Анотація до роботи:

Балахонова Н. О. Аномальні явища, обумовлені збудженням поверхневих поляритонів оптичного діапазону на дифракційних ґратках. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 – оптика, лазерна фізика. – Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, 2007.

У дисертації наведені результати теоретичних досліджень резонансних явищ для довільно-поляризованої монохроматичної пласкої хвилі, що падає під довільним кутом на одновимірну металеву ґратку. Ґратка складається з довільної кількості Фур'є-гармонік і створена або гофруванням поверхні, або періодичною зміною комплексного показника заломлення. Досліджені випадки, коли збуджується один, або одночасно два поверхневих поляритони і випадок множинного резонансу. Залежність амплітуд дифрагованих хвиль від параметрів задачі (кута падіння, довжини хвилі, параметрів ґратки) отримана для довільної довжини світлової хвилі та таких матеріалів ґратки, для яких поверхневий імпеданс має модуль уявної частини значно більший за його дійсну частину. Отримані умови виникнення різних резонансних ефектів, таких як трансформація поляризації, повне згасання дзеркального відбиття (ПЗДВ), повне згасання однієї з хвиль, або навіть усіх однорідних дифрагованих хвиль та ін. Передбачений особливий випадок ПЗДВ довільно поляризованої хвилі. Виявлені три класи ґраток, для яких ПЗДВ здійснюється в одній, в двох точках і вздовж частки певної лінії у площини "кут падіння – довжина хвилі".

У дисертації вирішена задача стосовно теоретичного опису резонансних ефектів, які виникають завдяки збудженню поверхневих поляритонів видимого та інфрачервоного діапазонів на ґратках, створених гофрируванням поверхні або періодичною зміною комплексного показника заломлення. Досліджені спектрально-кутові залежності інтенсивності дифрагованих на ґратках хвиль та їх поляризація, визначені умови виникнення різноманітних резонансних ефектів. Основні наукові та практичні результати дисертації такі:

1. При достатньо малому поглинанні в околі резонансів проведене додаткове спрощення розв’язку задач дифракції та введені автомодельні змінні, завдяки чому залежності коефіцієнтів перетворення на дифраговані хвилі стають універсальними – не залежать від довжини хвилі світла та речовини, з якої виготовлена ґратка.

2. Досліджена структура довільного відокремленого резонансу, встановлена залежність ширини, положення центра резонансу від оптичних сталих середовища та параметрів ґратки.

3. Для довільних подвійних резонансів визначено три класи ґраток, для яких реалізується повне згасання дзеркального відбиття. Вказаний ефект здійснюється для перших двох класів ґраток в одній, або в двох точках площини (кут падіння –довжина хвилі), а для третього класу – на частці лінії. Встановлено, що окрім повного згасання дзеркального відбиття можливо за рахунок додаткового підбору параметрів негармонічної ґратки досягти також повного згасання однієї, або навіть усіх однорідних дифрагованих хвиль, або перетворення падаючої хвилі в одну однорідну недзеркальну хвилю. Встановлені множини значень критичних параметрів дифракційної ґратки, що забезпечують виникнення вказаних ефектів. Досліджена поведінка коефіцієнтів перетворення на дзеркально відбиту хвилю і на поверхневий поляритон при різній силі зв’язку між резонансами.

4. Досліджено ефект трансформації поляризації (-поляризованої падаючої хвилі в -поляризовану дзеркально відбиту та навпаки), його залежність від орієнтації та форми ґратки. Доведено, що при відокремленому резонансі відповідним підбором параметрів ґратки можна досягти перетворення довільно поляризованої падаючої хвилі на лінійно поляризовану дзеркально відбиту з заданою площиною поляризації. При цьому напрямок лінійної поляризації можна змінювати в широкому інтервалі кутів.

5. Доведено, що при дифракції на ґратці імпедансу у випадку, коли штрихи ґратки орієнтовані паралельно до площини падіння, може виникати повне згасання дзеркального відбиття довільно поляризованої хвилі. Ця можливість реалізується, коли синус кута падіння становить приблизно , а період ґратки перевищує довжину хвилі приблизно в разів.

