Les ondes de surface sont des ondes qui se propagent le long de l'interface entre deux milieux et pénètrent dans ces milieux à une distance inférieure à la longueur d'onde. Dans les ondes de surface, toute l’énergie est concentrée dans un voisinage étroit de l’interface et l’état de la surface affecte considérablement leur propagation. C'est pourquoi les ondes de surface sont une source d'informations sur l'état de la surface. De plus, l’interaction des ondes de corps et de surface peut conduire à divers effets de surface, tels que la génération d’harmoniques, la rotation du plan de polarisation lors de la réflexion, etc. Les propriétés des ondes de surface pour les surfaces idéales ont été étudiées théoriquement il y a longtemps, au début du XXe siècle. Mais ils n'ont appris à obtenir expérimentalement des surfaces propres qu'à la fin du XXe siècle.
En 1901, Sommerfeld trouva des solutions spéciales aux équations de Maxwell : des ondes à décroissance exponentielle se propageant le long de l'interface entre deux milieux. A cette époque, aucune attention n’était portée à son travail ; on pensait qu’il s’agissait d’objets complètement exotiques. En 1902, Wood, en étudiant les propriétés des réseaux de diffraction métalliques, découvrit des écarts dans la propagation de la lumière par rapport aux lois de diffraction à certaines fréquences. Ces anomalies étaient appelées anomalies de Wood. En 1941, Fano expliqua ces anomalies : l'énergie se transforme en ondes de surface. En 1969, Otto proposa un système permettant d'exciter les ondes de surface dans un film métallique à l'aide d'un prisme. En 1971, Kretschmann a proposé une autre géométrie du même type. En 1988, les scientifiques allemands Knohl et Rothenhäusler ont proposé et mis en œuvre un microscope basé sur les ondes de surface.
Un peu de théorie. Les équations de Maxwell dans un milieu
Équations matérielles
Nous recherchons généralement une solution sous la forme d’ondes harmoniques planes se propageant.
En substituant ce type de solution dans les équations matérielles, nous constatons que et dépendent de la dispersion fréquence-temps et du vecteur d'onde-dispersion spatiale. La relation entre la fréquence et le vecteur d'onde via et est appelée relation de dispersion.
Dans ce rapport, nous supposerons que ne dépend pas de la fréquence et = 1. Dans la gamme de fréquences optiques, cette condition est assez bien remplie. Puisque dépend de la fréquence, il peut prendre différentes valeurs, y compris négatives.
Considérons le problème de l'incidence d'une onde plane monochromatique provenant d'un milieu avec 1 sur une surface idéale d'une substance 2.
P. 
Dans ce cas, les conditions aux limites suivantes sont remplies :
ET 
A partir de ces conditions aux limites, en substituant la forme habituelle des solutions, on obtient les formules de Fresnel bien connues, la loi de Snell, etc. Toutefois, de telles solutions n’existent pas toujours. Considérons le cas où la constante diélectrique du milieu est négative. Ce cas est réalisé dans une certaine gamme de fréquences dans les métaux. Alors les solutions sous forme d’ondes se propageant n’existent pas. Nous chercherons des solutions sous forme d’ondes de surface.
En substituant cette représentation dans les équations et conditions aux limites*, on constate qu'il existe des ondes de type TM (transverse-magnétique). Ce sont des ondes partiellement longitudinales ; le vecteur champ électrique peut avoir une composante longitudinale.
D 
Pour ces ondes, des relations de dispersion peuvent également être obtenues à partir des conditions aux limites.
Où 
- vecteur d'onde dans le vide. La dépendance en fréquence est également implicitement présente dans les fonctions 1 () et 2 ().
Alors, qu’est-ce que la constante diélectrique négative dans les métaux ? Les propriétés optiques fondamentales des métaux sont déterminées par les propriétés des électrons. Les électrons des métaux sont libres et peuvent se déplacer sous l’influence d’un champ électrique. De plus, ils se déplacent de telle manière que le champ qu’ils créent est de direction opposée au champ électrique externe. C'est de là que vient le signe négatif. Par conséquent, les électrons du métal masquent partiellement le champ externe et pénètrent dans le métal à une profondeur nettement inférieure à la longueur d’onde. Cependant, si la fréquence du champ externe est si élevée que les électrons n’ont pas le temps de réagir, alors le métal devient transparent. La fréquence caractéristique à laquelle cela se produit est appelée fréquence du plasma .
Voici une formule simple - la formule de Drude, qui montre la dépendance de la constante diélectrique d'un métal sur la fréquence.
où p est la fréquence du plasma, est la fréquence de collision.
Il est également possible d'expliquer facilement pourquoi la polarisation des ondes de surface est précisément TM, où le champ électrique est parallèle à la surface. Les électrons ne peuvent pas simplement quitter le métal ; pour ce faire, il faut effectuer un travail (fonction de travail). Par conséquent, si le champ électrique est perpendiculaire à la surface, il ne conduira pas à l'excitation d'ondes de surface - les électrons perdront de l'énergie au niveau de la barrière de potentiel - la surface. De plus, le champ est variable et soit il donne de l'énergie aux électrons, soit il l'enlève, de sorte que l'électron ne quitte pas la surface. Si le champ est parallèle à la surface, il provoque des oscillations électroniques dans la même direction, là où il n’y a pas de barrière de potentiel.
ET 
Ainsi, la courbe de dispersion des ondes de surface dans un métal. Sur la figure c'est une courbe bleue. La ligne rouge est la courbe de dispersion du vide.
La condition principale pour l'excitation de toute onde est la condition d'adaptation de phase. L'adaptation de phase est l'égalité des vitesses de phase de l'onde incidente et de l'onde de surface. Les courbes de dispersion montrent clairement qu'il est impossible d'exciter des ondes de surface dans une plaque métallique par une onde incidente provenant du vide. Il existe deux manières d'exciter les ondes de surface : a) en perturbant la réflexion interne totale et b) en créant des structures résonantes à la surface.
A) La réflexion interne totale perturbée est également connue sous le nom d’effet tunnel optique. A la limite diélectrique, sous un angle d'incidence supérieur à l'angle de réflexion interne totale, des ondes de surface apparaissent, qui sont ensuite converties en ondes volumétriques réfléchies. Mais lorsque les conditions d'accord de phase à la frontière avec le métal sont remplies, ces ondes peuvent se transformer en ondes de surface de la plaque métallique. Ce phénomène est à la base de l'excitation prismatique des ondes de surface.
B 
) Par structures résonantes, nous entendons des structures périodiques avec une période de l'ordre de la longueur d'onde des ondes de surface. Dans de telles structures périodiques, la condition d'adaptation de phase change - , où est le vecteur de réseau réciproque. L'excitation des ondes de surface conduit aux anomalies de Wood - un changement dans l'intensité de la lumière diffractée sur un réseau de diffraction, contrairement à la loi standard de la diffraction.
P. 
les plasmons de surface sont excités sous certains angles d'incidence de la lumière, et l'intensité de la lumière réfléchie par la frontière dépend beaucoup de l'angle d'incidence. C'est ce qu'on appelle la résonance plasmonique. Lorsque les propriétés de la surface changent, l'angle d'incidence sous lequel cette résonance est observée change. Par conséquent, en réglant un certain angle d'incidence, vous pouvez observer un changement dans l'intensité de la lumière. L'action d'un microscope sur les plasmons de surface repose sur cet effet.
1 - laser
2 - polariseur
3 - table de coordonnées
4 - prisme avec film métallique
5 - télescope
6 - photodétecteur
Le laser est focalisé sur la surface du film argenté sur laquelle se trouve l'objet d'observation. À l'aide d'un étage de coordonnées, l'angle d'incidence est sélectionné de manière à ce qu'il corresponde à la résonance plasmonique d'un métal pur. Lorsque les propriétés du film changent, l'intensité lumineuse au niveau du photodétecteur change, et à partir de ce changement, on peut juger du changement d'épaisseur du film.
-
détecter les changements diélectriques. perméabilité à une épaisseur de film fixe
Détection des changements d'épaisseur à un délai fixe. perméabilité
La relation d'incertitude ici n'est cependant pas violée : mais dans une autre coordonnée, dans le plan du film, la résolution est assez faible - le laser est focalisé sur un point de dimensions d'environ 2 microns.
ET 
Une autre application des ondes de surface est la perspective d’une application en lithographie optique à haute résolution.
Photorésist sur lequel l'image de l'original est transférée. La taille de l'image est d'environ 10 nm
Film métallique perforé. Excitation efficace des ondes de surface qui transmettent des informations sur la structure de l'original
L’original est une image haute résolution produite par lithographie par faisceau d’électrons.
lumière
La lithographie par faisceau d'électrons a une haute résolution, mais nécessite une imagerie séquentielle (ligne par ligne, comme sur un téléviseur), ce qui prend beaucoup de temps pour les applications industrielles. Si cette capacité à réaliser des copies est réalisée à l’échelle industrielle, cela réduira considérablement le coût de fabrication des microstructures intégrées.
