Введение к работе
Актуальность темы исследования. Взакмодействие излучения с периодическими средами продолжает оставаться актуальной задачей теоретической и экспериментальной физики. Многочисленные необычные эффэкты, возникавшие при таком взаимодействии, с одной стороны могут быть положены в основу различных практических применений таких сред, а сдругой стороны - послужить основой для разработки новых методик исследования структуры (строения) веществ и определения их параметров.
Классический пример исследовашя периодических сред с помощь» излучения - это рентгеновская дифракция. Сходные методы исследования, но уже в оптическом диапазоне применяются в последнее время для изучения жидких кристаллов (Ж), йадсае кристаллы - это периодические среды сложной структуры, для которых характерные межмолекулярные расстояния соизмеримы с длинами волн оптического диапазона. Существуют и другие объекта. для которых размеры периодичности леяат в оптическом диапазона.
Наиболее удивительными оптическими свойствами обладают киралъше Ж, образованные несимметричными молекулами. К их числу относятся холестерини или холестерические жидкие кристалла <ИК>. Пространственно-периодическая структура ХЕК подвержена влиянии весьма слабых внешних воздействий электрических, магнитных, температурных, химических. Этим объясняется тот факт, что ХЖ занимают одно из первых мест по вашюсти практических примененийі регистрация ИК іі ОВЧ излучения, неразрушавдий контроль, медицинская диагностика.
Бурное развитие приложений Ш в области обработки и отображения информации < SK- индикаторы, управляемые оптические транспаранты, дисплеи > сопровождается также весьма эффективным их применением для исследований свойств поверхностей. Для оптимизации методов исследования и контроля поверхностей требуется . изучение физики взаимодействия излучения с поверхностями, в частности проведение исследований в области изучения распространения
_ 4 -
поверхностных волн.
Поверхностная волна по определению представляет собой распространяющуюся моду, катара? локализована вблизи границы раздела между двумя юлуСесконечными средами. Например, явление ряби на воде представляет собой поверхностные волны, направляемые границей меаду воздухом и водой.
На границе разд'та однородной и периодической сред также могут ^участвовать специфтаесгше локализованные мода, которые в дальнейшем будем називать поверхностными волноводньши электромагнитными модами (ПВЭЦ). Физическими причинами, обеспечивающими существование 1ШЭМ, являются полное внутреннее отражение <ПВО> со стороны периодической среды на ее границе и дифракционное отражение электромагнитной волны в объме периодической структуры.
Три некоторых условиях ПВЭМ могут глубоко проникать в периодическую среду. В реальных экспериментах всегда имеется вторая граница, наличие которой может существенным образом изменить все параметри ШЭМ, а в некоторых случаях привести к качественно новым эффектам. Конечность толщины слоя в случае наличия второй границы, на которой не выполнено условие ПВО, приводит к затуханию ГОЭЫ вдоль поверхности даже в непоглощанцих периодических средах.
Исследование электромагнитных волн в периодических, структурах конечной толщины интересно еще и потому, что в таких структурах могут существовать собственные волноводные электромагнитные моды <В8Ы>, направляете двумя границами пленки.
Все вше изложенное показывает актуальность диссертационной работы, которая вытекает из необходимости изучения свойств киральннх ЖК и перспектив их многообразных применений.
Цель работа. Целью работы является даученив условий существования и основных свойств ПВ5М, во^дижещих в планарнонх полубесконечннх периодических средах я структурах конечной толщины. При этом в ходе исследований автор ставил
перед собой следующие задачиї І. В случае полубесконечных периодических сред выяснить зависимость основных характеристик ПВЭМ от частоты электромагнитного излучения ю. и от параметра ф, который совпадает с углом мевду направлением распространения ПВЭМ и директором (направление ориентации длинных осей молекул) на поверхности в случае ХЖК или фазой модуляции диэлектрической проницаемости на границе в случае периодической среда со скалярной диэлектрической проницаемостью. 2. Изучить поляризационные свойства ПВЭМ, их зависимость от ш и <р. 3. Для периодических сред конечной толщины исследовать зависимость затухания ПВЭМ от to, ф и h Научная новизна. Все , основные, результаты работы являются оригинальными. Анализ решенных в диссертации задач показывает, что ПВЭМ, возникающие в периодических средах, обладают рядом типичных свойств. К таковым, например, можно отнести ограниченные по частоте области их существования. Типичной является зависимость декрементов, характеризующих спадание поля в направлении периодичности, и дифракционных поправок к волновым векторам, от <р t q> - направление распространения относительно директора на поверхности в случае ХЖК или фаза модуляции диэлектрической проницаемости на границе в случае периодической среда со скалярной диэлектрической проницаемостью). Характерным для периодических сред является появление затухания ПВЭМ в случае конечности толщины периодического слоя, которое связано с утечками излучения через вторую границу, а также сильная зависимость затухания ПВЭМ от ы, <р и h - толщины слоя. Дль дериодических волноводов характерно существование двух типов волноводных мод» мод аналогичных ПВЭМ в полуограниченшх средах с экспоненциально меняющейся вглубь волновода амплитудой и собственных волноводных мод, которые не существуют в полуограничегчых периодических средах. Практическая ценность. Результаты диссертации могут Сыть использованы для оптимизации экспериментов по наблюдению ПВЭМ и изучению свойств поверхностей и кроме того, при конструтовании новых приборов оптической обработки информации, фильтров, спектроанализаторов, сенсоров. Апробация. Результаты диссертации докладывались и обсувдалась на Всесоюзном семинаре "Оптика жидких кристаллов" «г. Красноярск, 1990 г. >, на Международной вколе "Спектроскопия молекул и кристаллов" сг. Сумы, 1991 г. :>, на Летней Европейской Конференции по Жидким Кристаллам <г. Виль'чх:, 1991 г. >, на IV Мекдународной Конференции по Жидким Кристаллам <США, 1991 г.>, на Международной встрече по лазерной физике <г. Дубна, 1992 г. >, на XIV Меадунарожиой Конференции ю Жидким Кристаллам (Италия» 1992), на семинаре во БНИЦПВ шод рук. проф. Белякова В. А. >, на семинаре кафедры физики б МГТУ им. Н.Э.Баумана <под рук. проф. Киселева М. И. >. Публикации. По основным результатам диссертации опубликовано II печатных работ. Перечень публикаций приведен в конце автореферата. Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и ог*ска цитированной литературы. Объем - 150 стр., библиография - 48 наименований.Похожие диссертации на Поверхностные и волноводные электромагнитные моды в периодических средах сложной структуры
