Введение к работе
- З -
Актуальность темы. Эффекты интерференции электромагнитных волн в тонких слоях широко используются в устройствах регистрации электромагнитного излучения и управления его параметрами, в методах измерения толщины олоев и параметров образующих их материалов. Усиление интерференционного вффекта достигается за счет изменения оптической толщины слоя с помощью внешнего поля или путем создания многослойных структур. Для управления интерференционными вффектами монет быть также использовано явление интерференции встречных волн (ИВВ), наблюдаемое при падении на противоположные поверхности тонкого слоя двух независимых когерентных волн. Потоки внергии волн, возникающих при втом вне и внутри слоя, содержат интерференционный поток (ИП), величина которого определяется произведением амплитуд и разностью начальных фаз интерферирующих волн. Наличие ИП позволяет управлять параметрами излучения за счет изменения амплитудно-фазовых соотношений исходных волн.
V4B использовалась в [1] для определения оптических констант тонких поглощающих пленок. В последнее время интерес к втому явлению возрос в связи с експериментальним обнаружением вффекта просветления малопрозрачных слоев [2], связанного о формированием в слое специфического ИП, образованного встречными волнами. Данное явление названо "туннельной интерференцией" (ТИ) вследствие преобладания мнимых 'составляющих у постоянных распространения волн, проникающих в слой. Явление ИВВ и, в частности, вффекты ТИ к настоящему времени исследованы лишь в некоторых частных случаях сред о комплексными материальными константами: в неферромагнитных металлах, в диэлектриках в области аномальной дисперсии и в условиях полного внутреннего отражения, а также в усиливающих слоях [3-6]. Особенности интерференционного взаимодействия встречных волн (ВВ) в поглощающих и диспергирующих средах, возможность управления параметрами электромагнитного излучения, представляют несомненный интерес и требуют дальнейшего изучения.
Рассмотрение в качестве вещества слоя магнитогиротропных (МГ) сред представляет интерес в связи с такими их свойствами, как ферромагнитный резонанс (ШР) и поляризационные вффекты Фарадея, Керра, Коттона - Мутона [7,8]. Возникающие здесь воз-
можности управления эффектами ИВВ с помощью внешнего магнитного поля, а также поляризацией интерферирующих волн позволяют расширить сферу практических приложений данного явления. Таким образом, избранная тема исследований является актуальной как в научном, так и в практическом плане.
Цель работы; исследование интенсивноотных и поляризационных вффектов, сопровождающих интерференции» двух плоских когерентных волн, падающих нормально на противоположные поверхности плоскопараллельного МГ слоя в условиях поперечного и продольного подмагничивания внешним магнитным полем; анализ возможностей их практического применения. В соответствии о втим:
рассмотрено распространение двух когерентных ВВ в среде о комплексными величинами диэлектрической и магнитной проница-емостей при наличии частотной и полевой дисперсии материальных констант;
рассчитаны полный и интерференционный потоки энергии вне и внутри слоя и связанное с ними тепловыделение; исследованы их зависимости от напряженности внешнего магнитного поля, параметров слоя и амплитудно-фазовых соотношений падащих на слой ВВ;
исследованы эффекты изменения поляризации ВВ СВЧ и оптического диапазона в продольно и поперечно намагниченных слоях в зависимости от соотношения их амплитуд и разности начальных фаз;
проведен сравнительный анализ исследуемых аффектов для различных материалов, применяемых в технике СВЧ и оптовлектро-нике: ферритов-шпинелей, ферритов-гранатов, тонких металлических пленок.
Научная новизна работы состоит в следующем:
впервые исследована ИВВ в средах с комплексными величинами диэлектрической и магнитной проницаемоотей; выявлена роль ТИ в процессах переноса энергии через МГ слои в области сильной частотной и полевой дисперсии материальных констант с учетом электрических и магнитных потерь;
показано, что при ИВВ в слое поглощающего магнетика существенную роль в формировании потоков энергии играет ИП, величиной и направлением которого можно эффективно управлять с помощью внешнего магнитного поля в области ФМР;
рассмотрены особенности процессов диссипации энергии ВВ при одновременном наличии электрических и магнитных потерь;
исследовано распределение выделяемого тепла по координате внутри МГ слоя;
- впервые проанализированы эффекты изменения поляризации волн в условиях ИВВ: исследовано влияние встречной волны на величину эффектов Фарадея, Керра, Коттона - Мутона в тонких намагниченных слоях.
Практическая значимость работы заключается в том, что предложены способы управления параметрами электромагнитного излучения, а также тепловыделением в поглощающем слое за счет изменения внешнего магнитного поля и амплитудно-фазовых соотношений падающих на слой ВВ, что может быть использовано в разработках различных устройств радио- и оптоэлектроники;
Положения, выносимые на защиту:
-
При ИВВ в гиромагнитном слое формируется ИП, максимальные значения которого связаны с областями резонансного поглощения. При втом возможно наиболее эффективное управление потоками электромагнитной энергии за счет изменения амплитудно-фазовых соотношений падающих на слой ВВ и реализуются просветление слоя, амплитудная модуляция потока энергии, усиление сигнала.
-
Характер зависимости энергетического потока от внешнего магнитного поля в области ШР определяется параметрами МГ слоя, в частности, величиной и соотношением электрических и магнитных потерь. Для слоя с фиксированными параметрами могут быть получены различные виды полевых зависимостей потоков энергии за счет изменения фазовых соотношений падающих ВВ на границах слоя.
-
Наличие в слое двух видов потерь (электрических и магнитных) уменьшает интерференционную составляющую тепловыделения. Для слоя о коэффициентом поглощения, превышающим 0.5, в областях резонансного поглощения возможно полное или почти полное (> 99 %) поглощение слоем энергии падающих на него волн.
-
Эффекты изменения поляризации при ИВВ в МГ слое определяются не только параметрами слоя, но и амплитудно-фазовыми соотношениями падающих на слой ВВ. Для слоя о фиксированными параметрами за счет изменения соотношения амплитуд и разности начальных фаз падающих волн могут быть получены произвольные значения азимута поляризации (от -S0 до 90) или эллиптичности (от -1 до 1) результирующей волны. Оптимальные условия для наб-
- б -
ЛЮДЄНИЯ ПОЛЯрИЗаЦИОННЫХ ВффЄКТОВ ИВВ ИМеЮТСЯ ДЛЯ феррИТОВ Не
СВЧ в области отрицательных значений аффективной магнитной проницаемости.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на 17-й Конференции по распространению радиоволн (Ульяновск, 1993), на 14-й и 15-й Всероссийских школах-семинараї "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Москва, 1994, 1996), на 15-ом Международном симпозиуме по теории влектромаг-нетизма (15th URSI International symposium on eleotromagnetio theory, St.Petersburg, Russia, 1995), 4-ом Международном совещании-семинаре "Инженерно-физические проблемы новой техники" (Москва, 1996), на Международной конференции по електромагнетизму комплексных сред (ВНШЕОТРЛРЮБ'Э? International Conference and Workshop on Eleotromagnetios of Complex Media, Glasgow, Great Britain, 1997), на научных семинарах в Ульяновском государственном университете и Ульяновском государственном педагогическом университете.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 13 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 173 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка и 1 таблицу. Библиографический список используемой литературы включает 153 наименования.
