数学物理
[提交于 2024年2月21日
]
标题: 平面波在“层叠”周期系统中的散射的即插即用分析范式
标题: Plug-and-play analytical paradigm for the scattering of plane waves by "layer-cake" periodic systems
摘要: 我们研究二维情况下由与边界方向平行的异质层对平面标量波的散射。 在将该层描述为周期性薄层的并集时,我们通过融合传播矩阵的概念和由每个薄层的单元体特征的布洛赫本征态来解决散射问题。 通过求解二次特征值问题(QEVP)获得的特征布洛克本征态,该问题在给定(i)激励频率和(ii)沿边界方向的实数值波数的情况下,寻找垂直于层边界的复数值波数——该波数在整个系统中保持不变。 QEVP的谱分析揭示了特征值谱离散性的充分条件以及所有特征值成复共轭对出现的事实。 通过部署传播矩阵方法提供的分解,我们证明了单个特征值(因此是本征模态)对解的贡献随着其虚部绝对值的增加呈指数衰减,这为分解后的布洛赫波解的截断提供了合理的依据。 所提出的方法适用于彩虹陷阱、能量收集器和超表面的最佳设计,这些结构操纵波的能力不仅由组成薄层的个体色散特性决定,还由后者在复合层中的排列和一般适配决定。 使用分解后的布洛赫方法,可以通过组件薄层的排列和窗口平移/拉伸生成的试验配置的评估可以加快数十倍。
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