Образец для цитирования:

Давидович М. В. Отрицательные дисперсия, рефракция и обратные поляритоны: импедансный подход // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Физика. 2019. Т. 19, вып. 2. С. 95-112. DOI: https://doi.org/10.18500/1817-3020-2019-19-2-95-112


УДК: 
537.8:537.9:621.371
Язык публикации: 
русский

Отрицательные дисперсия, рефракция и обратные поляритоны: импедансный подход

Аннотация

Рассмотрена дисперсия поверхностных плазмон-поляритонов вдоль диссипативных структур. Получены дисперсионные уравнения, условия существования медленных и быстрых, втекающих и вытекающих, а также прямых и обратных волн. Показано, что для несобственных втекающих и вытекающих монохроматических волн (поляритонов) групповая скорость не соответствует скорости переноса энергии, особенно в областях резонансов, запрещенных зон и сильной пространственной дисперсии. Демонстрируется удобство импедансного подхода к рассмотренным задачам.

Литература

1. Economou E. N. Surface Plasmons in Thin Films // Phys. Rew. 1969. Vol. 182, № 2. P. 539‒554. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.182.539

2. Tournoisa P., Laude V. Negative group velocities in metalfi lm optical waveguides // Optics Communications. 1997. Vol. 137. P. 41–45.

3. Liu Y. M., Pile D. F. P., Liu Z., Wu D., Sun C., Zhang X. Negative group velocity of surface plasmons on thin metallic fi lms // Proc. SPIE. 2006. Vol. 6323. P. 63231M(1‒9). DOI: https://doi.org/10.1117/12.681492

4. Федянин Д. Ю., Арсенин А. В., Лейман В. Г., Гладун А. Д. Поверхностные плазмон-поляритоны с отрицательной и нулевой групповыми скоростями, распространяющиеся по тонким металлическим пленкам // Квантовая электроника. 2009. Т. 39, № 8. P. 745‒760. DOI: https://doi.org/10.1070/QE2009v039n08ABEH014072

5. Зуев В. С., Зуева Г. Я. Очень медленные поверхностные плазмоны: теория и практика // Оптика и спектроскопия. 2008. Т. 105. С. 852–859. DOI: https://doi.org/10.1134/S0030400X09100166

6. Tao J., Wang Q. J., Zhang J., Luo Y. Reverse surfacepolariton cherenkov radiation // Scientifi c Reports. 2016. Vol. 6. P. 30704(1‒6). DOI: https://doi.org/10.1038/srep30704

7. Fedyanin D. Yu., Arsenin A. V., Leiman V. G., Gladun A. D. Backward waves in planar insulator-metal-insulator waveguide structures // J. Opt. 2010. Vol. 12, no. 1. P. 015002(1‒7). DOI: https://doi.org/10.1088/2040-8978/12/1/1105002

8. Давидович М. В. Плазмоны в многослойных плоскослоистых структурах // Квантовая электроника. 2017. Т. 47, № 6. С. 567‒579. DOI: https://doi.org/10.1070/QEL16272

9. Давидович М. В. Максимальное замедление и отрицательная дисперсия плазмонов вдоль металлического слоя // ПЖТФ. 2017. Т. 43, № 22. С. 55‒62. DOI: https://doi.org/10.21883/PJTF.2017.22.45261.16629

10. Давидович М. В., Мещанов В. П. Дисперсия поверхностных плазмонов на метаповерхностях : метод тензорных функций Грина // Антенны. 2017. № 8(240). С. 3‒16.

11. Давидович М. В. Об условии перехода быстрой поверхностной волны в медленную // Радиотехника и электроника. 2018. Т. 63, № 6. С. 499–506.

12. Mikhailov S. A., Ziegler K. New electromagnetic mode in graphene // Phys. Rev. Lett. 2007. Vol. 99, no. 1. P. 016803(1‒4). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.016803

13. Hanson G. W. Dyadic Green’s functions and guided surface waves for a surface conductivity model of graphene // J. Appl. Phys. 2008. Vol. 103. P. 064302(1‒8). DOI: https://doi.org/10.1063/1.2891452

14. Давидович М. В., Бушуев Н. А. О возможности создания электронно-вакуумных усилителей на поверхностных плазмонах // II Всероссийская объединенная научная конференции «Проблемы СВЧ электроники» : сб. тр. М. : ООО «Медиа Паблишер», 2015. С. 113‒117.

15. Морозов М. Ю., Моисеенко И. М., Попов В. В. Усиление плазменных волн в экранированном активном графене // Письма в ЖТФ. 2016. Т. 42, № 1 С. 80‒86. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063785016010144

16. Popov V. V., Polischuk O. V., Davoyan A. R., Ryzhii V., Otsuji T., Shur M. S. Plasmonic terahertz lasing in an array of graphene nanocavities // Phys. Rev. 2012. Vol. B 86. P. 195437(1‒6). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.195437

17. Аненков В. В., Шевченко В. В. Основные моды несимметричного планарного волновода из метаматериала // Радиотехника и электроника. 2011. Т. 56, № 10. С. 1194‒1200. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064226911100020

18. Давидович М. В. Гиперболическая среда из проволочек конечной длины // ЖЭТФ. 2018. Т. 154, вып. 1 (7). С. 5–25. DOI: https://doi.org/10.7868/S0044451018070015

19. Давидович М. В. Диамагнетизм и парамагнетизм метаматериала из колец с током // ПЖЭТФ. 2018. Т.108, № 5. С. 228‒233. DOI: https://doi.org/10.1134/S0370274X18170010

20. Ахиезер А. И., Ахиезер И. А. Электромагнетизм и электромагнитные волны. М. : Высш. шк., 1985. 504 c.

