Applicazioni ingegneristiche dei metamateriali per la realizzazione di componenti a microonde e a frequenze ottiche

Abstract

Il lavoro svolto in questi anni di ricerca si è indirizzato principalmente sullo studio dei metamateriali: in particolar modo, si è scelto di focalizzare l'attenzione sull'utilizzo di materiali che presentano valori negativi della permittività o permeabilità in una determinata banda di frequenza. Sono stati affrontati, principalmente, tre argomenti: le linee di trasmissione accoppiate in microstriscia, caricate con materiali a permittività negativa; il progetto di nano-circuiti a frequenze ottiche; la progettazione di polarizzatori a microonde e frequenze ottiche. Nella prima parte di questa tesi, dunque, è stata studiata e analizzata l'influenza di una lamina a permittività negativa posta all'interno del substrato di due linee accoppiate in microstriscia: è stato dimostrato che è possibile progettare un accoppiatore direzionale a onda progressiva che presenti valori di accoppiamento elevati, mantenendo delle dimensioni molto piccole rispetto a delle configurazioni tradizionali. Inoltre, è stato mostrato che è possibile ridurre i fenomeni di diafonia presenti sui circuiti stampati. Successivamente, è stato utilizzato un approccio circuitale tipico delle microonde e delle basse frequenze per la progettazione di nano-circuiti a frequenze ottiche ed è stato mostrato che sono ancora soddisfatte le leggi di Kirchhoff; sono stati poi progettati dei filtri attraverso tale approccio circuitale. Nell'ultima parte del lavoro, infine, è stato mostrato che uno strato di un mezzo birifrangente che presenti un elemento negativo della permittività o permeabilità sull'asse straordinario si comporta da filtro polarizzatore la cui risposta è indipendente dall'angolo di incidenza su un'ampia banda di frequenza. Sono stati quindi ideati due distinti progetti di polarizzatori, rispettivamente a microonde a frequenze ottiche.