fase e di attenuazione dell’onda leaky, e un’espressione in forma chiusa della frequenza ottima di operazione, sia in presenza sia in assenza di perdite della struttura. Questa analisi permette inoltre il calcolo approssimato del diagramma di radiazione di una struttura a dimensioni finite, qualora si possano trascurare gli effetti di bordo. Analisi numeriche full-wave basate su un codice FDTD hanno permesso di confermare la validità e la generalità dell’approccio. Questa ricerca ha dato luogo a numerose pubblicazioni su riviste e congressi internazionali.