21. Давидович М. В. Прохождение сигналов через фильтр с поглощением и отрицательное время задержки // ЖТФ. 2012. Т. 82, вып. 3. С. 15‒22. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063784212030048

22. Рытов С. М. Некоторые теоремы о групповой скорости электромагнитных волн // ЖЭТФ. 1947. Т. 17. С. 930‒936.

23. Schulz-DuBois E. O. Energy transport velocity of electromagnetic propagation in dispersive media // Proc. IEEE. 1969. Vol. 57, № 10. P. 1748‒1757.

24. Белов П. А., Симовский К. Р., Третьяков С. А. Обратные волны и отрицательная рефракция в фотонных (электромагнитных) кристаллах // Радиотехника и электроника. 2004. Т. 49, № 11. С. 1285‒1294.

25. Агранович В. М. Отрицательное преломление в оптическом диапазоне и нелинейное распространение волн // УФН. 2004. Т. 174, вып. 6. С. 683–684 DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0174.200406i.0683

26. Агранович В. М., Гартштейн Ю. Н. Пространственная дисперсия и отрицательное преломление света // УФН. 2006. Т. 176, вып. 10. С. 1051–1068. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0176.200610c.1051

27. Раутиан С. Г. Об отражении и преломлении на границе среды с отрицательной групповой скоростью // УФН. 2008. Т. 178, вып. 10. С. 1017‒1024. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0178.200810a.1017

28. Симовский К. Р. О материальных параметрах метаматериалов (Обзор) // Оптика и спектроскопия. 2009. Т. 107, № 5. С. 766‒793. DOI: https://doi.org/10.1134/S0030400X09110101

29. Макаров В. П., Рухадзе А. А. Электромагнитные волны с отрицательной групповой скоростью и тензор энергии-импульса // УФН. 2011. Т. 181, вып. 12. С. 1357–1368. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0181.201112n.1357

30. Давидович М. В. Законы сохранения и плотности энергии и импульса электромагнитного поля в диспергирующей среде. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2012. 112 с.

31. Давидович М. В. Втекающие и вытекающие несобственные моды ‒ анализ диссипативных дисперсионных уравнений и волна Ценнека. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2014. 104 с.

32. Вайнштейн Л. А. Электромагнитные волны. М. : Радио и связь, 1988. 440 с.

33. Давидович М. В. Почему не может быть использован отрицательный показатель преломления // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Физика. 2011. Т. 11, вып. 1. С. 42–47.

34. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Курс теоретической физики : в 10 т. Т. 8. Электродинамика сплошных сред. Изд. 2-e. М. : Наука, 1982. 624 с.

35. Лагарьков А. Н., Кисель В. Н., Сарычев А. К., Семененко В. Н. Электрофизика и электродинамика метаматериалов // Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48, № 6. С. 1031–1048. DOI: https://doi.org/10.1134/S0018151X10060258

36. Давидович М. В. Анализ структур фотоники и наноплазмоники методом интегральных уравнений // Наукоемкие технологии. 2016. Т. 17, № 5. С. 8‒18.

37. Вендик И. Б., Вендик О. Г., Гашинова М. С. Искусственная диэлектрическая среда, обладающая одновременно отрицательной диэлектрической и отрицательной магнитной проницаемостями // ПЖТФ. 2006. Т. 32, вып. 10. С. 30‒39. DOI: https://doi.org/10.1134%2FS106378500605018X

38. Давидович М. В. Анализ плазмонов и гомогенизация в плоскослоистых фотонных кристаллах и гиперболических метаматериалах // ЖЭТФ. 2016. Т. 160, вып. 6. С. 1069‒1083. DOI: https://doi.org/10.7868/S0044451016120026

39. Lovat G., Hanson G. W., Araneo R., Burghignoli P. Semiclassical spatially dispersive intraband conductivity tensor and quantum capacitance of graphene // Phys. Rev. 2013. Vol. B 87. P. 115429(1‒11). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.115429

40. Вашковский А. В., Локк Э. Г. Прямые и обратные неколлинеарные волны в магнитных пленках // УФН. 2006. Т. 176, вып. 5. С. 557‒562. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0176.200605i.0557

41. Келлер Ю. И., Макаров П. А., Шавров В. Г., Щеглов В. И. Поверхностные магнитостатические волны в пластине феррита с диссипацией. Ч. 1, 2 // Журнал радиоэлектроники : электрон. журн. 2016. № 2, 3. URL: http://jre.cplire.ru/mac/feb16/2/text.html; http://jre.cplire.ru/jre/mar16/1/text.html (дата обращения: 14.04.2019).

Полный текст в формате PDF (на русском языке):