Bibliographie:
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1 Syomkin Sergey Viktorovich, Smagin Viktor Pavlovich EFFETS ÉLECTROMAGNÉTIQUES CAUSÉS PAR LES ONDES DE SURFACE DE LA MER Adresse de l'article : L'article a été publié dans l'édition de l'auteur et reflète le point de vue du ou des auteurs sur cette question. Source Almanach de la science et de l'éducation modernes Tambov : Certificat, (59). Adresse de la revue C ISSN : Contenu de ce numéro de la revue : Maison d'édition "Gramota" Des informations sur la possibilité de publier des articles dans la revue sont publiées sur le site Internet de l'éditeur : Les éditeurs posent des questions liées à la publication de documents scientifiques à envoyer à :
2 194 Maison d'édition "Gramota" Fig. 3. Remplir les compétences Développer un système d'information pour la comptabilité des objets d'un système intelligent. Le langage de programmation PHP a été choisi, puisque ce langage de programmation permet de créer des pages web dynamiques et de les lier à une base de données implémentée dans MySQL. Cette approche vous permet de placer le système sur Internet et d'y accéder de n'importe où sans logiciel supplémentaire. Le système d'information développé pour l'enregistrement de la propriété intellectuelle contribue à : - réduire le temps consacré à la participation à l'élaboration et à la mise en œuvre d'une politique unifiée en matière de brevets et de licences de l'organisation ; - redistribution de la charge de travail des employés de l'organisation ; - accroître l'efficacité de la comptabilité et du contrôle de l'enregistrement de la propriété intellectuelle et de l'enregistrement en temps opportun des rapports les concernant. Le système d'information pour l'enregistrement des objets de propriété intellectuelle permet un stockage et une gestion pratiques et fiables des données du département, la possibilité de préparer des documents pour le dépôt d'une demande d'enregistrement officiel d'un programme informatique ou d'une base de données. Cela améliorera considérablement la qualité des services de protection et de protection de la propriété intellectuelle et augmentera l'efficacité du travail avec les objets de propriété intellectuelle. Références 1. Centre panrusse d'information scientifique et technique [Ressource électronique]. URL : (date d'accès :). 2. Propriété intellectuelle : marque, invention, brevet, conseil en brevets, bureau des brevets, Rospatent [Ressource électronique]. URL : (date d'accès :). 3. Sergeev A.P. Droits de propriété intellectuelle dans la Fédération de Russie : manuel. M., p. 4. Institut fédéral de la propriété industrielle [Ressource électronique]. URL : (date d'accès :). UDC Sciences physiques et mathématiques Sergey Viktorovich Semkin, Viktor Pavlovich Smagin Université d'État d'économie et de services de Vladivostok EFFETS ÉLECTROMAGNÉTIQUES CAUSÉS PAR LES ONDES DE SURFACE DE LA MER 1. Introduction L'eau de mer, comme on le sait, est un liquide conducteur en raison de la présence d'ions de différents signes dans il. Sa conductivité électrique, en fonction de la température et de la salinité, peut Syomkin S.V., Smagin V.P., 2012
3 ISSN Almanach de la science et de l'éducation modernes, 4 (59) changement à la surface de l'océan en 3-6 Sym/m. Les mouvements macroscopiques de l'eau de mer dans un champ géomagnétique peuvent s'accompagner de l'émergence de courants électriques, qui, à leur tour, génèrent un champ magnétique supplémentaire. Ce champ induit est influencé par un certain nombre de facteurs différents. Premièrement, le type de source hydrodynamique – vagues de surface de la mer, vagues internes, courants et marées, vagues longues comme les tsunamis, etc. Un champ électromagnétique induit peut également être créé par d’autres types de mouvements macroscopiques de l’eau – ondes acoustiques et sources artificielles – explosions sous-marines et vagues de navires. Deuxièmement, ce champ peut être influencé par la conductivité électrique des roches du fond marin et par la topographie du fond marin. On peut également noter qu'un problème similaire au calcul du champ induit en milieu marin se pose également en sismologie : le mouvement de la lithosphère dans le champ magnétique terrestre conduit à l'émergence de courants induits. L'une des directions pour étudier la structure spatio-temporelle du champ induit est le cas lorsqu'il est généré par une onde de surface bidimensionnelle. Le calcul du champ électromagnétique induit par une onde de surface peut être réalisé selon diverses approximations et pour différents modèles du milieu marin. Dans les travaux, on a calculé le champ induit par les vagues de surface de la mer à l'approche d'un océan infiniment profond, et dans les travaux on a étudié théoriquement les champs induits par les vagues de vent dans les zones peu profondes en tenant compte d'une profondeur variable finie. Un modèle hydrodynamique plus complexe des vagues de la mer - des vagues vortex avec une crête finie - a été pris en compte. Autrement dit, un nombre important d'options différentes pour formuler le problème sont possibles, en fonction de l'influence des facteurs à prendre en compte. Dans ce travail, nous étudions l'influence des propriétés électriques et magnétiques des roches de fond, à savoir leur perméabilité magnétique et leur conductivité électrique, sur le champ électromagnétique induit. Habituellement, l'étude de l'influence des propriétés des roches de fond sur le champ magnétique se limite à prendre en compte uniquement leur conductivité électrique, car les roches de fond n'ont généralement pas de propriétés magnétiques prononcées. Cependant, dans la zone côtière de l’océan, il est fort possible que les roches du fond possèdent également des propriétés magnétiques. De plus, il s’avère [Ibid] que pour un mouvement potentiel de fluide, l’émergence de courants dans les roches de fond n’est possible que grâce aux effets d’induction – un terme dans les équations de Maxwell. Et écarter ce terme (approximation quasi-statique) conduit au fait que le champ induit ne dépend pas du tout de la conductivité des roches du fond. Par conséquent, nous considérerons cette formulation du problème de la détermination du champ électromagnétique induit par une onde de surface, dans laquelle le fond a non seulement une conductivité électrique, mais également des propriétés magnétiques, et nous prendrons également en compte l'effet d'auto-induction. 2. Équations de base et conditions aux limites Pour résoudre le problème de la détermination du champ électromagnétique induit par le mouvement de l'eau de mer dans le champ géomagnétique, le système d'équations de Maxwell est utilisé : (1) La relation entre les paires de vecteurs et (équations matérielles) ainsi que l'expression de la densité de courant sont différentes selon les médias. Nous supposerons que dans l'air (milieu I) la connexion entre les vecteurs caractérisant le champ électromagnétique est la même que dans le vide, et qu'il n'y a pas de courants électriques ni de charges d'espace : (2) Nous considérerons l'eau de mer (milieu II) comme étant homogène en termes de propriétés hydrodynamiques et électromagnétiques. Les équations matérielles dans le système de coordonnées par rapport auquel le fluide se déplace sont décrites. En supposant que la vitesse de déplacement de l'eau est faible et que le champ magnétique induit est nettement inférieur au champ géomagnétique, nous obtenons : , (3) (4) où et sont la perméabilité électrique et la conductivité de l'eau de mer. Considérons la question des charges électriques volumétriques à l'intérieur de l'eau. A partir des équations (1), de la relation (3), de la loi d'Ohm (4) et des conditions de conservation de la charge électrique, on obtient : (5) Pour le cas d'un processus stationnaire, lorsque et, la solution (5) a la forme : où est le temps caractéristique pour établir un état stationnaire. À,. Cela signifie que tout processus hydrodynamique et hydroacoustique établi peut être
4 196 Maison d'édition "Gramota" doit être considérée comme stable au sens électrodynamique. Étant donné que les fréquences cycliques ne dépassent même pas les ondes ultrasonores, nous pouvons supposer avec une bonne précision que Ainsi, avec le mouvement potentiel de l'eau de mer (), il n'y a pas de charges spatiales dans l'eau de mer. Nous supposerons que les roches de fond (milieu III) sont un milieu homogène semi-infini avec respectivement conductivité, perméabilité diélectrique et magnétique. Les équations matérielles et la loi d'Ohm dans ce milieu sont les suivantes : (6) La densité volumique des charges électriques dans le milieu III obéit à une équation similaire à (5), mais avec un membre droit nul. Donc dans un mode périodique stationnaire. Le temps caractéristique d'établissement de l'équilibre est du même ordre que. Comme le montre la figure , les conditions aux limites aux frontières I-II et II-III ont la même forme pour les faibles vitesses de mouvement de l'eau que pour les milieux stationnaires. Autrement dit, à la frontière I-II :, (7) À la frontière II-III :, (8) Les densités de charge de surface ne sont pas connues à l'avance et sont trouvées lors de la résolution du problème. 3. Onde de surface bidimensionnelle Considérons une onde de surface bidimensionnelle se propageant dans la direction de l'axe (l'axe est dirigé verticalement vers le haut et le plan coïncide avec la surface non perturbée de l'eau). Les vitesses des particules liquides seront les suivantes :, (9) - profondeur de la mer., et sont liées par la relation de dispersion (10) Introduisons les angles et qui déterminent l'orientation du vecteur champ géomagnétique (dans le système de coordonnées d'origine ) comme suit : C'est-à-dire est l'angle entre la verticale et le vecteur , en fonction de la latitude du lieu, et est l'angle entre la direction de propagation de l'onde et la projection du vecteur sur le plan horizontal. Nous chercherons une solution au système (1) sous la forme En substituant ces expressions dans (1), nous obtenons : (11) (12) (13) (14) (15) ( () (16) ( (17) ( () (18) Les équations (11) à (18) peuvent être divisées en deux groupes : les équations (11), (13), (16) et (18) pour les composants, et les équations (12), (14) , (15) et (17 ) pour les composantes, et. Nous résolvons les équations du deuxième groupe comme suit : et les équations pour ont la forme Ici,. En trouvant la solution générale (20) et en utilisant (19), nous obtenons dans environnement I : (19) (20)
5 ISSN Almanach de la science et de l'éducation modernes, 4 (59) dans l'environnement II :, (21) (22) dans l'environnement III :, (23) Pour déterminer les coefficients, et nous utilisons les conditions aux limites (7) et (8) En excluant et, on réduit le système à deux équations pour et que l'on écrit sous forme matricielle : () () () En résolvant ce système, on trouve les coefficients et à travers lesquels s'expriment les composantes du champ électromagnétique, et. De la même manière, nous résolvons le système d'équations (11), (13), (16) et (18) pour les composantes, et les équations pour ont la forme La composante est exprimée à partir de (19). En résolvant (25) et en utilisant (23) et (19) on trouve les composantes dans le milieu I : dans le milieu II : (24) (25) (26) (27) dans le milieu III : En utilisant les conditions aux limites (7) et (8 ), on obtient : (28) D'où et. Ainsi, dans les trois milieux et ( (29) ( (30) Le composant présente des discontinuités aux limites entre les milieux. Cela signifie qu'il y a des charges de surface aux limites, dont les densités sont déterminées à partir des conditions (7) et ( 8) : (limite I -II) (31) (limite II-III) (32) De la solution obtenue, il s'ensuit que les composantes de la densité de courant et sont égales à zéro dans les trois milieux, ce qui est cohérent avec la condition de conservation de charge électrique. La composante et n’est pas égale à zéro.