6. На основі проведеного аналізу розв'язку резонансних дифракційних задач розглянутий приклад використання резонансних ефектів у задачах мультиплексування та демультиплексування оптичних сигналів у сучасних лініях оптичного зв'язку при малій ширині каналів і відстані між ними.

7. Досліджена багаторезонансна дифракція на імпедансних ґратках в умовах ковзного падіння, яка реалізується, коли період ґратки суттєво перевищує довжину хвилі. Отримані та проаналізовані коефіцієнти перетворення на дифраговані хвилі. За відношенням довжини хвилі до періоду ґратки визначені три області, в яких дифракція носить якісно різний характер. Встановлені умови виникнення повного згасання дзеркального відбиття, яке в першій з областей супроводжується практично повним поглинанням падаючого випромінювання.

Перелік опублікованих праць за темою дисертації.

1. Балахонова Н.А., Кац А.А., Кац А.В., Спевак И.С. Преобразование поляризации при резонансной дифракции // Радиотехника. – 1999. – Вып. 110. - С. 158-163.

2. Балахонова Н.А., Кац А.В. Уединенный резонанс при дифракции на импедансных решетках // Радиофизика и электроника. – 2001. – Т. 6, № 11. - С. 35-45.

3. Балахонова Н.А., Кац А.В. Дифракция на решетках рельефа в условиях двойного резонанса // Вісник Харківського університету. Радіофізика та електроніка. – 2002. – № 570. – С. 238-241.

4. Балахонова Н.А., Кац А.В. Использование резонансных эффектов, обусловленных возбуждением поверхностных поляритонов, для оптического мультиплексирования/демультиплексирования // Вісник Харківського університету. – 2005. – № 651, серія "Фізика", вип. 8. – C. 47-53.

5. Kats A. V., Balakhonova N. A. Peculiarities and universalities of the double resonance diffraction on gratings for incline incidence // Proc. SPIE – 2003. – V. 5184. – P. 178-189.

6. Kats A. V., Balakhonova N. A. Resonance diffraction of electromagnetic waves on impedance gratings under grazing incidence // Proc. SPIE. – 2003. – V. 5189. – P. 190-201.

7. Balakhonova N.A., Kats A.V., Spevak I.S. The analytical approach to the computing of resonance effects for the diffraction at well reflecting gratings // Proc. 3d International Conf. On Antenna Theory and Techniques (Ukraine). – 1999. - P. 206-208.

8. Balakhonova N.A. Suppression of specular reflection caused by resonance diffraction at impedance gratings of arbitrary form // Proc. of the 2nd International Workshop on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling (Ukraine). – 2000. – P.127- 129.

9. Kats A.V., Spevak I.S., Balakhonova N.A. Resonance effects for the diffraction by high reflecting gratings in the double resonances cases // Proc. of the 2000 International Conf. On Mathematical Methods In Electromagnetic Theory (Ukraine). – 2000. – V. 2. – P. 572-574.

10. Balakhonova N.A., Spevak I.S., Bron R. Surface polaritons minigaps formation for different grating profiles // Proc. of the 3d International Workshop on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling (Ukraine). - 2001. – P. 168-173.

11. Balakhonova N.A., Kats A.V., Bron R. Analytical theory of Wood anomalies under grazing light incidence // Proc. of the 3d International Workshop on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling (Ukraine). - 2001. – P.194-197.

12. Balakhonova N.A., Spevak I.S., Sheshnev V. Specular diffracted wave polarization control by means of resonance diffraction // Proc. of the 3d International Workshop on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling (Ukraine). – 2001. – P.183-186.

13. Балахонова Н.А., Кац А.В., Спевак И.С. Об особенностях резонансной дифракции света на гофрированных металлических поверхностях // Материалы 2-й международной конференции "Теория конденсированного состояния" (Украина). – 2007. – С. 39.