时空调制线介质中的波分析与均匀化

在本文中，我们发展了时空调制线介质的均匀化理论。我们首先求解该复合介质所支持的模态波，展示了诸如在低于相应静止介质截止频率下传播的异常波等奇特性质。我们解释了这些独特解如何产生一种极端的菲涅耳拖曳，该拖曳在微弱且缓慢的时空调制下即已存在。接下来，我们推导对应于前几个受支持模态中的每一个的有效材料介电常数，并写出平均场与坡印廷矢量。非局域性、非互易性以及因时空调制方向引起的各向异性是该介质的三个固有属性，并在有效材料参数中清晰可见。作为优值，我们还推导了具有时空调制等离子体频率的等离子体介质的有效介电常数。这一比较很有趣，因为等离子体介质可被视为由静止线介质获得的有效介质。我们验证了均匀化与时空变化未必是可互换的操作。事实上，在某些参数区间内，应直接对时空调制的复合介质进行均匀化，而非先均匀化静止介质再唯象地引入时空调制效应。