Electromagnetic waves near the interface

Abstract

Цель данной работы заключается в изучении поверхностных электромагнитных состояний, а также в выяснении подходящих условий эксперимента по нарушенному полному внутреннему отражению (НПВО) для обнаружения таких состояний. В работе подробно изложена теория собственных поверхностных состояний электромагнитного поля на границах с резонансными средами. Показано, что выражения, описывающие поверхностные волны, являются решениями макроскопических уравнений электродинамики, дополненных граничными условиями Максвелла. Проанализированы условия, накладываемые на свойства диэлектрических проницаемостей контактирующих сред, необходимые для существования поверхностных поляритонов. Выполнено численное моделирование эксперимента по нарушенному полному внутреннему отражению света и предложены оптимальные значения параметров экспериментальной конфигурации, при которых возможно наиболее точное измерение дисперсионных кривых поверхностных поляритонов. Правильный выбор предложенных условий определялся сравнением теоретических дисперсионных кривых с данными моделирования спектров отражения, в которых четко наблюдался провал, соответствующий частоте возбуждения поверхностных поляритонов. Разработанные алгоритмы численного расчета решают задачу выбора оптимальных условий для экспериментального измерения дисперсии поверхностных поляритонов, связанных с такими элементарными возбуждениями твердого тела, как экситоны, фононы и плазмоны.

The purpose of this work is to study surface electromagnetic states and to find correct conditions for the experiment based on the method of attenuated total reflection (ATR) in order to detect such states. The theory of surface electromagnetic eigenmode states created on resonant media boundaries is discussed in detail. The expressions describing surface waves are shown to be solutions of the macroscopic electrodynamic equations supplemented with Maxwell’s boundary conditions. The constraints placed on properties of the contacting medium permittivities are analyzed which are necessary for existence of surface polaritons. A numerical modeling is fulfilled for the experimental configuration of the attenuated total reflection and optimal parameter values are suggested for more accurate measuring the surface polariton dispersion curves making use of spectroscopic data on specular reflection of light. The correct selection of the conditions proposed is determined by comparison between the theoretical curves and the data on modeling reflection spectra. The reflection spectra demonstrate deeps in the region of the surface polariton resonances. We developed the algorithms of computations that solve the problem of choosing the more appropriate conditions for experimental measuring the dispersion curves of the surface polaritons associated with such elementary excitations of solid state as excitons, phonons and plasmons.