Отражение и прохождение электромагнитных волн на границе неоднородной среды с дисперсией

• Автор: Моисеева, Наталья Михайловна
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 141 с. : ил.

^ Содержание
1. Распространение света в неоднородной среде: ВКБ - решение, 2-е приближение
1.1. Распространение света в неоднородной изотропной среде
1.2. Расчет эллипсометрических параметров
* 1.3. Расчет эллипсометрических параметров отраженного света для сред с
различными видами неоднородности
1.4. Распространение света в неоднородной анизотропной среде
2. Поверхностные поляритоны на границах неоднородных сред
2.1. Расчет дисперсионных характеристик поверхностных поляритонов на границе неоднородной изотропной среды
2.1.1. Условие квазиклассичности для р-волны
* 2.2. Расчет дисперсионных характеристик поверхностных волн на границе
неоднородной анизотропной среды
3. Отражение света многокомпонентными реагирующими средами
3.1. Расчет динамики эллипсометрических параметров отраженного электромагнитного излучения для газовой реагирующей среды
3.2. Динамика эллипсометрических параметров электромагнитного
излучения, отраженного неоднородной газовой реагирующей средой
Заключение
Приложение 1. Расчет энергетических и эллипсометрических параметров
света, отраженного неоднородными средами
Приложение 2. Распространение света в окрестности точек поворота
Приложение 3. Анализ асимптотики функции Эйри
Основные публикации по теме диссертации

Литература

Актуальность темы. На протяжении последних десятилетий сохраняется интерес исследователей к явлениям отражения и распространения света в неоднородных средах, а также в анизотропных средах с дисперсией. Это обусловлено рядом причин. Во-первых, развитие лазерной физики постоянно поддерживает интерес к покрытиям, применяемым в качестве зеркал или фильтров в оптических резонаторах. Во-вторых, совершенствуется технология производства жидкокристаллических экранов, поэтому вызывает интерес оптика неоднородных анизотропных сред. В-третьих, в оптоэлектронике появляется необходимость разработки сред со специальными свойствами для оптических логических устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазона. В-четвертых, бесконтактные оптические методы используются для неразрушающей бесконтактной диагностики экологических объектов и биологических растворов.
Изучение оптических явлений в реальных объектах существенно осложняется неоднородностью и анизотропией. Для математического моделирования неоднородности традиционно используется метод характеристических матриц для многослойной среды, или используются усредненные оптические параметры. Если свойства среды являются непрерывными функциями пространственных координат, то и векторы электрического и магнитного полей должны быть непрерывными функциями координат. Слоистая модель учитывает отражения от границ, которых на самом деле не существует, а сшивка на границах слоев искусственно приводит к разрывности полей и «вычислительной» интерференции. Поэтому одной из центральных задач является создание адекватной физической модели распространения света в неоднородной среде.
Поверхностные плазмоны (ПП) обычно возникают на границе металл-диэлектрик. Незначительные изменения толщины или показателя преломления среды приводит к изменению условий резонанса и длины пробега ПП. ПП играют важную роль при анализе свойств поверхности. Резонанс ПП используется в медицинских технологиях, в исследовании антител-антигенов, рецепторных взаимодействий, анализа состава гемоглобина (см. [87]). Для расчета условий возникновения ПП используется дисперсионное уравнение для однородного изотропного слоя [76]. Одновременно учет неоднородности и анизотропии выполнен не был, т. к. не существовало адекватной модели для распространения волн в анизотропном неоднородном слое. Актуальной является задача о влиянии анизотропии и неоднородности на условия возникновения ПП, выводе дисперсионных уравнений для ПП; нахождение их решений, а также связь решений со спектрами НПВО.
Энергетические и эллипсометрические параметры отраженной волны могут прямо измеряться в эксперименте. Они определяются оптическими свойствами и несут информацию о химическом составе среды, а также о градиентах концентраций. Оптические методы позволяют исследовать реагирующие многокомпонентные неоднородные системы в их развитии. Интерпретация результатов эллипсометрического эксперимента существенно зависит от теоретической модели объекта.
Научная новизна диссертации
- впервые развит математический матричный аппарат второго приближения ВКБ для решения задачи о распространении электромагнитных волн в неоднородной среде с одновременным учетом анизотропии;
- впервые найдены дисперсионные уравнения для поверхностных волн, возникающих на границе неоднородной изотропной и неоднородной анизотропной сред, получены их решения для неоднородной плазмы, найдена связь между количеством ветвей в решении дисперсионного уравнения и свойствами среды;
- выполнен расчет и анализ спектров НПВО для неоднородной плазмы и установлена их связь с решениями дисперсионных уравнений;
- выполнен расчет энергетических и поляризационных свойств отраженного света на границе неоднородной многокомпонентной реагирующей среды, который улучшает адекватность описания реагирующих систем.
персионного уравнения останется только верхняя ветвь. Если в трехслойной системе знак є(г) меняется как на границе І-ІІ, так и на границе ІІ-ІІІ, то решение дисперсионного уравнения будет иметь две ветви.
Рис. 3. Дисперсионные кривые для поверхностных поляритонов в изотропной пленке с неоднородностью, вида /(д)
2 • д '3
. Графики «1» рассчитаны

для пленки, толщины 0,5Х, графики «2» для пленки 0,2л. графики «3» для пленки, толщиной 0,IX. Верхние ветви дисперсионных кривых, соответствующие границе раздела «1-Н» появляются при угле полного внутреннего отражения, когда
к. | I—
— - д/6'4 , нижние ветви, соответствующие ПП, возбуждаемым на границе «Н-Ш»
появляются при углах, определяемых оптическими свойствами подложки