Поверхностные электромагнитные волны: от видимого диапазона до микроволн

Описаны общие свойства плоских и цилиндрических поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ), комбинации электромагнитной волны и колебаний зарядов в проводнике (последние называются поверхностными плазмон-поляритонами – ППП), распространяющихся вдоль границы проводника с диэлектриком, в широком спектральном диапазоне от СВЧ до видимого света. В последние годы интенсивно развивается фотоника терагерцового диапазона, в которой поверхностные электромагнитные волны могут играть важную роль в схемотехнике, транспортировке излучения и прохождении излучения через субволновые отверстия. Нами выведено общее выражение для толщины скин-слоя в металлах в приближении Друдэ и вычислены длины пробегов и «толщины» ПЭВ в металлах и воздухе в зависимости от длины волны. Теоретическая длина пробега ПЭВ при переходе от видимого к субмиллиметровому (терагерцовому) диапазону возрастает от десятков микрон до нескольких метров, а толщина волны достигает нескольких миллиметров. Это обстоятельство позволяет использовать ПЭВ для транспортировки терагерцового излучения и исследования свойств поверхностей, а также дает возможность использовать мощные ПЭВ для ряда приложений, таких как обработка поверхностей, создание поверхностной плазмы и т. п. Подавляющее большинство современных экспериментов с ПЭВ в терагерцовом диапазоне выполнены с использованием маломощных источников широкополосного излучения с длительностью импульса, не превышающей одной пикосекунды. Из обзора этих работ следует, что их результаты весьма противоречивы, и альтернативные исследования с источниками другого типа являются крайне необходимыми. Обсуждается вопрос об экспериментах по исследованию захвата и распространения ПЭВ, а также спектроскопических измерениях, с использованием мощного, монохроматического, плавно перестраиваемого терагерцового излучения Новосибирского лазера на свободных электронах (ЛСЭ).

Источник финансирования:
Работа частично поддержана Программой фундаментальн х исследований № П-05 Президиума РАН, интеграционным грантом СО РАН № 174/06 и грантом Министерства образования науки РФ № 2.1.1.3846. Авторы благодарят Н. А. Винокурова, И. А. Котельникова, Г. Н. Кулипанова, А. Н. Матвеенко и В. С. Черкасского за обсу- ждение различных аспектов настоящей работы
УДК 537.876

Поверхностные электромагнитные волны: от видимого диапазона до микроволн