Поверхностные электромагнитные состояния на границе фотонный кристалл–плазмоподобная среда во внешнем магнитном поле

Abstract

Теоретически исследовано влияние внешнего постоянного магнитного поля на свойства поверхностных электромагнитных состояний (ПЭС), существующих на границе раздела плазмоподобной среды (ПС) и фотонного кристалла. При этом каждая из граничащих сред предполагается полубесконечной. Элементарная ячейка фотонного кристалла состоит из двух различных немагнитных диэлектриков. Показано, что ПЭС во внешнем магнитном поле могут существовать при частотах, превышающих плазменную. Обнаружено, что внешнее магнитное поле приводит к появлению потока энергии электромагнитного поля ПЭС, параллельного границе раздела двух сред. Рассчитан коэффициент отражения структуры ПС–фотонный кристалл с конечным числом слоев. В качестве ПС рассматривался проволочный метаматериал с эффективной плазменной частотой, лежащей в СВЧ-диапазоне. Установлено, что минимум коэффициента отражения, связанный с возбуждением ПЭС, смещается в область более низких частот с ростом магнитного поля. Показано, что такое смещение обусловлено влиянием магнитного поля на фойгтовскую диэлектрическую проницаемость ПС. Экспериментально исследовано возбуждение ПЭС в структуре фотонный кристалл–проволочный метаматериал. Измерена эффективная плазменная частота проволочного метаматериала и изучено влияние температуры на положение и амплитуду пика коэффициента пропускания электродинамической структуры, соответствующего возникновению ПЭС

Теоретично досліджено вплив зовнішнього постійного магнітного поля на властивості поверхневих електромагнітних станів (ПЕС), що існують на межі розділу плазмоподібного середовища (ПС) та фотонного кристала. При цьому кожне з середовищ, що межують, передбачається напівнескінченим. Елементарна комірка фотонного кристала складається з двох різних немагнітних діелектриків. Показано, що ПЕС у зовнішньому магнітному полі можуть існувати при частотах, які перевищують плазмову частоту. Виявлено, що зовнішнє магнітне поле призводить до появи потоку енергії електромагнітного поля ПЕС, що паралельний межі розділу двох середовищ. Отримано коефіцієнт відбиття структури ПС–фотонний кристал з кінцевим числом шарів. Як ПС розглянуто дротяний метаматеріал з ефективною плазмовою частотою, що лежить в НВЧ-діапазоні. Встановлено, що мінімум коефіцієнта відбиття, пов’язаний зі збудженням ПЕС, зміщується в область більш низьких частот з ростом магнітного поля. Показано, що таке зміщення зумовлено впливом магнітного поля на фойгтовську діелектричну проникність ПС. Експериментально досліджено порушення ПЕС в структурі фотонний кристал–дротяний метаматеріал. Виміряно ефективну плазмову частоту дротяного метаматеріалу і вивчено вплив температури на стан і амплітуду піка коефіцієнта пропускання електродинамічної структури, відповідного виникненню ПЕС.

In this paper, we present the theoretical analysis of the influence of an external constant magnetic field on properties of the surface electromagnetic states (SEMS) at an interface between a plasma-like medium and a photonic crystal. Each of these media is supposed to be a semi-infinite one. We assume that the elementary cell of the photonic crystal is formed by two different non-magnetic dielectrics. It has been shown that SEMS can exist at frequencies exceeding the plasma frequency. The permanent magnetic field is found to cause the appearance of the SEMS energy flux that is parallel to the interface. In the case of the finite photonic crystal the reflection coefficient of the structure has been derived. As an example of the plasma-like medium we consider a wire medium with plasma frequency in microwave range. It has been found that the minimum of the reflection coefficient associated with the SEMS excitation shifts to low frequencies with increasing the magnetic field. It has been shown that this shift is caused by the magnetic field influence on the Voigt permittivity of the plasma-like medium. The SEMS excitation at the interface between the wire medium and the photonic crystal has been experimentally observed. The effective plasma frequency of the wire medium has been measured. We have demonstrated that the temperature affects on both the location and the amplitude