Implemented the changes requested up to the hyperlens section
authorU-LEO-FUJITSU-XP\Leo <Leo@leo-fujitsu-xp.(none)>
Sun, 12 Jul 2009 04:13:43 +0000 (00:13 -0400)
committerU-LEO-FUJITSU-XP\Leo <Leo@leo-fujitsu-xp.(none)>
Sun, 12 Jul 2009 04:13:43 +0000 (00:13 -0400)
anisotropic_nim_subsects_5.tex

index 903dde2..970d981 100755 (executable)
@@ -85,8 +85,8 @@ Hyperspace: Negative Refractive Index and Sub wavelength Imaging}
 
 \begin{aug}
 \author{Leonid V. Alekseyev\supscr{a,b}, Zubin Jacob\supscr{b}, and Evgenii Narimanov\supscr{b}}
-\affilation{\supscr{a}Princeton University, Princeton, NJ\\
-\supscr{b}Purdue University, West Lafayette, IN
+\affilation{\supscr{a}Princeton University, Princeton, NJ, USA\\
+\supscr{b}Purdue University, West Lafayette, IN, USA
 }
 \end{aug}
 
@@ -191,7 +191,8 @@ of a resonant response by a miniature conductive structure. For an
 effective negative permeability response, these microresonators
 must reside in subwavelength unit cells. Thus, to attain negative
 permeability for THz and higher frequencies, one must resort to
-lithographic methods in structuring the materials. For the optical frequencies,  fully three-dimensional subwavelength patterning is currently unfeasible.
+lithographic methods in structuring the materials. For the optical
+frequencies,  fully three-dimensional (3D) subwavelength patterning is currently unfeasible.
 
 Aside from the manufacturing difficulties, negative magnetic
 response presents another significant challenge.  The resonance in
@@ -252,7 +253,7 @@ subwavelength-resolved imaging.
 
 
 
-\section{Nonmagnetic Negative Refraction}
+\section{Nonmagnetic Negative Refraction}\label{sect:nonmagnetic_nr}
 
 For a plane wave with wave vector $\vecb{k}$, incident on some
 surface, translational invariance demands that $k_\parallel$, the
@@ -268,7 +269,7 @@ negative phase velocity, $\hatb{S} = -\hatb{k}$ holds, and the
 condition $\{S_\parallel < 0$ and $k_\parallel > 0\}$ are then
 satisfied automatically. Material parameters $\epsilon<0$, $\mu<0$
 lead to exactly this scenario. More generally, however, we may
-inquire what material parameters lead to negative refraction
+inquire as to what material parameters lead to negative refraction
 without requiring negative phase velocity.
 
 
@@ -378,15 +379,15 @@ behavior of negative refraction systems with $\epsilon < 0$, $\mu < 0$.  We shou
 in mind, however, that the hyperbolic dispersion
 relation in Eq.~(\ref{eq:dr}) has a profound impact not only on
 refraction behavior at the interface, but also on the general
-properties of wave propagation.  (Indeed, we shall see in a later
-section that this dispersion relation enables devices with
+properties of wave propagation.  (Indeed, we shall see in
+Section~\ref{ssect:waveguides} that this dispersion relation enables devices with
 negative phase velocity and near-zero group velocity.)
 