6 198 maisons d'édition "Gramota" sont classées par ordre de grandeur. L'existence de charges de surface changeant périodiquement contredit à première vue la condition : puisque le milieu n'est pas supraconducteur, il n'y a pas de courants de surface, et un changement dans la charge de surface ne peut être associé qu'à l'existence d'une composante de courant volumique normale à la frontière. . Nous trouverons la valeur de cette composante à partir de la condition de conservation de la charge. Ainsi, le rapport sera de l'ordre de celui pour l'eau de mer et les fréquences typiques des vagues de vent. Autrement dit, lors de l'élimination, nous n'allons pas au-delà de la précision avec laquelle les équations matérielles (2), (4) et (6) et les conditions aux limites (7) et (8) sont considérées. 4. Résultats et conclusions du calcul Ainsi, pour une onde de surface bidimensionnelle ayant une direction arbitraire par rapport au méridien magnétique, nous avons calculé les composantes des champs magnétiques et électriques dans tous les milieux, ainsi que les charges électriques de surface au fond et libres. surface. L'influence des propriétés électriques et magnétiques des roches de fond sur le champ magnétique induit par les ondes se manifeste comme suit. Riz. 1 Sur la fig. La figure 1 montre les dépendances des amplitudes des composantes égales au-dessus de la surface et (en unités) sur la période des vagues pour des vagues de même amplitude. La courbe 2 correspond au cas d'un fond amagnétique et non conducteur (,), la courbe 1 au cas d'un fond conducteur amagnétique (,), la courbe 4 au cas d'un fond magnétique non conducteur (, ), et la courbe 3 au cas d'un fond conducteur magnétique (,). Toutes les courbes sont calculées pour le cas. Il s'avère que pour toute valeur de la période d'onde, le champ induit augmente de manière monotone avec l'augmentation de la perméabilité magnétique du fond et diminue avec l'augmentation de sa conductivité. La dépendance du champ magnétique sur la période de l'onde peut être soit croissante de manière monotone, soit avoir un maximum, en fonction de l'orientation de l'onde par rapport au champ géomagnétique. Riz. 2
7 ISSN Almanach de la science et de l'éducation modernes, 4 (59) Dans la Fig. La figure 2 montre les dépendances du champ magnétique induit (dans les mêmes unités que sur la figure 1) sur la profondeur de la mer (en kilomètres) pour des vagues de période de,. Les courbes 1, 2, 3 et 4 correspondent à des valeurs égales à 1, 2, 10 et 100. Des résultats obtenus, on peut tirer les conclusions générales suivantes : 1. Les charges électriques volumétriques n'apparaissent ni dans l'eau de mer ni dans roches de fond conductrices en cas de mouvement potentiel de l'eau de mer. 2. Les charges électriques de surface (30), (31) sont déterminées uniquement par la composante du champ géomagnétique, l'amplitude et la fréquence de la vague et la profondeur de l'océan et ne dépendent pas de la perméabilité magnétique et de la conductivité électrique des roches du fond. et l'eau de mer. 3. La composante le long de la crête du champ magnétique induit est nulle dans tous les milieux. 4. La composante le long de la crête du champ électrique induit est nulle dans l'approximation quasi-statique, et les composantes et, comme les charges électriques de surface, ne dépendent pas des propriétés électriques et magnétiques de l'eau et des roches de fond. 5. Pour toutes les valeurs de profondeur de l'océan et de période des vagues, l'ampleur du champ magnétique induit augmente de manière monotone jusqu'à une valeur limite finale avec l'augmentation de la perméabilité magnétique des roches du fond et diminue de manière monotone avec l'augmentation de leur conductivité. Références 1. Gorskaya E. M., Skrynnikov R. T., Sokolov G. V. Variations du champ magnétique induites par le mouvement des vagues de la mer en eaux peu profondes // Géomagnétisme et aéronomie S. Guglielmi A. V. Ondes électromagnétiques ultra-basse fréquence dans la croûte terrestre et la magnétosphère // UFN T S Sommerfeld A. Électrodynamique. M., Savchenko V.N., Smagin V.P., Fonarev G.A. Problèmes d'électrodynamique marine. Vladivostok : VGUES, p. 5. Semkin S.V., Smagin V.P., Savchenko V.N. Champ magnétique d'une onde infrasonore dans un guide d'ondes océanique // Géomagnétisme et aéronomie T S Semkin S.V., Smagin V.P., Savchenko V.N. Génération de perturbations du champ magnétique lors d'une explosion sous-marine // Izvestia RAS. Physique de l'atmosphère et de l'océan T S Smagin V. P., Semkin S. V., Savchenko V. N. Champs électromagnétiques induits par les ondes des navires // Géomagnétisme et aéronomie T S Sretensky L. N. Théorie des mouvements ondulatoires des fluides. M. : Sciences, p. 9. Fonarev G. A., Semenov V. Yu. Champ électromagnétique des ondes de surface de la mer // Etude du champ géomagnétique dans les eaux des mers et des océans. M. : IZMIRAN, S Fraser D.C. Les champs magnétiques des vagues océaniques // Geophys. Journal Royal Astron. Soc Vol P Larsen J. C. Champs électriques et magnétiques induits par les marées profondes // Geophys. Journal Royal Astron. Soc Vol. 16. P Pukhtyar L. D., Kukushkin A. S. Enquête sur les champs électromagnétiques induits par le mouvement de la mer // Océanographie physique Vol P Sanford T. B. Champs électriques et magnétiques induits par le mouvement dans la mer // J. Geophys. Res Vol P Warburton F., Caminiti R. Le champ magnétique induit des vagues marines // J. Geophys. Res Vol P Weaver J. T. Variation magnétique associée aux vagues océaniques et à la houle // J. Geophys. Res Vol P UDC 34 Sciences juridiques Victoria Vitalievna Sidorenko, Aigul Sharifovna Galimova Bashkir State University LE PROBLÈME DE L'EFFICACITÉ DE L'UTILISATION DU TEMPS DE TRAVAIL Le temps de travail est une catégorie importante dans l'organisation du travail dans une entreprise. Il représente le temps pendant lequel l'employé, conformément au règlement intérieur du travail et aux termes du contrat de travail, doit effectuer des tâches de travail, ainsi que d'autres périodes de temps qui, conformément aux lois et autres actes juridiques, se rapportent au travail. temps. Le temps de travail est une mesure naturelle du travail, existant en même temps comme une catégorie aux multiples facettes, car La santé générale et l'activité vitale d'une personne dépendent de la durée des heures de travail. La durée et l'intensité du temps de travail affectent directement la durée du temps de repos dont une personne a besoin pour récupérer, dépenser de l'énergie, assumer ses responsabilités familiales en matière d'éducation, etc. Par conséquent, le respect le plus strict de la législation sur le temps de travail garantit en même temps le droit humain constitutionnel le plus important : le droit au repos. La réglementation des heures de travail résout des problèmes aussi importants que : établir la participation possible des citoyens au travail public, assurer la protection du travail et garantir le droit au repos. Sidorenko V.V., Galimova A.Sh., 2012
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SUJET 16 ÉQUATIONS DE MAXWELL 161 Courant de déplacement 162 Théorie unifiée des phénomènes électriques et magnétiques de Maxwell Système d'équations de Maxwell 164 Explications de la théorie de l'électrodynamique classique 165 Vitesse de propagation
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Ondes électromagnétiques de surface sur les limites plates de supports électriquement conducteurs à haute conductivité, onde Zenneck
V. V. Chevtchenko
Institut d'ingénierie radio et d'électronique nommé d'après. V.A. Kotelnikov RAS
annotation. Les propriétés d'un modèle théorique d'ondes électromagnétiques de surface dirigées par des frontières plates de milieux hautement conducteurs : métaux, sols humides, mer et généralement eau salée sont considérées. La phase, le « groupe » et les vitesses énergétiques de ces ondes sont calculées. Il est montré que ces ondes appartiennent à un type d’ondes inhabituel, dans lequel la vitesse du « groupe » diffère de la vitesse de l’énergie, c’est-à-dire : la vitesse de transfert d’énergie par la vague. Et bien que, selon les paramètres du milieu, les vitesses de phase et de « groupe » de telles ondes puissent être supérieures à la vitesse de la lumière. Avec, leur vitesse énergétique est toujours inférieure à la vitesse de la lumière. Le type de vagues considéré est ce qu’on appelle la vague Zenneck.
Mots clés: ondes de surface ; vitesses de phase, de groupe et d'onde d'énergie ; Vague Zenneck.
Abstrait.Les propriétés d'un modèle théorique d'ondes électromagnétiques de surface, guidées par les limites planes de milieux hautement conducteurs : métaux, sols humides, mer et eau salée en général sont considérées. La phase, le groupe et les vitesses de flux d'énergie de ces ondes sont calculées. Ces ondes sont liées au type inhabituel d'ondes, dont la vitesse de « groupe » diffère de la vitesse du flux d'énergie, c'est-à-dire la vitesse de transport de l'énergie des vagues. Bien qu'en fonction des paramètres moyens, les vitesses de phase et de « groupe » de ces ondes peuvent être supérieures à la vitesse de la lumière. c, leur vitesse de flux d'énergie est toujours inférieure à la vitesse de la lumière c. La vague de Zenneck ainsi nommée est liée au type de vagues considéré.
Mots clés: ondes de surface ; phase, groupe, vitesses de flux d'énergie des vagues ; La vague de Zenneck.
