Аномалія в потоці відбитої енергії при ковзному падінні: аналогія з кутом Брюстера

Анотація

У статті наведений докладний теоретичний та чисельний аналіз аномалій, які супроводжують дифракцию світла на
періодичних структурах (ґратках). Розвинуто необхідний для розглядання суттєвих аномалій теоретичний підхід. Отримані
результати наведені у формі аналітичних виразів для параметрів, що уявляють фізичний інтерес, таких, як амплітуди хвиль
та потоки енергії хвиль, які віддаляються від межі поділу. Доведено наявність екстремумів за кутом ковзання та довжиною
хвилі у потоків енергії. Зокрема, навіть для вельми пологих граток можливим виявляється заглушення дзеркального
відбивання до майхе повного заглушення. Цей ефект супроводжується суттєвим перерозподілом енергії поміж хвилями, що
віддаляються, який виявляється вельми чутливим до профіля ґратки (її Фурьє спектру). Максимуми енергії недзеркальних
компонент розташовані в тій же точці (за кутом падіння та довжиною хвилі), що й мінімум дзеркального відбивання. 
Дифракція на ґратках з малим періодом, таких що крім дзеркально відбитої хвилі не існує інших хвиль, що
розповсюджуються, мінімум дзеркального відбивання супроводжується майже повним поглинанням падаючого
випромінювання. Таким чином, доведено, що ковзна аномалія (GA) супроводжується перерозподілом енергії хвилі,що
падає, в недзеркальні дифракційні канали, а також у поглинання. Результати є дійсними у широкомуспектральноіу
діапазоні, від видимого та ближнього ІК до терагерцового та НВЧ діапазонів для металів та напівпровідників з високою
діелектричною проникністю.
GA добре виражена при високому електромагнітному контрасті суміжних середовищ, наприклад, повітря з металом
чи напівпровідником. При цьому високий контраст забезпечується великим значенням діелектричної проникності метала
(напівпровідника)  ,  1 , а аномалія виникає при падінні TM поляризованої хвилі. Продемонстровано, що GA є доволі
зпгальною аномалією і може спостерігатися також за умов, коли один з дифракційних порядків відповідає ковзній хвилі. Ця
властивість виходить з наведених результатів шляхом застосування оптичної теореми взаємності к геометрії, що
досліджена.
Детально розглянутий випадок ґраток з гармонійним профілем. Виявлена наявність характерноно нахилу cr a для
ґраток, просторовий період яких є зіставним з довжиною падаючого випромінювання, 1 cr a  , де  означає
поверхневий імпеданс,  1  . Умова cr a a ( a -- нахил ґратки, що розглядається) або більше відповідає яскраво
вираженій аномалії. Результати теоретичного розглядання ілюструються прикладами чисельних розрахунків у
терагерцовому діапазоні довжин хвиль для ґраток на поверхні міді, яка межує з вакуумом(повітрям) .
Отримані результати дозволяють простий переніс на випадок TE поляризованих хвиль. Для цього необхідно
розглянути межуючі середовища з аисоким контрастом магнітних властивостей, коли одне з них має високу магнітну
проникність  ,  1 . Цей випадок є вельми цікавим для сучасних застосувань в нанофотоніці, а також при створенні
наноматеріалів.
На відміну від інших аномалій GA обумовлена резонансних характером поведінки потоку енергії, а не амплітуди
відповідної хвилі. В околі GA амплітуди хвиль змінюються монотонно, у протилежності до того, що має місце в околах
Релеївської та резонансної аномалій, де амплітуда відповідної хвилі змінюється швидко та немонотонно із зміною кута
падіння або довжини хвилі.