 \begin{figure}[t]
 \centerline{\scalebox{.238}{\includegraphics{anisotropic_nr.pdf}}}
 \caption{(a) The ray diagram and (b) the electric field for
 the refraction of a light beam at the boundary of air with an
-$\epsilon_x < 0$,  $\epsilon_z > 0$ material. Note negative
+$\epsilon_x < 0$,  $\epsilon_z > 0$ material. Note the negative
 refraction of the beam and the direction of the wavefronts
 ($\epsilon_z = 3$, $\epsilon_x = - 1.5$).  (c) The intensity distribution of a beam
  propagating through a slab made of
@@ -416,7 +417,7 @@ with zero losses, all of the energy is concentrated at the boundary of
 the propagation cone, since there are infinitely many wave vectors
 --- solutions of Eq.~(\ref{eq:dr}) --- that accumulate close to the
 asymptotes of the hyperbola, and therefore share the same
-direction.  Furthermore, for $|\epsilon_x| \gg \epsilon_z$ the
+direction.  Furthermore, for $|\epsilon_x| \gg \epsilon_z$, the
 beam divergence angle approaches zero.  Thus, in this so-called
 {\em channeling regime},\cite{Belov2006} subdiffraction-limited
 imaging can be performed.
@@ -457,7 +458,7 @@ Perhaps surprisingly, the  $\epsilon_x < 0, \; \epsilon_z
 > 0$  behavior is observed in a number of natural materials where
 structural anisotropy strongly affects the dielectric response.
 Examples of such materials can easily be found in the infrared and THz
-spectral bands. For instance, in the far infrared/low THz domain,
+spectral bands. For instance, in the far-infrared/low-THz domain,
 this behavior can be found in triglycine sulfate (TGS), a compound
 widely used in fabricating infrared photodetectors.  In TGS, a
 strong phonon anisotropy leads to a large anisotropy in the
@@ -473,7 +474,7 @@ imaginary part of $\epsilon$ becomes small away from the
 resonance, minimizing absorption.
 
 
-Whereas the phonon anisotropy of TGS exists in the low THz domain,
+Whereas the phonon anisotropy of TGS exists in the low-THz domain,
 for other materials, it may occur in a different spectral band.
 The strong anisotropy of the dielectric response of sapphire
 (Al$_2$O$_3$) is also due to excitation of different phonon modes
@@ -524,7 +525,7 @@ carbide,\cite{Shvets2003,Shvets2006} with $\epsilon < 0$ between
 10.3 and 11 \um.
 
 
-The metamaterials can be structured in many different ways. For
+Metamaterials can be structured in many different ways. For
 instance, the plasmonic inclusions can take the form of aligned
 nanowires.  Alternatively, these inclusions can be anisotropically
 distributed in a dielectric host.  The simplest arrangement that
@@ -554,7 +555,7 @@ regions.
 
 
 \section{Applications}
-\subsection{Waveguides}
+\subsection{Waveguides}\label{ssect:waveguides}
 
  As discussed above, the $\epsilon_x < 0, \; \epsilon_z
 > 0$ materials enable all-angle negative refraction for incident plane
@@ -562,8 +563,8 @@ waves. However, for {\em guided modes}, this
 form of the dielectric tensor results in negative phase velocities
 and even negative group delays --- phenomena primarily associated
 with magnetic ($\epsilon_x < 0, \; \mu < 0$) negative index
-materials.  To see how this comes about, let us consider guided
-mode solutions for a planar waveguide of thickness $d$ with
+materials.  To see how this comes about, let us consider guided-mode 
+solutions for a planar waveguide of thickness $d$ with
 perfectly conducting walls.  Suppose that the boundaries of the
 waveguide lie at $x=0$ and $x=d$, and that guided modes propagate
 in the $z$ direction.  We assume that the waveguide is filled with
@@ -605,7 +606,7 @@ m_\text{max} =
 When both $\epsilon_\parallel$ and $\epsilon_\perp$ $>$ 0, this
 expression generalizes readily to the anisotropic case [in fact,
 we only need to replace $\epsilon$ with $\epsilon_\parallel$ in
-(\ref{eq:m_max})].  However, if the {\it signs} of
+Eq.~(\ref{eq:m_max})].  However, if the {\it signs} of
 $\epsilon_\parallel$ and $\epsilon_\perp$ differ, the situation
 changes dramatically.  Consider, for instance, the case
 $\{\epsilon_\perp < 0, \; \epsilon_\parallel > 0\}$.  The
@@ -619,7 +620,7 @@ m_\text{min} =
 
 Rather than having a maximum mode cutoff, the guided modes are now
 bounded {\em from below}.  By adjusting the values of $d$ and
-$\epsilon_\parallel$,it is possible to allow {\em all} modes to
+$\epsilon_\parallel$, it is possible to allow {\em all} modes to
 propagate in a waveguide, or to elevate the minimum cut-off
 threshold $m_\text{min}$ to admit only high-order modes.
 