Introduction
La question des ondes de surface indiquées dans le titre de l'article et, en particulier, de l'onde dite de Zenneck, est soulevée de temps à autre depuis de nombreuses années dans les discussions scientifiques dans le domaine de l'électrodynamique appliquée, tant par les théoriciens que par les expérimentateurs. Étant donné que de telles discussions se reflètent dans de nombreuses publications (voir, par exemple, dans et les références qui y figurent), nous ne nous attarderons pas ici sur les détails des déclarations et des doutes publiés. Notons seulement que les questions suivantes sont habituellement discutées. L'onde Zenneck est-elle possible d'un point de vue physique : cela ne contredit-il pas les lois physiques, et si cela est possible, peut-elle alors être excitée par des sources physiquement réalisables et peut-elle être utilisée pour la transmission de signaux dans les systèmes de communication et les radars.
L’analyse théorique présentée ci-dessous donne, de l’avis de l’auteur, une réponse très précise au moins aux deux premières de ces questions, à savoir : ne contredit pas et vous pouvez l'exciter. La question restante concerne la technologie de mise en œuvre et d’application de telles ondes de surface.
1. Propriétés de base d'une onde de surface sur une limite plane d'un milieu hautement conducteur
Soit la dépendance d'un champ électromagnétique stationnaire au temps sous la forme , où est la fréquence circulaire du champ. Considérons pour simplifier, comme on le fait habituellement [,], un modèle bidimensionnel (les résultats sont facilement transférables dans un modèle tridimensionnel) d'une onde électromagnétique de surface sur une frontière plane (Fig. 1) entre l'espace libre avec paramètres , et un milieu non magnétique () électriquement conducteur avec une constante diélectrique effective, où est la perméabilité relative sans dimension complexe
. (1)
Riz. 1. Limite plate d'un milieu électriquement conducteur
, . (2)
Par exemple, pour les sols humides, la mer et simplement l'eau salée () dans la gamme des ondes radio, et pour les métaux () dans la gamme des ondes radio, micro-ondes, EHF et jusqu'à la gamme de fréquences optiques infrarouges.
, (3)
Où est la conductivité spécifique du milieu.
Composantes magnétiques et électriques complexes du champ d'une onde de surface de polarisation correspondante se propageant le long de la limite plate du milieu dans la direction de l'axe z(Fig. 2), représentez-le sous la forme
, (4)
, (5)
(6)
Où UN– constante d'amplitude,
, Avec - vitesse de la lumière et- longueur d'onde en espace libre, 
,
, (7)
Riz. 2. Localisation du champ d'ondes à proximité de la limite du milieu
L'équation de dispersion originale obtenue en faisant correspondre le champ à la limite du milieu à y =0 selon les égalités
. (10)
Équation approximative et sa solution pour 
ressembler
, (11)
,
, (12)
et l'équation raffinée et sa solution pour , c'est-à-dire selon (12) –
,
. (13)
Sur la base de ces relations et expressions (), (), les valeurs sont calculées
,
(14)
. (15)
Ainsi, l’onde est bien une onde de surface, puisque , , et elle se propage le long de la frontière y =0 dans le sens de l'axe z.
Il convient de noter que le résultat (15) peut également être obtenu à partir de la relation
, (16)
(17)
ce qui permet d'analyser la structure du champ d'onde correspondant aux expressions (), ().
En effet, la grandeur qui décrit la pression du champ d'onde à la limite du milieu, selon (16), augmente la valeur de , ce qui ralentit la vitesse de déplacement du front de phase de l'onde, et la grandeur qui décrit l'inclinaison du front de phase de l'onde par rapport à la limite du milieu (Fig. 3, la raison physique de l'inclinaison est que le milieu absorbe partiellement l'énergie des vagues) réduit la valeur, c'est-à-dire qu'elle accélère le mouvement du front de phase de l’onde le long de la frontière.
Figure 3. Inclinaison du front d'onde par rapport à la limite du milieu
De plus, pour les valeurs de ces grandeurs correspondant aux expressions (), les termes ayant la petite valeur la plus élevée dans () sont compensés, de sorte que
, (18)
et par conséquent, seuls les termes proportionnels au carré de cette petite quantité restent dans la partie réelle en (). L'inclinaison mentionnée ci-dessus de la direction de propagation du front de phase de l'onde par rapport à la limite du milieu (Fig. 3), selon ce qui a été dit, est un petit angle
. (19)
Les expressions (),(),() permettent d'estimer l'étendue du champ d'ondes de surface en transverse (L y) et longitudinal ( Lz)directions approximativement égales
(20)
Ici, la faible étendue transversale du champ d'onde à l'intérieur du milieu n'est pas prise en compte, égale, selon ()
. (21)
(32)
Il convient de noter ici que les transitions des vitesses de phase et de groupe des ondes à travers la vitesse c se produisent sous différents paramètres environnementaux. Compte tenu du caractère approximatif des vitesses introduites, il n'y a aucune raison d'attacher une quelconque signification physique aux valeurs spécifiques obtenues des paramètres transitoires du milieu.
4. Vitesse énergétique
Vitesse énergétique, c'est-à-dire la vitesse de transmission des ondes d'énergie [ , , ] peut être calculée à l'aide de la formule suivante spécifiée ici :
, (33)
où la moyenne temporelle est le flux d'énergie longitudinal (le long de l'axe z) transféré par l'onde et est la densité d'énergie linéaire par unité de longueur déplacée avec l'onde le long de la structure de guidage, c'est-à-dire frontière plate (également le long de l'axe z). Cette vitesse d'énergie déterminée cinématiquement est basée sur le théorème d'Umov-Poynting. Elle s'applique aussi bien aux ondes se propageant sans perte d'énergie qu'aux ondes avec perte. Cette définition n'inclut pas l'énergie dissipative et absorbée par le milieu, qui ne se propage pas avec l'onde. Dans ce cas, un équilibre est réalisé entre l'énergie transportée par l'onde le long de la limite du milieu.
Pour la vague considérée, nous avons
, (34)
où et la puissance partielle circule-t-elle au-dessus et au-dessous du plan y =0, qui selon (), () sont égaux
(35)
et en conséquence 
, où à 
moi, nous avons
(36)
(37)
. (43)
A partir de cette expression et de la formule (), on obtient pour les ondes de surface considérées ici
, (44)
Où 
- phase, et à petites valeurs c'est aussi la vitesse énergétique d'une onde de surface lente dans la direction du mouvement du front de phase. En conséquence, sur la base de (), nous obtenons
. (45)
Essentiellement, le calcul a utilisé la propriété des ondes à front de phase plan, applicable aux ondes planes et similaires, à savoir que l'inclinaison de la direction de mouvement du front de phase par rapport à la direction de propagation de l'onde augmente la vitesse de phase ( ), (), () et réduit la vitesse énergétique (45) de la vague.
En conséquence, nous avons que la vitesse énergétique d’une onde de surface est toujours inférieure Avec, y compris le cas correspondant à l'onde de Zenneck, pour laquelle les vitesses de phase et de groupe sont plus grandes Avec.
5. Discussion des résultats
Discutons des versions connues de manière critique, sur la base desquelles, semble-t-il, on peut affirmer que le modèle théorique des ondes de surface discuté ci-dessus ne décrit pas les ondes physiques de surface dirigées par la limite d'un milieu électriquement conducteur à haute conductivité dans le cas où les vitesses de phase et/ou de groupe sont supérieures à la vitesse de la lumière Avec.
Comme il ressort d'une autre méthode non asymptotique de représentation du champ source total sous la forme d'une expansion spectrale en termes d'ondes naturelles (en nombres d'ondes transversales avec un spectre discret-continu) d'une structure de guide ouverte, ici les limites de le milieu [ , , ], cette expansion dans sa forme originale contient, en plus de l'intégrale d'une onde de surface choisie, qu'elle soit lente ou rapide. Cette expansion peut être obtenue soit directement sur la base de la théorie d'un problème de valeurs limites transversales singulières (dans un intervalle infini) sur les valeurs propres et les fonctions propres [, ], soit en transformant l'expansion intégrale de Fourier indiquée en nombres d'onde longitudinaux en un expansion en nombres d’ondes transversales. Dans le second cas, lorsque le contour d'intégration est déformé dans le plan complexe des nombres d'ondes, ce contour balaie également les pôles de l'intégrande correspondant aux ondes de surface lentes et rapides [ , , ]. Ainsi, l'onde de surface, à la fois lente et rapide, est contenue dans le champ total excité par la source, mais elle s'atténue et disparaît dans l'asymptotique, où seul subsiste le champ d'onde spatiale.
Conclusion
Les ondes considérées sont un type particulier d'ondes de surface dont la nature de surface, c'est-à-dire La décroissance exponentielle du champ à partir de la limite du milieu hautement conducteur considéré dans la direction transversale se produit ici non pas à cause de la lenteur de sa vitesse de phase par rapport à la vitesse des ondes planes au-dessus de la limite du milieu, qui s'est avérée être inutile ici, mais en raison de l'absorption partielle de l'énergie lors de la propagation des ondes. Les résultats présentés montrent que le modèle considéré de telles ondes de surface ne contredit pas les lois physiques. Il n’y a donc aucune raison de douter qu’il décrit des ondes physiques et lorsque leur vitesse de phase est inférieure c, et quand – plus, et la vitesse de « groupe » généralement acceptée pour eux n'a apparemment pas de signification physique claire.
De telles ondes présentent cependant des inconvénients importants du point de vue de leur utilisation dans des applications techniques. Premièrement, ils sont faiblement pressés contre la limite du milieu, c'est-à-dire leur champ a une étendue suffisamment grande dans la direction transversale au-dessus de la limite, de sorte que pour les exciter efficacement, il peut être nécessaire d'utiliser une source avec une ouverture verticale trop grande. Deuxièmement, leur vitesse de phase n’est que légèrement différente de la vitesse de la lumière. Avec, par conséquent, toute irrégularité, même minime, dans le plan de la limite du milieu peut entraîner une diffusion du champ d'ondes et une augmentation significative des pertes d'énergie lors de la propagation le long de la limite. En particulier, cela peut se produire lorsque la frontière s'écarte du plan, c'est-à-dire en présence de courbure de sa surface. L'analyse des ondes de surface considérées sur une frontière irrégulière nécessite des recherches particulières [,].
