<<
>>

Особая поверхностная волна (ОПВ) как условие максимального уси­ления интенсивности эванесцентной электромагнитной волны в прозрач­ной диэлектрической среде

Как известно, в условиях ПВО в оптически менее плотной среде сущест­вование неоднородных эванесцентных волн возможно даже в отсутствии по­глощения (в частности, в оптически прозрачных средах).

В последние годы рез­ко возрос интерес к условиям формирования и свойствам этого типа ЭМ воз­буждений. В монографии [27] отмечено , что на границе раздела оптически изо­тропных непоглощающих и немагнитных сред максимальное (четырехкратное) усиление интенсивности эванесцентных волн ТМ-типа по отношению к па­дающей извне объемной p-волне достигается при угле падения S, равном кри­тическому углу ПВО S. Этот вывод был основан на анализе амплитудного ко­эффициента прохождения, который вне области ПВО можно представить в ви­де:

где- поверхностный импеданс для ЭМ волны с поляризацией

а = s,р в оптически более плотноеи менее плотной (Za)средах, соответ­ственно. Однако условие достижения максимума коэффициента прохождения объемной ТМ-волныотвечает Zp=Q,т.е. возбужде­

нию в оптически менее плотной, изотропной среде особой объемной волны

47

(OOB) с поляризацией p-типа5. Таким образом, вопрос об условиях достижения в области ПВО максимума интенсивности эванесцентной волны TM- или ТЕ- типа, бегущей вдоль границы раздела прозрачных диэлектрических сред, фак­тически остался открытым. Вместе с тем, в соответствии со своим определени­ем, OOB ТМ-типа по своим электродинамическим характеристикам (Zp=Q) удовлетворяет границе раздела “изотропный диэлектрик - идеальный металл“ [16,17].

C другой стороны, как следует из [34,63], в случае границы раздела “изотропный диэлектрик - идеальный металл“ постоянное внешнее электриче­ское E0или магнитное H0поле (а также их комбинация) вследствие динамиче­ского МЭ взаимодействия может приводить к формированию в диэлектрике однопарциальной поверхностной электромагнитной ТМ-волны. Однако, не­смотря на это, возможность достижения с помощью постоянного внешнего магнитного или электрического поля (или их комбинации) максимального уси­ления в условиях в ПВО интенсивности эванесцентной волны TM- или ТЕ-типа на границе раздела двух диэлектрических сред до сих пор не рассматривалась.

В связи с этим, целью данного подраздела является определение необхо­димых условий, при выполнении которых для границы раздела оптически про­зрачных сред можно, за счет наложения внешнего постоянного магнитного или электрического поля, реализовать максимальное (четырехкратное) усиление интенсивности эванесцентных волн TM- или ТЕ-типа. В качестве примера рас­смотрим плоскую границу раздела двух прозрачных полуограниченных немаг­нитных сред с нормалью к границе раздела q, считая, как и в случае (2.1.1), что верхнее полупространство занято оптически более плотной немагнитной сре­дой, изотропной по своим ЭМ свойствам. Для нее соответствующие материаль­ные соотношения можно представить в виде (1.1.1).

В этом случае выражения для поверхностных импедансов в оптически более плотной среде в зависимости от поляризации волны определяются как в (1.1.6). Что же касается нижнего полупространства, то будем полагать, что оно

5особая объемная волна - это однопарциальная волна, у которой в любой момент времени мгновенный поток энергии через границу раздела сред равен нулю [17,62].

48

занято оптически прозрачным диэлектриком (1.1.2), (1.1.4). Как результат, в плоскости векторов qи bв рассматриваемой модели диэлектрика возможно независимое распространение нормальных поляритонов TM- или ТЕ-типа с дисперсионными соотношениями (1.1.7-8).

В дальнейшем будем полагать та­кую плоскость сагиттальной, a qи b- единичными векторами соответственно вдоль нормали к границе раздела сред и вдоль линии пересечения сагиттальной плоскости и плоскости границы раздела сред {qb = 0). В зависимости от поля­ризации волны (TM- или ТЕ-типа), распространяющейся в нижнем полупро­странстве, поверхностный волновой импеданс для волны TM- или поверхност­ная волновая проводимость для волны ТЕ-типа Zaв ковариантной форме [16] могут быть представлены в виде (1.1.6).

