При отличном от нуля внешнем электрическом поле спектр не только ТЕ, но и ТМ поляритонов приобретает зонный характер

1.  При отличном от нуля внешнем электрическом поле спектр не только ТЕ, но и ТМ поляритонов приобретает зонный характер.

2.  Максимум коэффициента прохождения объемной электромагнитной волны p – типа через рассматриваемый 1D МФК имеет место при условии, что частота и угол падения волны одновременно удовлетворяют закону дисперсии поверхностной p – волны, бегущей вдоль границы раздела «1D МФК – идеальный немагнитный металл».

3.  Для мелкослоистого полубесконечного 1D МФК в явном виде найден спектр поверхностных магнитных ТМ поляритонов, формирующихся вблизи границы раздела «1D МФК – идеальный немагнитный металл». Условия существования этого типа волн зависят от величины и знака проекции внешнего электрического поля на направление нормали n к границе раздела. Спектр указанной поверхностной поляритонной волны не имеет коротковолновой точки окончания (относится к поверхностным поляритонам первого типа). При этом глубина проникновения объемной электромагнитной волны в 1D МФК изменяется обратно пропорционально толщине антиферромагнитных слоев сверхрешетки и величине постоянного внешнего электрического поля.

4.  В присутствии постоянного внешнего электрического поля на границе раздела «1D МФК – немагнитный диэлектрик» (с нормалью параллельной внешнему электрическому полю и легкой оси антиферромагнетика) имеет место формирование поверхностных ТЕ и ТМ волн. Спектр обоих типов поверхностных поляритонов обладает коротковолновой точкой окончания (относится к поверхностным поляритонам второго типа), а условия локализации существенно зависят от относительной толщины антиферромагнитного и немагнитного слоев 1D МФК, а также и от относительной ориентации вектора нормали и внешнего электрического поля.

В настоящей работе, с учетом квадратичного магнитооптического взаимодействия, выяснены особенности распространения электромагнитных волн s- и p – типа через магнитную сверхрешетку в скрещенных постоянных магнитном H и электрическом Е полях. В качестве примера рассмотрен 1D МФК типа «легкоосный антиферромагнетик – немагнитный диэлектрик» в приближении эффективной среды  (k – волновой вектор,  – период сверхрешетки). Внешнее электрическое поле параллельно легкой оси антиферромагнетика и перпендикулярно магнитному полю (E || l  H, l – вектор антиферромагнетизма). В частности, при анализе выяснено:

1.  Уже в бесконечном 1D МФК спектр нормальных магнитных поляритонов s- и p – типа становится невзаимным (ω(k)ω(-k)) вдоль направления нормали к плоскости в которой лежат вектора Е и Н. При этом в отсутствии внешнего электрического поля формирование дисперсии у нормальных магнитных ТМ поляритонов в рассматриваемом магнитном фотонном кристалле вообще невозможно. Спектр формирующихся коллективных поляритонных возбуждений p- или s – типа рассматриваемого1D МФК можно рассматривать как результат гибридизации нормальных поляритонных TM или ТЕ колебаний соответственно отдельных идентичных антиферромагнитных пластин, которые связаны между собой через немагнитные диэлектрические слои постоянной толщины.

2.  На границе раздела «1D МФК – вакуум» (n || l, n – орт нормали к поверхности сверхрешетки) имеет место формирование поверхностных магнитных поляритонов ТМ и ТЕ типа. Вид спектра обоих типов поляритонных волн существенным образом зависит от отношения электрического и магнитного поля . В частности, при определенных условиях возможно формирование реальных и виртуальных поляритонов. Так же условия локализации электромагнитной волны зависят от взаимной ориентации векторов E, H и n.

3.  В случае, когда нормаль к поверхности 1D МФК ортогональна легкой оси антиферромагнетика, то на границе раздела «1D МФК – вакуум» возможно формирование поверхностных магнитных поляритонов как p – так и s – типа. Для этой магнитооптической конфигурации при одновременном отличии от нуля значений напряженностей полей Е и Н, возможно формирование только таких поверхностных поляритонов, у которых поле вглубь магнитной сверхрешетки спадает с осцилляциями.

4.  Для всех изученных геометрий найдены и проанализированы коэффициенты отражения ТМ и ТЕ волн, падающих извне на поверхность рассматриваемого 1D МФК. В соответствии с общими положениями теории волновых процессов в слоистых средах их полюса определяют спектр поверхностных поляритонных волн распространяющихся вдоль внешней поверхности рассматриваемого полуограниченного 1D МФК.

5.  Если в бесконечном 1D МФК, рассматриваемого типа, присутствует дефектный диэлектрический слой, то в постоянном внешнем электрическом поле вблизи этого слоя становится возможным локализация распространяющихся вдоль дефектного слоя магнитных поляритонов ТМ и ТЕ типа. Количество ветвей в спектре этих волн зависит от толщины дефектного слоя и для заданных значений волнового числа и частоты может изменяться от нуля до двух.

6.  В полуограниченном 1D МФК на границе раздела «сверхрешетка – немагнитный диэлектрик» возможно существование трех основных вариантов поверхностных магнитных ТМ и ТЕ поляритонов, которые различаются характером парциальных волн, формирующихся на одном элементарном периоде исследуемой сверхрешетки. При этом некоторые из указанных разновидностей поляритонных возбуждений (являющиеся результатом взаимодействия двух гиперболических однопарциальных волн соседних слоев сверхрешетки) существуют только при наличии квадратичного магнитооптического взаимодействия и постоянного внешнего электрического поля. Число ветвей в спектре указанных возбуждений и степень их локализации вблизи поверхности 1D МФК зависят как от величины и направления внешнего электрического поля, так и от относительной толщины магнитного и немагнитного слоя.