D'autre part, lorsqu'on essaie d'appliquer des ondes de surface, par exemple aux limites des métaux dans des applications techniques, il faut tenir compte du fait que les surfaces des métaux réels sont généralement recouvertes de films d'oxyde ayant une épaisseur de l'ordre de fractions du micron, du micron ou de plusieurs microns (films naturels) et de l'ordre de la dizaine de microns (films artificiels créés pour la protection mécanique des surfaces métalliques). Dans ce cas, il est nécessaire d'utiliser les résultats d'un modèle théorique légèrement différent du système de guidage : une structure en couches telle qu'un substrat métallique - un film diélectrique (en tenant nécessairement compte des pertes d'énergie dans ceux-ci) - un espace libre. La présence d'un film peut affecter de manière significative la pression de l'onde de surface dans le sens de son augmentation et, par conséquent, la possibilité de simplifier l'excitation de l'onde et sa plus grande stabilité vis-à-vis des irrégularités de la structure.
En postface à l'article, notons qu'en septembre 2012, cet article a été soumis à la revue UFN, qui avait précédemment publié une série d'articles consacrés à la vague Zenneck, et, en substance, une discussion a eu lieu sur ce sujet. Cependant, l’article n’a pas été accepté pour publication en raison du fait que le comité de rédaction de l’UFN a décidé « de ne pas accepter de nouveaux travaux sur les ondes Zenneck pour examen ». En conséquence, la publication indiquée d'articles sur ce sujet dans l'UFN s'est en fait soldée par la publication d'un article erroné.
Littérature
1.Barlow H.M., Wait J.R. // Electron. Des lettres. 1967.T.3. N° 9.P.396.
2.Shevchenko V.V. // Ingénierie radio et électronique. 1969.T.14. N° 10.S.1768.
3., .: Golem Press, 1971).
17. Mandelstam L. I. Conférences sur l'optique, la théorie de la relativité et la mécanique quantique. M. : Nauka, 1972. P.420,431.
18. Zilbergleit A. S., Kopilevich Yu. // Lettres à ZhTP. 1979.T.5.No.8. P. 454.
19. Brekhovskikh L. M. Waves en médias superposés. M. : Maison d'édition. Académie des sciences de l'URSS, 1957.
20.Barlow H. M., Brown J. Ondes de surface radio. Oxf.: Clarendon Press, 1962.
21. Shevchenko V.V.//Équations différentielles.1979.T.15. N° 11. AVEC .2004 (ShevchenkoV.V.//Differential Equations.1980.V.15. N° 11.P.1431).
22.Shevchenko V.V. // Izv. Universités – Radiophysique. 1971.T.14. N° 5. P. 768.
- Spécialité de la Commission supérieure d'attestation de la Fédération de Russie01.04.03
- Nombre de pages 155
Partie I. ONDES MAGNÉTO-PLASMA À SURFACE LENTE DANS LES SEMI-CONDUCTEURS
Chapitre I. Fondements théoriques de l'existence des ondes électromagnétiques de surface
1.1. Structure du champ électromagnétique à proximité de la surface d'un semi-conducteur magnétisé
1.2. Théorie des ondes de surface lentes
Chapitre II. Méthode expérimentale
2.1. Exigences pour la méthode expérimentale
2.2. Principes généraux de la technique
2.3. Montage expérimental
2.4. À propos de la technologie de mesure
2.5. Exemples d'options
Chapitre III. Mode vague progressive
3.1. Idée d'expérimentation
3.2. Étude de forme du front d'onde
3.3. Interférence à ondes lentes
3.4. Propriétés de base de la vague
3.5. Réflexion des ondes depuis le bord du plan du guide d'ondes
3.6. Efficacité d'excitation des ondes de surface
3.7. Connexion vague-surface
Chapitre IV. Propagation du guide d'ondes du PMV
4.1. L'expérience décisive
4.2. Formation du mode guide d'ondes
4.3. Région d'existence des vagues
4.4. Atténuation des ondes lentes de surface
4.5. Effet de la température sur la propagation des ondes
Chapitre V. Régime des ondes stationnaires
5.1. Modèle de mouvement des vagues
5.2. Résonateur Fabry-Pérot plat
5.3. Dispersion des ondes de surface
5.4. Structure du champ de vagues
5.5. Polarisation des ondes de surface
5.6. Poutres hélicoïdales
Chapitre VI. Appareils basés sur des PMV lents
Deuxieme PARTIE. ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES DE SURFACE SUR L'EAU SALÉE
Chapitre I. Revue analytique
1.1. Histoire de la recherche
1.2. Analyse des résultats de recherche négatifs
1.3. Critique du concept de L.I. Mandelinamma
1.4. Une vision moderne de la vague Zenneck 1.5 Propriétés de la vague Zenneck
Chapitre II. Recherche de vagues expérimentales
2.1. Méthode expérimentale
2.2. Observation de la vague Zenneck-Sommerfeld
2.3. PEV debout sur une surface d’eau plate
2.4. Expériences avec des ondes progressives
2.5. Divergence radiale de l'onde de surface
2.6. Structure de champ verticale
2.7. Émetteur PEV Zenneka
Chapitre III. Applications du Zenneka PEV
3.1. Expériences en laboratoire par emplacement
3.2. Sur l'excitation des SEW à la surface des océans
3.3. L'expérience naturelle de Hansen
3.4. À propos de la méthodologie d'une expérimentation grandeur nature
3.5. Communications radio maritimes
3.6. Radar PEV
Conclusions de la deuxième partie. Pourquoi la vague Zenneck n’a-t-elle pas été observée dans des conditions naturelles ?
PRINCIPAUX RÉSULTATS
Liste recommandée de mémoires
Phénomènes d'ondes électromagnétiques dans un plasma électronique à l'état solide confiné et hors équilibre 1998, Docteur en Sciences Physiques et Mathématiques Popov, Vyacheslav Valentinovich
Effets de la transformation résonante de la polarisation des ondes électromagnétiques dans les structures à plasma magnétoactif électronique bidimensionnel 2001, Candidate en sciences physiques et mathématiques Teperik, Tatyana Valerievna
Propagation et émission d'ondes électromagnétiques dans une structure ouverte avec plasma électronique bidimensionnel et réseau métallique périodique 1998, candidate en sciences physiques et mathématiques Polishchuk, Olga Vitalievna
Processus ondulatoires et contrôle du rayonnement électromagnétique dans les structures guidantes avec dispersion fréquentielle et spatiale 2010, Docteur en Sciences Physiques et Mathématiques Sannikov, Dmitry Germanovich
Ondes acoustiques et de spin dans les semi-conducteurs magnétiques, les supraconducteurs et les structures en couches 2009, Docteur en Sciences Physiques et Mathématiques Polzikova, Natalya Ivanovna
Introduction de la thèse (partie du résumé) sur le thème « Nouveaux types d’ondes électromagnétiques de surface dans les milieux conducteurs »
En 1873, James Clerk Maxwell formule les équations qui portent son nom et prédit l’existence d’ondes électromagnétiques se déplaçant à la vitesse de la lumière. Les expériences classiques de Heinrich Hertz ont observé des ondes électromagnétiques dans l'espace libre. Les résultats de ces expériences ont rapidement acquis une renommée et une reconnaissance mondiale. L’histoire des études sur les ondes électromagnétiques de surface apparaissant à l’interface entre deux milieux aux propriétés diélectriques différentes n’a pas été aussi simple, ni vraiment dramatique.
Le concept d'« ondes électromagnétiques de surface » (SEW) a été introduit dans la science par Arnold Sommerfeld lorsqu'en 1899 il considéra le problème d'un courant axial dans un long fil droit et obtint des solutions aux équations de Maxwell, dont l'amplitude diminue rapidement avec la distance. de la surface du fil. Ces solutions ont été interprétées par lui comme des SEW, peut-être par analogie avec les ondes acoustiques de surface de Rayleigh. Les ondes électromagnétiques de surface ont apparemment été observées pour la première fois expérimentalement par R. Wood en 1902 lors de la diffusion d'électrons dans une fine feuille métallique. Le phénomène n’était pas compris à l’époque et resta connu sous le nom d’« anomalies de Wood » jusque dans les années 1960. À la suite d'A. Sommerfeld, les théoriciens allemands Kohn et Uller ont établi qu'une interface plate entre un diélectrique et un bon conducteur a un effet directeur sur la propagation d'une onde corporelle et que le SEW est possible sur une interface plate avec de faibles pertes.
En 1901, un événement historique s'est produit : Guglielmo Marconi a effectué une transmission radio à travers l'océan Atlantique à une fréquence de 30 kHz. Cette découverte étonnante a conduit à des spéculations sur le mécanisme de propagation des ondes radio. À cette époque, l’existence de l’ionosphère terrestre n’était pas encore soupçonnée, de sorte que la possibilité d’une communication radio longue distance due à la réflexion d’un faisceau radio depuis l’ionosphère n’était pas discutée. Au lieu de cela, il a été suggéré que ses expériences excitaient un nouveau type d’onde radio : une onde de surface (SW).
C’est peut-être pour cette raison que Jacek Zenneck, étudiant diplômé de Sommerfeld, a commencé à clarifier la question en 1907. Il a souligné le lien entre les recherches de Kohn et Uller avec la question de la propagation des ondes radio à la surface de la Terre. En développant leurs résultats, J. Zenneck a montré que dans un milieu avec non seulement de petites mais aussi de grandes pertes, les équations de Maxwell avec les conditions aux limites correspondantes admettent une solution que l'on peut appeler une onde de surface, dirigée par une interface plate entre deux médias:
Hertz P-vecteur) 6 c'est-à-dire est une combinaison de deux ondes planes dont l'une est localisée dans l'air, l'autre dans le milieu. Si le milieu a une conductivité finie, alors a et P sont complexes. La relation de dispersion pour les PV se propageant le long de l'interface entre des milieux de constantes diélectriques 8 et e0 a la forme k k,
2 &0 O où k et co sont le vecteur d'onde et la fréquence de l'onde ; co - ?