Совместный анализ (1.1.7-8) и (1.1.11) - (1.1.13) показывает, что и в рас­сматриваемом случае (внутри области ПВО) максимальное (четырехкратное) усиление интенсивности эванесцентной волны TM- или ТЕ-типаоп­

ределяется условием Za =0, но теперь оно реализуется не на границе области ПВО (при l9 = Bac), а внутри нее (приПри этом частота ω и угол па­

дения (проекция волнового вектора к на границу раздела сред h) объемной ЭМ волны (ТЕ- или ТМ-типа) в верхней, оптически изотропной среде с учетом (1.1.6), (1.1.12) одновременно удовлетворяют одному из следующих соотноше­ний

Вследствие (1.1.6), (2.1.2), для волны с заданной поляризацией a = р (a = s)π области ПВОодновременно также выполнены условия:

Здесь Sa- вектор Пойтинга эванесцентной волны с поляризацией а в оп­тически менее плотной среде , φa- фазовый сдвиг объемной волны с поляриза­цией а, отраженной от поверхности рассматриваемого одноосного диэлектрика в верхнюю, оптически более плотную среду. Анализ COOT-

49

ношений (2.1.2) и (1.1.6) - (1.1.8) показывает, что при а = р соответствующее дисперсионное соотношение в (2.1.2) отвечает поверхностному ТМ-поляритону с ⅛∈XY, распространяющемуся вдоль границы раздела “немагнитный диэлек­трик - идеальный электрический проводник (формально Zp = 0)”.

Если же в (2.1.2)-(2.1.3) а = s, то речь идет о законе дисперсии поверхностного полярито­на ТЕ-типа (, распространяющегося в рассматриваемой оптической

конфигурации вдоль границы раздела “немагнитный диэлектрик - идеальный магнитный проводник (формально Zs= 0)”. Вследствие (2.1.2)-(2.1.3), у этого класса бегущих ЭМ волн в произвольный момент времени групповая скорость параллельна границе раздела сред (равен нулю поток энергии через границу раздела сред ((Saq) = 0)). Таким образом, следуя аналогии с особыми объемны­ми волнами TM- типа из [17,64], определяемые (1.1.6) -(1.1.8), (2.1.2) - (2.1.3) поверхностные поляритонные возбуждения можно назвать особыми поверхно­стными волнами TM- и ТЕ-типа. Что же касается границы области ПВО

, то, как показывает анализ, в рассматриваемом случае для формирую­щейся в оптически менее плотной среде волны TM- или ТЕ-типаодна­

ко теперь она не является особой, поскольку для нее одновременно выполнены соотношения:

В этом случае, как показывает расчет, поток энергии через границу раздела сред равен нулю только в среднем за период колебаний (см. также [12,59]), вследствие чего условие максимального усиления интенсивности эванесцент- ной волны не достигается

Как известно, в условиях ПВО существование неоднородных эванесцент­ных волн возможно даже в отсутствии поглощения (в частности, в оптически прозрачных средах). В последние годы резко возрос интерес к условиям фор­мирования и свойствам этого типа ЭМ возбуждений.

Не в последнюю очередь это связано с интенсивным развитием нанооптики (в частности, фотонной ска-

50

нирующей туннельной микроскопии), поскольку использование ЭВ позволяет выйти за рамки дифракционного предела. В этих условиях ключевым вопросом является анализ условий формирования и свойств распространяющихся ЭВ. В частности было показано, что на границе раздела оптически изотропных непо­глощающих сред усиление интенсивности эванесцентных волн ТМ-типа дости­гается при угле падения, равном предельному углу ПВО [27]. При этом из ана­лиза френелевских амплитудных коэффициентов следует, что отмеченное в [27] условие достижения максимума коэффициента прохождения объемной TM- волны отвечает возбуждению в оптически менее плотной среде особой пре­дельной объемной волны с поляризацией р-типа .

Таким образом, вопрос о возможности достижения в условиях ПВО мак­симума усиления для эванесцентной волны TM- или ТЕ-типа, бегущей вдоль границы раздела непроводящих прозрачных сред, фактически остался откры­тым. Однако до сих пор анализ эффекта усиления эванесцентных волн прово­дился исключительно в немагнитных средах [27]. Кроме того, в связи с освое­нием ПК диапазона, несомненный интерес представляет и также анализ свойств эванесцентных волн в магнитно упорядоченных средах, в частности, антифер­ромагнетиках, поскольку в этом типе магнитных материалов частоты АФМ ре­зонанса вследствие больших внутренних магнитных полей лежат в терагерце- вом частотном диапазоне. Кроме того, хорошо известно, что резонансные ха­рактеристики АФМ сред чувствительны не только к характеру магнитного упо­рядочения, но и к воздействию внешних полей, в частности, электрического [65]. При этом следует отметить, что уже в коллинеарной фазе скомпенсиро­ванного АФМ с центром симметрии (ЦС АФМ) в постоянном внешнем элек­трическом поле E0, ортогональном или коллинеарном легкой магнитной оси, по своим электродинамическим свойствам становится подобен омега- структуре [66-68]. Что же касается легкоплоскостной слабо ферромагнитной фазы, то при указанных выше ориентациях E0ЦС АФМ по своим электроди­намическим свойствам отвечает невзаимной киральной омега-среде [69-71].

Это позволяет рассчитывать на возможность целенаправленного и эффективно-

51

го воздействия с помощью постоянного внешнего электрического поля не толь­ко на характер рефракции объемной волны TM- или ТЕ-типа на границе разде­ла “немагнетик- антиферромагнетик”, но и на условия формирования и свойст­ва эванесцентных волн той же поляризации, распространяющихся в условиях ПВО вдоль границы раздела магнитной и немагнитной сред.

