Распространение электромагнитных волн и транспорт энергии в сложных волноведущих структурах

• Автор: Ильин, Вадим Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 93 с. : ил

Основное содержание работы

Задачи дифракции и распространения свободных волн в лектродинамических волноведущих структурах

1.1 Вариационные методы расчета волноводных неоднородностей и сочленений

1.2 Вариационные методы расчета аксиально-симметричных и плоских замедляющих систем. Расчет собственных частот аксиально-симметричных резонаторов и критических длин волн регулярных волноводов
1.3 Теоретические и экспериментальные исследования электродинамики замедляющих систем
1.4 Распространение и дифракция света в анизотропных средах с пространственно-временными периодическими неоднородностями
1.5 Электродинамические свойства ортогонально-турникетного сочленения трех квадратных волноводов с шестигранным волноводом. Суммирование больших мощностей
Проблема квадратичных плотностных характеристик в лектродинамике свободных волновых полей

Предмет исследования и актуальность темы

Вопросы распространения и внутренней дифракции электромагнитных волн в сложных вол-оведущих структурах представляют фундаментальный и прикладной интерес для современной адиофизики и оптики.
Разнообразие назначений и применений подобных структур и значительная математическая ложность описания, происходящих в них физических процессов, требуют постоянных теорети-еских и экспериментальных исследований для пополнения базового комплекса решенных задач, ели рассматривать развитие волноведущих структур оптического и СВЧ-диапазонов как рас-ирение способов реализации сред распространения, то внимание к ним будет проявляться, ока отмеченные диапазоны актуальны в своих использованиях.
Для теории важным являются не только удачные формулировки соответствующих краевых ифракционных задач в своих достаточно общих постановках,не только разработка эффектных алгоритмов решения и получения конкретных результатов, но и вопросы построения таких лотностных квадратичных форм от электромагнитных полей, которым можно было, бы при-ать четкий и ясный динамический смысл. Общий вид мгновенных плотностных форм в элек-ромагнетизме (плотностей энергии, потоков энергии, импульса, момента и др.) до сих пор, как звестно, является дискуссионным и актуальным вопросом электродинамики, поскольку тради-ионные плотностные формы классической теории не удовлетворяют критерию однозначности часто приводят к неправильным конкретным результатам.
Предметом исследований в диссертации являются полевые задачи внутренней дифрак-и и распространения электромагнитных волн в сложных волноведущих структурах (в вол-водах с неоднородностями, в волноводных сочленениях, в замедляющих структурах, в искус-венных анизотропных магнитодиэлектрических структурах, в анизотропных оптических сре-х с акустооптическими и электрооптическими управляемыми пространственно-временными однородностями) и вопросы построения квадратичных полевых плотностных форм для на-тных полей волноведущих структур.
Установленные в диссертации теоретические и экспериментальные закономерности являлся актуальными для электродинамики свободных полей.
Цель диссертационной работы
Целью диссертационной работы явилось выяснение конкретных количественных и каче-венных закономерностей протекания радио и оптических эффектов, возникающих при распро-ранении и внутренней дифракции электромагнитных волн в сложных волноведущих струк-рах СВЧ-диапазона, и в сложных оптических структурах с управляемыми пространственно-еменными неоднородностями, а также выяснение общих'закономерностей в свободном элек-юмагнитном поле, обусловливающих транспорт энергии-импульса в волноведущих структу-

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

вопрос о поляризации временных гармоник дифрагированного поля и найдены необходимь формулы для азимута главной оси и отношения полуосей эллипса поляризации. После решен упругой задачи были получены явные выражения для компонент возмущенного тензора д электрической проницаемости в зависимости от физических констант кристалла, амплитуды частоты звука.
Численные расчеты производились для кристаллов дегидрофосфата аммония (АД NН4Н2РО4) и арсенида галия (СУаЛз). Расчитывалась относительная амплитуда дифракц онного поля с целью определения коэффициентов амплитудной и поляризационной модуляци Поскольку для арсенида галия приращения показателей преломления оказались при одинаков интенсивности звукового поля на три порядка больше, чем для кристаллов АДП, дальнейш оценки проводились для СчхАз. На рис. 16 приведена зависимость поля Ехв<ч>=1Г/2 в нулев дифракционном максимуме от параметра V = т^-Ьсоз(Ш) для двух предельных значен
входного коэффициента отражения Д0о от плоскости г = 0 кристалла: когда Доо = 0, т.е. ког выполняется условие 702Ь = тси/2 (г/ четное), и когда Доо = 0,83 (при нечетном и). Лег видеть, что при изменении параметра Аг(«) во времени в соответствии с функцией сое(Я происходит изменение амплитуды поля в дальней зоне ЕХ$1Ч,=,г/2, т.е. имеет место амплитудн модуляция. Показано, что глубина модуляции может меняться в широких пределах при изме нии длины волны электромагнитного излучения (лазера), приращения Аех и толщины блока Для обеспечения коэффициента модуляции М = 20% в кристаллах ОаАв с Ь — 1см требует амплитуда звука А ~ 10~9см, что соответствует достаточно слабым акустическим полям в кр сталле. Произведены оценки поляризационной модуляции при падении на кристалл циркуляр поляризованных волн и деполяризованного излучения. Выяснено, что компоненты частотно спектра амплитудной модуляции поляризованы, вообще говоря, неодинаковым образом (р ные параметры эллипсов поляризации). Падение такого излучения на приемник, выделяющ определенную поляризацию, приводит к изменению коэффициента модуляции по сравненш коэффициентом модуляции неполяр изованно го излучения.
В работе [81] представлен упрощенный вариант уже прокомментированных работ [79, 8 представляющий вариант доклада, прочитанного на Всесоюзном совещании по исследован арсенида галлия, в Томске в сентябре 1965 г.
Логическим продолжением работ [63],[79]-[81] явились статьи [82, 83]. В работе [82] на осно вариационной методики анализируется случай, когда на противоположной грани кристалли ского блока в плоскости г = Ь находиться зеркало и отраженные лучи также дифрагируют акустических неоднородностях кристалла. Помимо самой постановки вопроса и выведеных ф мул, главным практическим результатом [82] является вывод, что при работе дифракционн модулятора в отраженном режиме можно получить значительно большие глубины модуляц в сравнении с дифракцией ”на проход”.
В работе [83] рассматривается влияние потерь в кристалле на работу ультразвуковых мо ляторов света. Выведенные выражения позволяют производить конкретные расчеты влиян потерь в рабочем кристалле на глубину дифракционной модуляции света ультразвуковым лем при наличии отражений от граней кристалла, влияния поляризации падающей волнь высших типов волн, возникающих на пространственно-временных неоднородностях показате преломления вызванных ультразвуком.
Содержание работ [63], ций и симпозиумов [84]-[88
79]-[83] представлялось научной общественности на ряде конфер
Цель статьи [89] достаточно ясна из названия: ’’Исследование слоисто-неоднородных по проводниковых структур по спектру отраженного излучения” (см. также доклады [90]—[9 Исследование полупроводниковых пленочных структур представляет до сих пор важную п блему физики твердого тела, которая, естественно, не может решаться только средствами од: электродинамики. В этом смысле [89] - [93] ’’выпадают” из последовательности чисто элект динамических работ, представляемых и обсуждаемых в предлагаемой диссертации. Но электродинамики все же обойтись нельзя, поскольку для подобных полупроводниковых