Розсіяння і поглинання електромагнітного випромінювання циліндричними об’єктами

Микола Григорович Кокодій; Денис Олегович Протектор; Дар'я Володимирівна Гуріна; Вячеслав Олександрович Маслов; Ірина Василівна Гарячевська; Іван Опанасович Приз

doi:10.20535/S0021347023080010

Автор(и)

Микола Григорович Кокодій Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0003-1325-4563
Денис Олегович Протектор Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0003-3323-7058
Дар'я Володимирівна Гуріна Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0001-7357-1275
Вячеслав Олександрович Маслов Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0001-7743-7006
Ірина Василівна Гарячевська Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-4630-9519
Іван Опанасович Приз Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Харків, Україна

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347023080010

Ключові слова:

дифракція, тонкий провідник, поглинання, розсіяння

Анотація

Досліджено резонансні ефекти, які виникають при падінні електромагнітної хвилі на циліндр. Характер ефектів залежить від співвідношення між діаметром циліндра і довжиною хвилі випромінювання та від матеріалу циліндра. В товстих циліндрах (D >> l) без поглинання виникають резонанси поверхневої хвилі в вигляді регулярно слідуючих один за другим піків на кривій залежності розсіяння від діаметра. Період слідування визначається показником заломлення. В дуже тонких металевих провідниках (D << l) спостерігається ефект аномально сильного поглинання електромагнітного випромінювання. Фактор ефективності поглинання металевого провідника діаметром кілька мікрометрів у сантиметровому діапазоні довжин хвиль досягає кількох сотень. Розрахунки розподілу електромагнітного поля всередині та поза провідником показали значне збільшення інтенсивності електромагнітного поля всередині циліндра при деяких співвідношеннях між діаметром провідника і довжиною хвилі випромінювання. Траєкторії потоку вектора Умова–Пойнтінга викривляються, і енергія надходить у провідник з усіх боків. Цей ефект — нерезонансний. В тонких циліндричних провідниках з великим показником заломлення і малим поглинанням виникають резонанси Фано. При цьому при одних діаметрах розсіяння зростає і з’являється дуже вузький резонансний пік, при других — розсіяння дуже мале. Провідник стає невидимим на деякій довжині хвилі.

Посилання

G. Mie, “Contributions to the optics of turbid media, particularly of colloidal metal solutions,” Ann. der Phys., vol. 330, no. 3, pp. 377–445, 1908, doi: https://doi.org/10.1002/andp.19083300302.
P. Debye, “Der Lichtdruck auf Kugeln von beliebigem Material,” Ann. der Phys., vol. 335, no. 11, pp. 57–136, 1909, doi: https://doi.org/10.1002/andp.19093351103.
J. W. Nicholson, “The scattering of light by a large conducting sphere,” Proc. London Math. Soc., vol. s2-9, no. 1, pp. 67–80, 1911, doi: https://doi.org/10.1112/plms/s2-9.1.67.
J. W. Nicholson, “The scatterring of light by a large conducting sphere,” Proc. London Math. Soc., vol. s2-11, no. 1, pp. 277–284, 1913, doi: https://doi.org/10.1112/plms/s2-11.1.277.
G. Thilo, “Der Strahlungsdruck auf Kreiszylinder aus beliebigem Material,” Ann. der Phys., vol. 367, no. 14, pp. 531–568, 1920, doi: https://doi.org/10.1002/andp.19203671404.
J. R. Wait, “Scattering of a plane wave from a circular dielectric cylinder at oblique incidence,” Can. J. Phys., vol. 33, no. 5, pp. 189–195, 1955, doi: https://doi.org/10.1139/p55-024.
A. C. Lind, J. M. Greenberg, “Electromagnetic scattering by obliquely oriented cylinders,” J. Appl. Phys., vol. 37, no. 8, pp. 3195–3203, 1966, doi: https://doi.org/10.1063/1.1703184.
H. C. van de Hulst, Light Scattering by Small Particles. New York-London: John Wiley and Sons, Chapman and Hall, 1957.
M. Kerker, The Scattering of Light and Other Electromagnetic Radiation. New York-London: Elsevier, 1969, doi: https://doi.org/10.1016/C2013-0-06195-6.
К. Борен, Д. Хафмен, Поглощение и Рассеяние Света Малыми Частицами. Москва: Мир, 1986.
А. Е. Трибельский, М. И. Мирошниченко, “Резонансное рассеяние электромагнитных волн малыми металлическими частицами: новый взгляд на старую проблему,” Успехи физических наук, vol. 192, no. 1, pp. 45–68, 2022, doi: https://doi.org/10.3367/UFNr.2021.01.038924.
W. M. Irvine, “Light scattering by spherical particles: Radiation pressure, asymmetry factor, and extinction cross section,” J. Opt. Soc. Am., vol. 55, no. 1, p. 16, 1965, doi: https://doi.org/10.1364/JOSA.55.000016.
N. G. Kokodii, “Nature of resonances in a thick refracting cylinder during of an electromagnetic wave,” Opt. Spectrosc., vol. 72, no. 2, pp. 249–251, 1992.
M. G. Kokodii, A. O. Natarova, A. V. Genzarovskiy, I. A. Priz, “Interaction between thin conductive fibers and microwave radiation,” Opt. Quantum Electron., vol. 55, no. 3, p. 256, 2023, doi: https://doi.org/10.1007/s11082-022-04389-x.
U. Fano, “Effects of configuration interaction on intensities and phase shifts,” Phys. Rev., vol. 124, no. 6, pp. 1866–1878, 1961, doi: https://doi.org/10.1103/PhysRev.124.1866.
К. Б. Самусев, Н. В. Рыбин, А. К. Самусев, М. Ф. Лимонов, “Невидимость конечного диэлектрического цилиндра в условиях резонанса Фано,” Физика твердого тела, vol. 57, no. 10, pp. 1941–1946, 2015, uri: https://journals.ioffe.ru/articles/42257.
Ю. М. Поплавко, Ю. В. Діденко, Д. Д. Татарчук, “Надвисокочастотні параметри компонентів екрануючих композитів. Ч. 2. Механізми поглинання мікрохвиль,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 65, no. 12, pp. 752–765, 2022, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347023010041.
Ю. М. Поплавко, Д. Д. Татарчук, Ю. В. Діденко, Д. Чипегін, “Поглинальні мікрохвильові композитні матеріали,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 66, no. 1, pp. 27–38, 2023, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347023010065.