До сих пор возможность целенаправленного влияния на условия дости­жения в условиях ПВО максимума интенсивности возбуждения эванесцентной волны TM- или ТЕ-типа обсуждалась только в общем виде. В связи с этим це­лью следующего подраздела является анализ влияния постоянного внешнего электрического поля на условия формирования и свойства эванесцентных волн TM- и ТЕ-типа вблизи границы раздела “немагнетик - скомпенсированный ЦС АФМ”.

Результаты данного раздела были опубликованы в [4-а].

2.2.

<< | >>
Источник: ТАРАСЕНКО АРТЕМ СЕРГЕЕВИЧ. ПОВЕРХНОСТНАЯ СПИН-ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА АНТИФЕРРОМАГНИТНЫХ СРЕД C ЦЕНТРОМ АНТИСИММЕТРИИ. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Донецк - 2019. 2019

Еще по теме Особая поверхностная волна (ОПВ) как условие максимального уси­ления интенсивности эванесцентной электромагнитной волны в прозрач­ной диэлектрической среде:

  1. ОПВ как вытекающая волна на уединенной границе раздела сред (но­вый механизм поверхностного поляритонного резонанса, новый механизм усиления пространственного эффекта Гуса-Хенхен на границе раздела прозрачных сред)
  2. Рефракция s-и р-поляризованной плоской электромагнитной волны на границе «немагнитный диэлектрик - скомпенсированный легкоосный центроантисимметричный антиферромагнетик». Продольная магнитооп­тическая конфигурация
  3. ГЛАВА I. ЭФФЕКТЫ НЕВЗАИМНОСТИ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ПЛОСКОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ TM- (ТЕ-) ТИПА ЧЕРЕЗ ГРАНИЦУ РАЗДЕЛА НЕМАГНИТНОГО ДИЭЛЕКТРИКА И АНТИФЕР­РОМАГНЕТИКА C ЦЕНТРОМ АНТИСИММЕТРИИ
  4. Π.5 Области существования объемных и эванесцентных волн TM- (ТЕ-) типа и соответствующих ОПВ в коллинеарной фазе скомпенсированного JIO АФМ в постоянном внешнем электрическом поле
  5. Π.6 Области существования объемных и эванесцентных волн TM- (ТЕ-) типа и соответствующих ОПВ в нескомпенсированном JIO АФМ в постоянном внешнем электрическом поле. Геометрия Фогта
  6. Принципы административных процедур как необходимое условие эффективности государственного управления
  7. П.З Частотная зависимость условий существования объемных и эванесцентных волн TM- (ТЕ-) типа и соответствующих типов сечений ПВВ в коллинеарной фазе скомпенсированного ЛО АФМ с ЦАС. Продольная МОК.
  8. П.4 Частотная зависимость условий существования объемных и эванесцентных волн TM- (ТЕ-) типа и соответствующих типов сечений ПВВ в мультиферроике PML типа. Геометрия Фогта
  9. Таммовские ОПВ
  10. П.7. Области существования и линии максимального усиления эф­фекта Гуса-Хенхен в нескомпенсированном JIO АФМ в постоянном внешнем электрическом поле. Геометрия Фогта
  11. Связь условий резонансного прохождения с локальной геометрией по­верхности волновых векторов (ПВВ).
  12. 4.1. Особенности резонансного прохождения волны TM (ТЕ-) типа через пластину антиферромагнетика в скрещенных магнитном и электрическом полях
  13. Рефракция s-и р- поляризованной плоской ЭМ волны на границе «не­магнитный диэлектрик - некомпенсированный JIO АФМ с ЦАС»
  14. Свойства эванесцентных волн в электрически и магнитополяризован­ном диэлектрике. Некомпенсированный АФМ
  15. П.8. Условия полуволнового прохождения плоских объемных волн TM- (ТЕ-) типа через слой ЛО АФМ в скрещенных магнитном и электрическом
  16. ТАРАСЕНКО АРТЕМ СЕРГЕЕВИЧ. ПОВЕРХНОСТНАЯ СПИН-ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА АНТИФЕРРОМАГНИТНЫХ СРЕД C ЦЕНТРОМ АНТИСИММЕТРИИ. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Донецк - 2019, 2019
  17. Тарасенко Артём Сергеевич. ПОВЕРХНОСТНАЯ СПИН-ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА АНТИФЕРРОМАГНИТНЫХ СРЕД C ЦЕНТРОМ АНТИСИММЕТРИИ. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Донецк - 2019, 2019
  18. Финансовые суды как особый вид административной юстиции
  19. Тема: Компетенция органов как важнейший элемент их правового статуса
  20. П.2 Частотная зависимость условий существования объемных и эванес­центных волн TM- (ТЕ-) типа и соответствующих типов сечений ПВВ в коллинеарной фазе скомпенсированого ЛО АФМ с ЦАС. Полярная MOK