CO C c - vitesse de la lumière dans le vide. L'onde est « liée » à la surface, sa vitesse de phase est légèrement supérieure à la vitesse de la lumière dans un diélectrique et dépend des propriétés de la surface sous-jacente. Zenneck croyait que le champ d'un émetteur réel situé à une grande distance de celui-ci aurait l'apparence de l'onde qu'il avait trouvée. Cependant, de ses travaux, il résulte seulement que les solutions du type ci-dessus sont compatibles avec les équations de l'électrodynamique, la possibilité de l'existence du PV, mais le champ n'est en aucun cas lié à l'antenne, c'est-à-dire L’essentiel du problème des radiations n’a pas été révélé.
La première théorie rigoureuse de la propagation des ondes électromagnétiques émises par un dipôle situé sur une interface plane entre deux milieux homogènes (terre et air) a été donnée par A. Sommerfeld dans un ouvrage classique de 1909. Un pas en avant significatif qu'il a réalisé était qu'il ne considérait pas la terre comme un conducteur idéal et l'atmosphère comme un isolant absolu, et attribuait à chaque moitié une certaine constante diélectrique et une conductivité finies.
Sommerfeld a montré que le champ électromagnétique émis par un dipôle peut être représenté comme la somme d'une onde de surface et d'une onde de volume. Il croyait que le SW prédominait sur de grandes distances et il a ainsi établi le lien entre l'onde de surface et la source de rayonnement. En d’autres termes, il considère qu’il est prouvé qu’à de longues distances, le champ provenant d’une source ponctuelle est un PV Zenneck. Le concept du PV Tsennek, soutenu par l'autorité de Sommerfeld, a été pendant longtemps presque généralement accepté. Elle a été appliquée à l'interprétation de nombreux phénomènes anormaux observés lors de la propagation des ondes radio, par exemple ce qu'on appelle. « réfraction côtière », lorsqu'une vague traversant la mer est réfléchie par le rivage.
Cependant, à partir de 1919, dans les travaux théoriques de Weyl, Van der Pol, V.A. Fock et d’autres, cette conclusion fut contestée et jugée erronée. A. Sommerfeld lui-même, reconnaissant les inexactitudes des calculs, ne considérait pas le concept d'onde de surface comme erroné. Le différend entre théoriciens ne pouvait être résolu que par l’expérimentation. Feldman a été le premier à mener une telle expérience en 1933, qui a étudié la propagation des ondes radio près de la surface de la Terre (rayon terrestre) et n'a pas détecté de SW. Barrow a ensuite tenté en 1937 de détecter l'onde de surface de Zenneck en excitant des ondes radio à la surface du lac Senneck dans l'État de New York, mais a également échoué. Une série d'expériences à grande échelle ont été menées dans notre pays sous la direction des académiciens L.I. Mandelstam et N.D. Papaleksi. Pendant plusieurs années, de 1934 à 1941, le champ de rayonnement des antennes radio conventionnelles a été étudié, la propagation des ondes radio le long de la surface de la terre (au-dessus de la terre et de la mer), mais en aucun cas une onde électromagnétique de surface Zenneck n'a été observée. . Depuis lors, dans la radiophysique russe, l'opinion est fermement établie selon laquelle il est impossible d'exciter cette onde avec de vrais émetteurs, et que le concept même d'onde de surface Zenneck ne correspond pas à la réalité physique.
Une situation paradoxale s’est produite : l’existence d’une onde électromagnétique de surface découle des équations de Maxwell, mais elle n’est pas observée expérimentalement. Ainsi, la validité des équations électrodynamiques a été remise en question. Le désir de résoudre le paradoxe a contraint l'auteur à se donner pour tâche de mener des recherches indépendantes en laboratoire. Le résultat obtenu confirme l'exactitude de Sommerfeld et Zenneck et élimine la contradiction.
À la suite des événements décrits, l'intérêt pour les ondes électromagnétiques de surface a considérablement diminué et, dans les années 40 et 50, elles n'ont pratiquement pas été étudiées. Un regain d'intérêt pour le SEW s'est produit dans les années 60 en relation avec l'étude de l'interaction du rayonnement avec la matière, principalement avec les solides et le plasma. Stern et Ferrell ont apparemment été les premiers à montrer que les pics observés dans la région des basses énergies lors de la diffusion inélastique d'électrons rapides dans une feuille métallique (anomalie de Wood) peuvent s'expliquer par l'excitation de plasmons de surface à l'interface entre le métal et le métal. film d'oxyde le recouvrant. Les expériences de Powell ont confirmé les prédictions de la théorie. Le plasmon de surface est décrit par la partie supérieure de la courbe de dispersion SEW, située près de la fréquence du plasma. (courbe 4 sur la Fig. 2)
Ces dernières années, les ondes électromagnétiques de surface ont été étudiées théoriquement et observées expérimentalement dans divers laboratoires du monde entier. Parallèlement, deux conclusions importantes ont été tirées. Tout d’abord, une définition claire d’une onde de surface a été donnée : c’est une onde qui décroît de façon exponentielle à mesure qu’elle s’éloigne de la surface le long de laquelle elle se propage. La distribution du champ d’ondes est la meilleure preuve de sa nature superficielle. Deuxièmement, il est montré qu'une onde de surface peut être considérée comme un type de vibration caractéristique pour une surface donnée. L'excitation du PV est un problème indépendant et ne doit pas être confondu avec les conditions d'existence de l'onde. Étant donné que la vitesse de phase du SEW est quelque peu différente de la vitesse de la lumière dans l'air, il ne peut être excité à l'aide d'une onde corporelle que si la condition de synchronisme est remplie : égalité approximative des vitesses de phase, ou plus précisément, égalité des composantes de vecteurs d'ondes dans le sens de propagation. Il s'ensuit que tous les émetteurs ne peuvent pas exciter une onde de surface. Selon les concepts théoriques modernes, deux cas sont possibles (Fig. 1 de l'ouvrage)
Régions d'existence des SEV Fano et Zenneck
Tsennek 8 po
1) quantité e-complexe,0. Ensuite, sur l'interface, il y a ce qu'on appelle Ondes Fano avec vitesse de phase V< с (прямая 5 на рис2), наблюдающиеся в газоразрядной плазме (поверхностные плазмоны), в полупроводниках и металлах. В настоящее время они активно исследуются и применяются в спектроскопии поверхности .
2) quantité complexe z, с" > -8о, с" > 0, . Une onde de surface Zenneck avec une vitesse de phase V > с apparaît à l'interface plate (ligne droite 6 sur la Fig. 2). Cette vague n'avait pas été observée avant nos travaux. L'interface (courbe 1 sur la figure 1) entre les régions d'existence de Fano et Zenneck est déterminée par l'équation s
0 e0 où 8=8" + 18"
En passant d'une interface plate à une interface courbe avec un petit rayon de courbure, inférieur à la longueur d'onde, l'onde Zenneck se transforme en onde Sommerfeld. Cette dernière est décrite par une autre équation de dispersion plus complexe, incluant les fonctions cylindriques de Bessel et Hankel. Un groupe de chercheurs a réussi à exciter une onde SEW de Zenneck-Sommerfeld dans le domaine des micro-ondes dans des conditions de laboratoire, à prouver son caractère superficiel et à mesurer ses principales caractéristiques.
Une nouvelle étape dans l'étude du SEW dans les plasmas gazeux et solides est associée à la prise en compte de l'influence d'un champ magnétique externe sur le milieu conducteur. Dans un champ magnétique, le milieu conducteur devient gyrotrope, une nouvelle caractéristique apparaît : la fréquence de rotation cyclotronique des porteurs, ce qui entraîne une modification des propriétés des SEM connus (Fig. 2). Le plasmon de surface (courbe 4 sur la figure 2), par exemple, est transformé en magnétoplasmon avec une vitesse de phase légèrement inférieure (plusieurs %). On pensait cependant que l’influence du champ magnétique n’était pas très significative.
L'auteur a établi expérimentalement (avec V.I. Baibakov) que dans un champ magnétique constant, les propriétés électrodynamiques de la surface d'un milieu conducteur changent radicalement. Cela conduit à l'émergence d'une classe fondamentalement nouvelle d'ondes électromagnétiques de surface (courbe 1 sur la Fig. 2). Ils n’existent qu’à la surface du plasma magnétisé, ont des propriétés uniques et se propagent avec des vitesses de phase bien inférieures à la vitesse de la lumière dans le vide, c’est pourquoi nous les avons appelés ondes magnétoplasmiques de surface lentes (SMW). Parfois dans la littérature, on les appelle hélicons de surface ou ondes de Baibakov-Datsko.
Spectre des excitations électromagnétiques de surface 1-PMV lent ; 2 lumières en diélectrique ; 3-ondes de Langmuir-plasmons volumétriques ; Plasmons à 4 surfaces dans le plasma (polarites dans les diélectriques, magnons dans les aimants) ; vague de 5 fanos ; 6-Vague Zenneck;
La thèse se compose de deux parties. La première partie est consacrée aux ondes magnétoplasmiques lentes de surface dans les semi-conducteurs, la deuxième partie est consacrée aux ondes électromagnétiques de surface dans l'eau salée. Nous avons découvert des PMV lents dans les solides en 1971. Au cours de leur
Après dix années d'études, une technique a été développée pour l'excitation, la séparation du champ mixte, l'identification et la mesure des principales caractéristiques des ondes électromagnétiques de surface dans des conditions de laboratoire. Cela a permis dans les années suivantes de prouver expérimentalement l'existence d'une onde électromagnétique de surface Sommerfeld-Zenneck.