@@ -641,10 +642,10 @@ object's subwavelength features --- the information typically lost
 as a consequence of the diffraction limit.  This ability to guide
 waves that would exponentially decay in an ordinary medium is of
 great interest in constructing subwavelength imaging devices, and
-will be discussed in more detail in a later section.
+will be discussed in more detail in Section~\ref{ssect:hyperlens}.
 
 Let us now consider the group velocity of the guided modes, $v_g =
-\partial \omega / \partial \beta$. Differentiating Eq.~(\ref{eq:wg_dr}) we obtain
+\partial \omega / \partial \beta$. Differentiating Eq.~(\ref{eq:wg_dr}), we obtain
 
 \begin{equation}\label{eq:vg}
 \frac{\partial \omega}{\partial \beta} =
@@ -652,7 +653,7 @@ Let us now consider the group velocity of the guided modes, $v_g =
 \frac{c^2}{\epsilon_\perp} \frac{1}{v_\phi},
 \end{equation}
 \noindent where $v_\phi$ is the phase velocity.  For
-$\epsilon_\perp < 0$ we see immediately that the phase velocity
+$\epsilon_\perp < 0$, we see immediately that the phase velocity
 and the group velocity are of different signs.  This implies that
 the Poynting vector $\vecb{S}$ is directed opposite the wave
 vector $\vecb{k}$.
@@ -664,7 +665,7 @@ $\vecb{k}$ bouncing between the two waveguide boundaries.  Due to
 the $\{\epsilon_\perp < 0, \; \epsilon_\parallel > 0\}$
 anisotropy, the components of $\vecb{S}$ and $\vecb{k}$ along the
 waveguide, $S_z$ and $k_z$, differ in sign (as was shown in an
-earlier section).  But in the process of constructing a waveguide
+earlier section).  However, in the process of constructing a waveguide
 mode out of the multiply reflecting plane wave, it can be seen that
 $S_z$ represents the net energy flow in the mode, while $k_z$
 coincides with the mode propagation constant $\beta$.  We
@@ -707,7 +708,7 @@ with propagation in ani\-so\-tropic waveguides. Recall that for a waveguide
 with perfectly conducting walls, as above, the energy flux in the
 core is antiparallel to the wave vector.  The same is true if the
 core is bounded by a cladding made from a regular, isotropic
-dielectric.  But for a dielectric waveguide, a portion of the
+dielectric.  However, for a dielectric waveguide, a portion of the
 energy flux exists in the cladding.  In this region, the energy
 flux is, as usual, collinear with the wave vector
 [Fig.~\ref{fig:wgstuff}(b)].  For a particular value of the light
@@ -719,17 +720,17 @@ positive energy flux outside.  This leads to a dramatic reduction in the group v
  The frequency-dependent
 group velocity of a single slow mode is plotted in
 Fig.~\ref{fig:wgstuff}(c). It is evident that $v_g \lesssim
-0.004\,c$ is attainable over a 1.1 THz frequency range.  Such a wide
+0.004\,c$ is attainable over a 1.1-THz frequency range.  Such a wide
 bandwidth suggests the possibility of using the proposed system as
 an optical buffer.
 
 
-\subsection{The hyperlens}
+\subsection{The hyperlens}\label{ssect:hyperlens}
 \subsubsection{Theoretical description}
 
-We saw in an earlier section that a medium with a hyperbolic
+We saw in Section~\ref{sect:nonmagnetic_nr} that a medium with a hyperbolic
 dispersion relation allows propagation of high spatial frequency
-waves which would decay in a conventional dielectric.  This
+waves that would decay in a conventional dielectric.  This
 phenomenon, however, is of limited utility in stand-off
 subwavelength imaging, as the high-$k$ modes start exponentially
 decaying outside the material.  It turns out, however, that