ВВЕДЕНИЕ 6
1. ДВУХСТОРОННЕЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ ТУННЕЛИРОВАНИЕ ОДНОРОДНОГО
ФОТОННОГО БАРЬЕРА (Е-ПОЛЯРИЗАЦИЯ) 8
1.1 Постановка задачи 8
1.2 Решение задачи о туннелировании первой волны 9
1.3 Решение задачи о туннелировании второй волны 13
1.4 Энергетические потоки внутри однородного фотонного барьера 14
1.5 Численные результаты 16
2. ДВУХСТОРОННЕЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ ТУННЕЛИРОВАНИЕ ОДНОРОДНОГО
ФОТОННОГО БАРЬЕРА (Н-ПОЛЯРИЗАЦИЯ) 24
2.1. Постановка задачи 24
2.2 Решение задачи о туннелировании первой волны 25
2.3 Решение задачи о туннелировании второй волны 29
2.4 Энергетические потоки внутри однородного фотонного барьера 32
2.5 Численные результаты 33
3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В CST MICROWAVE STUDIO ОСОБЕННОСТЕЙ
ТУННЕЛИРОВАНИЯ ОДНОРОДНОГО ФОТОННОГО БАРЬЕРА 37
3.1 Состав экспериментального оборудования для исследования различных эффектов,
сопровождающих туннелирование сверхвысокочастотным излучением однородного фотонного барьера 37
3.2 Предварительные результаты численного моделирования в CST Microwave Studio особенностей туннелирования однородного фотонного барьера 39
Заключение 45
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Различные аспекты явления нарушенного полного внутреннего отражения (ННВО) уже давно привлекают внимание исследователей [1-4]. Эффекты туннелирования оптического излучения, наблюдаемые в рамках этого явления, нашли приложения, в частности, при создании оптических фильтров, дизайне резонаторов лазеров, разработке интегрированных ответвителей в фотонике, а также методов микроскопии и томографии [5-10].
Целый ряд исследований явления ННВО был проведен с использованием микроволнового излучения [11-18]. В работах [19-21] было продемонстрировано, что в условиях ННВО можно достаточно точно измерять толщину тонких листовых материалов и надежно обнаруживать трещины и расслоения в них.
В настоящее время очень большое внимание уделяется различным приложениям явления ННВО при использовании излучения терагерцового и субинфракрасного диапазонов [22-24]. В частности, экспериментально показана способность терагерцового излучения эффективного туннелировать через хорошо проводящие металлические пленки, которые не пропускают излучение, находящееся в состоянии распространения [25]. Использование субинфракрасного излучения позволило добиться сверхразрешения при формировании изображений объектов исследований [26, 27].
Новый импульс исследования получили после обнаружения интересных особенностей в поведении фазового времени в процессе туннелирования излучения [28]. Особенно жаркая дискуссия развернулась при обсуждении эффекта сверхсветового распространения излучения в процессе туннелирования [29-31].
Следует отметить, что в ранее опубликованных работах проводились исследования различных аспектов явления ННВО и эффекта неуправляемого интерференционного туннелирования однородного фотонного барьера в условиях падения на одну из границ барьера распространяющейся плоской электромагнитной волны E-, или H - поляризаций. Вместе с тем интересные результаты были получены в целом ряде работ о туннелировании тонких, хорошо проводящих плёнок в условиях управляемого интерференционного туннелирования двумя плоскими электромагнитными волнами, падающими на противоположные стороны плёнки. В силу родственности процессов туннелирования хорошо проводящих плёнок и однородных фотонных барьеров большой интерес представляет детальное изучение механизмов туннелирования однородных фотонных барьеров в условиях падения на их границы плоских электромагнитных волн E-, или H-поляризации c различными начальными фазами.
Сообразно сказанному, целью данной работы является разработка аналитической теории управляемого интерференционного туннелирования электромагнитного излучения через однородный фотонный барьер.
В работе получены аналитические решения задач об управляемом двустороннем интерференционном туннелировании однородного фотонного барьера (ОФБ) в условиях падения на границы барьера двух плоских электромагнитных волн Е - или Н - поляризации. Эти решения использованы при получении аналитических выражений для поперечной составляющей вектора Пойнтинга внутри ОФБ. Показано, что указанная составляющая включает три компоненты. Две из них характеризуют неуправляемые интерференционные потоки энергии, вызванные исключительно уединенными плоскими электромагнитными волнами. Третья компонента характеризует управляемый интерференционный поток энергии, зависящий от параметров падающих волн, показателя преломления сред, примыкающих к ОФБ, показателя преломления среды внутри ОФБ. При этом структуры выражений, характеризующих поперечную составляющую вектора Пойнтинга внутри ОФБ, таковы, что они оказываются удобными для последующего программирования и, более того, наглядно отображают зависимость от каждого параметра задачи.
На основе полученных решений разработаны и протестированы программы расчёта управляемой интерференционной компоненты энергии внутри ОФБ. Показано, что указанная компонента наиболее существенно зависит от разности начальных фаз, интерферирующих внутри ОФБ эванесцентных волн. Выяснено, что интерференционные потоки энергии для случаев плоских волн с отличающимися поляризациями, характеризуются как качественным подобием зависимостей, так и заметными отличиями в количественных характеристиках.
В программном пакете CST Microwave Studio была построена численная модель для решения задач о туннелировании ОФБ перекрывающимися внутри него эванесцентными волнами. Предварительно проведенные тестовые расчёты продемонстрировали качественное согласие результатов аналитического и численного подходов.
В рамках дальнейших исследований планируется подробно проанализировать зависимости коэффициента отражения от ОФБ и функции пропускания ОФБ от различных параметров задачи. Планируется также получить решения ряда задач об определении материальных параметров сред, помещенных внутри ОФБ.