PMV lent en 1p8b
La théorie des PMV lents dans les plasmas semi-conducteurs a été construite après leur découverte expérimentale. L'existence et les propriétés des ondes magnétoplasmiques de surface lentes découlent des solutions des équations de Maxwell écrites pour un milieu conducteur limité avec des conditions aux limites appropriées et sont décrites par une équation de dispersion du quatrième ordre. La théorie du phénomène a été construite par un groupe de théoriciens de Kharkov sous la direction de V.M. Yakovenko. Ses principales dispositions sont les suivantes.
Dans un champ magnétique constant, les propriétés électromagnétiques d'un semi-conducteur sont anisotropes. Si le vecteur champ magnétique H est dirigé selon l'axe Ob, alors la constante diélectrique du milieu est décrite par le tenseur gyrotrope 0
XX xy 0 xy aa
0 0 où les composantes hors diagonale correspondent au courant Hall haute fréquence.
Dans un semi-conducteur dans un champ magnétique constant, il existe deux ondes électromagnétiques volumétriques (anti-hélicon ordinaire et hélicon extraordinaire, caractérisées par la direction opposée de polarisation circulaire) avec des caractéristiques de propagation différentes. A des fréquences bien inférieures à la fréquence de collision des porteurs V, ainsi que du plasma Jp et du cyclotron coc (avec « Shp, coc, V) sous la condition V « coc, les ondes extraordinaires ont une légère atténuation, et le semi-conducteur s'avère être un milieu transparent pour eux avec un indice de réfraction effectif élevé. Cependant, aucune de ces ondes ne peut être superficielle, car elles ne satisfont pas aux conditions aux limites à la surface du semi-conducteur, qui consistent en la continuité des composantes du vecteur intensité du champ magnétique de l’onde à l’interface. Ces conditions sont satisfaites pour la superposition d'ondes ordinaires et extraordinaires qui constituent les ondes magnétoplasmiques de surface à l'interface
11 de deux types : rapides (y ~ c), qui en l'absence de champ magnétique externe se transforment en ondes électromagnétiques de surface connues (plasmons de surface) et lentes (y ~ c) PMV, qui n'existent pas sans champ magnétique.
Laissez le semi-conducteur occuper le demi-espace<0 и граничит с вакуумом. Тогда, при условиях у « С0С; С22| » |8ху| » |£хх|:
8 XX £ 22 xy la dispersion et la région d'existence des ondes lentes sont déterminées par les relations
2 2 S SOZ en [£уу (1 + БШ 2 в) + 218ух БШ en
Après simplification (2) prend la forme с = к2Нпс 2 ме
Ya0.ush@< О где 3 = а затухание:
A co (ku ~ k*)exhu co y L, 2 ay
5) l'angle entre le champ magnétique H 0 et le vecteur d'onde bidimensionnel k dans le plan de séparation du milieu, X2 ~ composante du vecteur d'onde dans le milieu, co-fréquence, vitesse c de la lumière dans le vide, Concentration n des principaux porteurs de charge dans le semi-conducteur, charge d'électron électronique.
La relation (2a) montre que les PMV lents ont une loi de dispersion quadratique, la relation (3) montre que la propagation des ondes le long du champ magnétique est impossible, c'est-à-dire les vagues sont obliques et n'existent que dans deux secteurs étroits. La relation (4) signifie que les ondes sont non réciproques (unidirectionnelles) par rapport à la direction
12 champs magnétiques constants. Des ondes magnétoplasmiques de surface lentes peuvent exister dans les milieux suivants :
1) dans un semi-conducteur monocomposant avec une concentration de porteurs relativement faible, lorsque le courant de polarisation est supérieur au courant de conduction ;
2) dans un plasma à l'état solide monocomposant dense (le courant de polarisation est faible) avec une masse anisotrope de porteurs ; une chose similaire est observée, par exemple, dans les semi-conducteurs multi-vallées ;
3) dans un plasma dense monocomposant avec des électrons magnétisés et des trous non magnétisés.
Un diagramme de la région d'existence des PMV lents dans un semi-conducteur spécifique, l'antimonide d'indium, est présenté sur la figure 3. X
Figure 3. Région théorique d'existence des ondes lentes de surface dans l'antimonide d'indium (vue de dessus de la surface du semi-conducteur). e1 = 45°-60°, e2 = 135°-150°. La flèche bouclée indique la direction du champ magnétique
Nous avons découvert expérimentalement des PMV lents et les avons étudiés dans l'antimonide d'indium, un semi-conducteur à forte mobilité des porteurs (jusqu'à l
77000 cm /V.sec à T=ZOOK), principalement à température ambiante, dans la gamme de fréquences 10 MHz - 2 GHz et dans des champs magnétiques jusqu'à 30 kOe. La méthode expérimentale développée par l'auteur a permis d'exciter et de recevoir des ondes lentes et d'étudier leurs propriétés dans différents modes de propagation :
Onde stationnaire (résonateur plat Fabry-Pérot) ;
Guide d'ondes ;
Une onde plane se déplaçant sur une surface libre.
C’est dans cette séquence que l’expérience s’est déroulée au fil du temps. Chacun de ces modes a permis de déterminer les caractéristiques de l'onde qui ne pouvaient être obtenues par d'autres méthodes, reproduisant
13 croyaient et complétaient les autres. Les preuves expérimentales de l’existence d’une nouvelle classe d’ondes électromagnétiques de surface se résument aux faits établis suivants.
Région d'existence.
La figure 8 montre un diagramme d'une des expériences dans laquelle des ondes se déplaçant le long d'une surface libre ont été observées. La dépendance de la puissance du signal RF passant le long de la surface du semi-conducteur sur l'orientation du champ magnétique est représentée sur la figure 20. On peut voir qu'à la surface d'un semi-conducteur magnétisé, il existe deux directions sélectionnées dans lesquelles la plus grande transmission du signal est observée. Ces directions coïncident avec les secteurs du domaine théorique d'existence des PMV lents.
Lenteur de la vague.
Le type d'onde se propageant le long de la surface dans une direction sélectionnée donnée, sous un certain angle par rapport au champ magnétique, a été enregistré (Fig. 18). La comparaison de sa longueur X avec la longueur d'une onde électromagnétique de même fréquence dans le vide X0 montre que 103 I soit X « X0 et la vague est lente.
Dispersion
En mesurant la dépendance de la longueur d'onde sur la fréquence et l'intensité du champ magnétique, il a été établi que sa dispersion est quadratique et coïncide avec celle théorique, déterminée par la relation (2) ; la courbe de dispersion est représentée sur la figure 43. La dispersion dépend de l'amplitude du champ magnétique, c'est-à-dire l'onde est du magnétoplasme.
Non-réciprocité
De nombreuses expériences ont établi que les ondes lentes ont une propagation unidirectionnelle, ce qui est confirmé notamment par les figures 17, 20. Une propagation unidirectionnelle a également été observée dans le mode de propagation de leur guide d'onde (Fig. 31). Les modes guide d'ondes se forment lorsque la surface du semi-conducteur est limitée par des bords parallèles normaux au champ magnétique. Dans ce cas, l’onde se propage à travers le champ.
Connexion superficielle
Les directions de propagation des ondes sont déterminées de manière unique non seulement par l’orientation du champ magnétique externe, mais également par l’orientation de la normale à la surface du semi-conducteur. Cet effet de « fixation à la surface » se manifeste clairement lorsqu'une onde est excitée sur les plans d'une plaque d'antimoniure d'indium aimantée parallèlement à son plan. Le diagramme enregistré expérimentalement des directions de propagation des ondes sur les plans de la plaque est illustré à la Fig. 28. Les ondes excitées sur les plans supérieur et inférieur conformément à l'orientation des normales à ces plans se dirigent dans des directions opposées les unes vers les autres.
Structure transversale du champ d'ondes
La distribution du champ est représentée sur la figure 44. On peut voir que le champ de l'onde de surface diminue des deux côtés de la surface du semi-conducteur, mais son maximum ne se situe pas à la surface, mais se déplace profondément dans le milieu. Une telle distribution d'amplitude est inhabituelle pour les ondes de surface et n'est pas observée pour d'autres ondes de ce type (ondes électromagnétiques de surface rapides, ondes gravitationnelles-capillaires à la surface d'un liquide, ondes acoustiques de surface). Le déplacement du champ d'ondes maximum sous la surface du semi-conducteur est provoqué par les particularités de la propagation des ondes électromagnétiques dans un milieu gyrotrope et s'explique par l'interférence de deux ondes partielles qui existent dans la masse du semi-conducteur (ordinaire et extraordinaire ) et ont des taux de désintégration de champ différents en profondeur dans le semi-conducteur et sont en antiphase à sa surface.
Atténuation
Pour l'antimonide d'indium intrinsèque à température ambiante et dans un champ magnétique de 18 kOe, l'atténuation est de 2,7 dB ou 1,35 fois l'amplitude par longueur d'onde. Dans les mêmes conditions, la longueur d'onde dans la direction du champ magnétique est d'environ 7 mm (dans la direction de propagation X-5 mm), donc l'atténuation par unité de longueur est d'environ 0,4 dB/mm soit le double de l'amplitude à une distance de 10 mm. Pour un PMV lent, l'atténuation par longueur d'onde est constante et ne dépend pas de la fréquence.
Polarisation
La transmission maximale du signal le long de la surface de l'échantillon (Fig. 46) est observée lorsqu'un radiateur est installé qui excite l'onde TE (la composante H du champ est normale à la surface), ce qui correspond à la théorie PMV. À proprement parler, l’onde est polarisée elliptiquement.
L'importance scientifique et pratique des résultats obtenus réside dans le fait que le spectre des oscillations électromagnétiques de surface connues de la gamme de fréquences optiques (plasmons, polaritons, magnons) est complété par deux nouvelles branches : une onde magnétoplasmique de surface lente et une onde rapide de Sommerfeld- L'onde Zenneck, découverte dans la gamme HF et Micro-ondes, qui ouvre une nouvelle direction de recherche HF en électrodynamique de surface.
