Определение величины угла Брюстера отраженной волны от пластины из материала с потерями

В свободном пространстве диэлектрическую проницаемость материалов обычно определяют по величине угла Брюстера, используя для этого угловые зависимости амплитуды и фазы отраженной волны от пластины материала. В качестве расчетной модели применяют формулу, соответствующую материалам без диэлектрических и магнитных потерь. При экспериментальных исследованиях параметров отраженной волны от диэлектрических материалов наблюдаются расхождения с теоретическими расчетами, известные как отклонения от законов Френеля. В работе представлены результаты определения угла Брюстера отраженной волны от пластины из материала с диэлектрическими потерями. С помощью численного решения задачи падения под произвольным углом плоской линейно-поляризованной волны с вектором электрического поля, лежащим в плоскости падения, на пластину диэлектрического материала с комплексными значениями диэлектрической и магнитной проницаемостей рассчитывали угловые зависимости амплитуды и фазы отраженной волны. По ним определяли углы, соответствующие минимальному коэффициенту отражения в зависимости от диэлектрических потерь материала пластины. Отмечены различия между численными расчетами и данными, полученными с использованием формулы угла Брюстера, которые возрастали с увеличением диэлектрических потерь материала. Из условия равенства нулю модуля амплитуды отраженной волны аналитически получена обновленная формула для расчета угла Брюстера для материала с потерями. Результаты расчетов по данной формуле совпали с расчетами для отраженной волны при решении классической задачи наклонного падения плоской волны на пластину диэлектрического материала в рамках геометрической оптики. Полученные результаты могут быть использованы при определении угла Брюстера для отраженной волны от пластины с магнитными и диэлектрическими потерями.

1. Брандт А. А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. — М.: Физматгиз, 1963. — 404 с.

2. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. — М.: Машиностроение, 1986. — 488 с.

3. Семененко А. И., Семененко И. А. О новых возможностях метода эллипсометрии, обусловленных «нулевой» оптической схемой. Эллипсометрия реальных поверхностных структур / Научное приборостроение. 2005. Т. 15. № 3. С. 63 – 76.

4. Игнатов А. И., Мерзликин А. М., Виноградов А. П. Локализация света при падении под углом на случайную слоистую систему магнитодиэлектриков / Наносистемы: физика, химия, математика. 2011. № 2(1). С. 40 – 46.

5. Mogilevtsev D., Pinheiro F., dos Santos R., Cavalcanti S., Oliveira L. Suppression of Anderson localization of light and Brewster anomalies in disordered superlattices containing a dispersive metamaterial / PRB. 2010. Vol. 82(8).

6. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. — М.: Наука, 1973. — 720 с.

7. Кизель В. А. Отражение света. — М.: Наука, 1973. — 352 с.

8. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Оптика. — М.: Наука, 1980. — 792 с.

9. Paniagua-Dominguez R., Ye Feng Yu, Miroshnichenko A., et al. Generalized Brewster effect in dielectric metasurfaces / Nat. Comm. 2016. P. 1 – 9. DOI: 10.1038/ncomms10362

10. Мандельштам Л. И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике. — М.: Наука, 1972.

11. Крылов В. П. Моделирование отклонений в законах Френеля для отраженной волны / Радиотехника. 2020. Т. 84. № 12(23). С. 41 – 47. DOI: 10.18127/j00338486-202011(21)-05

12. Аззам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет. — М.: Мир, 1981. — 323 с.

13. Нестеренко Д. В., Колесникова М. Д., Любарская А. В. Оптическое дифференцирование на основе эффекта Брюстера / Компьютерная оптика. 2018. Т. 42. № 5. С. 758 – 763. DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-5-758-763

14. Крылов В. П. Моделирование электромагнитных свойств многокомпонентного материала / Завод. лаб. Диагност. мат. 2018. Т. 84. № 7. С. 38 – 41. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-7-38-41

15. Youssefi A., Zungench-Nejad F., Abdollahramezani S., Khavasi A. Analog computing by Brewster effect / Opt. Let. 2016. Vol. 4(15). P. 3467 – 3470. DOI: 10.1364/JOSA.67.000423