Basés sur des PMV lents, de nouvelles méthodes d'étude de la surface des milieux conducteurs (métaux, semi-conducteurs, plasma), des méthodes de détermination des paramètres des semi-conducteurs, des diagnostics de plasma à l'état solide, ainsi que de nouveaux types de capteurs de champ magnétique, de dispositifs d'ingénierie radio à diverses fins, des dispositifs micro-ondes actifs à semi-conducteurs et des TOP à magnétoplasma peuvent être créés, éléments contrôlés des systèmes de traitement de l'information optique planaire.
L’importance de la recherche s’étend au-delà de la physique du solide. Des conditions favorables à la propagation des ondes magnétoplasmiques lentes existent dans l'ionosphère terrestre. S'ils sont découverts expérimentalement, il est possible d'utiliser les PMV pour la recherche et l'influence active sur l'ionosphère terrestre, ainsi que pour créer des canaux de communication radio supplémentaires.
Une priorité
Tout nouveau phénomène physique doit être discuté et reconnu par la communauté scientifique, il convient donc de fournir des informations sur sa priorité et sa reconnaissance en Russie et à l'étranger.
La possibilité de l'existence de PMV lents a été théoriquement étayée dans l'article de S.I. Khankina et V.M. Yakovenko « Sur l'excitation des ondes électromagnétiques de surface dans les semi-conducteurs », reçu le 19 juillet par les éditeurs de la revue « Solid State Physics ». 1966. . La détection expérimentale des ondes lentes par V.I. Baibakov et V.N. Datsko a été rapportée dans l'article prioritaire « Ondes de surface dans ln8b », reçu par les éditeurs de la revue « JETP Letters » le 17 janvier 1972.
Après la publication de nos principaux travaux, des articles sont apparus qui abordaient la priorité et l'importance du nouveau phénomène. Par exemple, l'article de Fly et Queen notait que « Baibakov et Datsko ont présenté des résultats expérimentaux indiquant qu'une nouvelle onde de surface basse fréquence existe dans le plasma électrons-trous à température ambiante de HnSb » ; A.B. Davydov et V.A. Zakharov soulignent la priorité de S.I. Khankina et V.M. Yakovenko dans la recherche théorique, V.I. Baibakova et V.N. Dans l'article de E.A. Kaner et V.M. Yakovenko dans la revue "Advances in Physical Sciences", il est noté que l'onde hélicon de surface, prédite
16 impliqué dans les travaux a été récemment découvert expérimentalement par Baibakov et Datsko dans l'antimonide d'indium.
La question de la fiabilité du phénomène découvert a été largement débattue dans la littérature scientifique ; dans la discussion, l'authenticité a été prouvée. La confirmation expérimentale indépendante était l'œuvre de G. Ruybis et R. Tolutis.
Ondes électromagnétiques de surface sur l'eau salée
Toute source réelle de champ électromagnétique située à l’interface entre deux milieux excite à la fois les ondes de surface et les ondes de volume qui les séparent s’avère être une tâche expérimentale difficile. Dans nos expériences, des SEW ont été observés dans des conditions de laboratoire à la surface d'eau de salinité variable (principalement 35 % o) dans la gamme de fréquences 0,7-6,0 GHz. Des méthodes développées précédemment pour exciter et étudier les ondes de surface stationnaires et progressives ont été utilisées.
En mode onde stationnaire, l'onde Sommerfeld-Zenneck (une modification cylindrique d'un PV Zenneck plat) a été observée pour la première fois sur une colonne d'eau salée placée entre deux tôles représentant un résonateur Fabry-Pérot plat. La dispersion et la répartition transversale du champ ont été mesurées, indiquant clairement sa nature superficielle. Une onde électromagnétique de surface a également été étudiée sur une surface plane d'eau dans un résonateur composé de deux plaques plates parallèles immergées dans l'eau dans les conditions de sa résonance dimensionnelle. Dans le même temps, le PV a été séparé des champs volumétriques et sa structure d'amplitude a été mesurée.
En mode ondes progressives, à l'aide d'un émetteur spécialement conçu, il a été possible d'arracher le rayonnement volumétrique de la surface et de le diriger vers le haut selon un grand angle par rapport à l'horizon, libérant ainsi le PV du mélange du champ volumétrique. Dans le rayonnement d'une telle source située au-dessus de la surface de l'eau, on détecte la présence d'une onde se propageant le long de la surface dont l'amplitude diminue avec la distance p à l'émetteur, ce qui correspond à la divergence du PV excité par une source à symétrie axiale. Les mesures de la structure verticale du champ dans cette vague ont montré que le champ diminue de façon exponentielle avec la distance à la surface, et les dépendances mesurées de la hauteur de localisation sur la fréquence et la salinité de l'eau se sont révélées être en bon accord avec les calculs théoriques.
Une analyse des résultats de la seule expérience connue à notre connaissance (Hansen, USA, 1974) sur la propagation d'un champ électromagnétique dans la gamme décamétrique (5-30 MHz), excité par des antennes spéciales, sur la surface de l'océan le long d'une longueur de trajet de 237 km a été réalisé. Contrairement à Hansen, qui a découvert une anomalie inexplicable dans la propagation du champ électromagnétique, nous avons conclu que dans son expérience, un mélange d'ondes de volume et de surface était excité et que le chemin lui-même sélectionnait des ondes moins amorties. Nous avons montré qu'à des fréquences inférieures à une certaine fréquence critique dépendant de la salinité (15 MHz dans le cas de Hansen), le PV de Zenneck est bien moins atténué que le faisceau terrestre. Par conséquent, à une fréquence supérieure à 15 MHz, la propagation du champ électromagnétique s'est produite sous la forme d'un faisceau de sol, et à une fréquence inférieure à 15 MHz, sous la forme d'un Zenneck PV, ce qui explique l'anomalie. Les données d'atténuation relative SW obtenues à partir des travaux de Hansen sont en bon accord avec les résultats de nos propres mesures en laboratoire.
Observer et identifier l'onde Zenneck en laboratoire est la première étape pour étudier ce phénomène. La prochaine étape consiste à l’étudier dans des conditions naturelles. Nous avons envisagé différents aspects de la propagation du SW à la surface de l'océan (courbure de la Terre, influence des ondes) du point de vue de la possibilité de créer de nouveaux canaux de communication radio longue portée et un radar à ondes de surface Zenneck.
Le matériel de thèse est présenté dans l’ordre suivant.
Partie I. PMV lents dans les semi-conducteurs
Le chapitre I examine le spectre des ondes électromagnétiques normales à la surface d'un semi-conducteur magnétisé et décrit la théorie d'une onde magnétoplasmique de surface lente.
Le chapitre II décrit la technique expérimentale, le montage expérimental et les paramètres des échantillons.
Au chapitre III, les ondes se propageant le long d'une surface libre ont été étudiées, la région de leur existence a été trouvée, la forme de l'onde, la non-réciprocité de propagation et la dépendance de la longueur sur l'angle entre la direction de sa propagation et l'orientation de le champ magnétique a été établi, l'onde de surface et l'hélicon souterrain ont été séparés.
Le chapitre IV est consacré aux ondes de surface dans des structures limitées (mode de propagation du guide d'onde). La région d'existence d'une onde dans un champ magnétique a été établie, l'atténuation et l'influence de la température sur les caractéristiques de propagation ont été mesurées et la non-réciprocité prononcée et l'unidirectionnalité de la propagation des ondes par rapport à un champ magnétique ont été démontrées.
Le chapitre V présente les résultats d'une étude en mode onde stationnaire dans un résonateur de surface Fabry-Pérot. Le modèle de mouvement des vagues est pris en compte, sa structure, sa dispersion et sa vitesse sont déterminées. L'effet d'une concentration inhabituelle du champ d'onde de volume, la formation de faisceaux d'hélicon dans le volume d'un semi-conducteur, découvert lors de l'étude des PMF lents, est décrit.
Au chapitre VI, 12 dispositifs d'ingénierie radio sont proposés qui pourraient être créés sur la base d'ondes magnétoplasmiques de surface lentes.
Partie II Ondes électromagnétiques de surface sur l'eau salée
Le chapitre I propose une analyse des travaux sur les ondes électromagnétiques de surface sans champ magnétique : les points fondamentaux de la théorie de A. Sommerfeld sont donnés ; le concept théorique de L.I. Mandelyptamma est révisé de manière critique ; une vision moderne des ondes électromagnétiques de surface est présentée ; Les propriétés de base de la vague Zenneck sont décrites.
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Conclusion de la thèse sur le thème « Radiophysique », Datsko, Vladimir Nikolaevich
PRINCIPAUX RÉSULTATS
1 Il a été prouvé que des ondes électromagnétiques de surface lentes existent dans un champ magnétique à l'interface entre un milieu de type plasma et un diélectrique.
2 Le spectre des oscillations électromagnétiques de surface est complété par une branche basse fréquence : des ondes lentes magnétoplasmiques ont été découvertes et étudiées dans l'antimoniure d'indium à 200-400 K, dans les gammes HF et micro-ondes et dans des champs magnétiques jusqu'à 30 kOe. Le domaine de l'existence est établi ; dispersion; vitesse de phase et atténuation, structure de champ transversal ; polarisation.
3 Il a été établi que dans un semi-conducteur magnétisé, l'hélicon massif proche de la surface se transforme en une onde pseudo-surface.
4 Une méthode expérimentale a été développée pour étudier le magnétoplasme lent en surface et les ondes électromagnétiques rapides à la surface des milieux conducteurs.
5 Le phénomène de « perforation électromagnétique » a été découvert : dans une plaque d'antimoniure d'indium placée dans un champ magnétique normal à son plan, le champ électromagnétique micro-onde, à excitation inhomogène, se propage dans tout le volume sous la forme d'une onde avec un champ anormalement concentré , différent de l'hélicon connu.
7 12 dispositifs basés sur des ondes magnétoplasmiques lentes de surface ont été proposés et deux certificats de paternité ont été obtenus.
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