Анотація до роботи:

Костильова О.В. Електродинамічні властивості хвилеводу з шарувато-періодичними стінками. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 – радіофізика. – Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України, м. Харків, 2007.

Дисертацію присвячено дослідженню власних хвиль хвилеводу з шарувато-періодичними стінками. Виявлено, що в таких хвилеводах можливе хвилеводне поширення, поширення поверхневих хвиль вздовж меж хвилеведучого шару, а також поширення хвиль у стінках хвилеводу.

Проведено теоретичне дослідження нелінійної взаємодії хвиль у хвилеводі з шарувато-періодичними стінками. Отримано резонансні умови, виконання яких приводить до істотного зростання інтенсивності другої гармоніки.

Досліджено вплив зовнішнього магнітного поля на властивості хвилеводу з напівпровідниковими шарувато-періодичними стінками. Показано, що такий хвилевід має властивості фільтра, якими можна керувати не тільки вибором матеріалів шарів періодичних структур, але і за допомогою напруженості зовнішнього магнітного поля.

Розглянуто властивості неоднорідних плоских хвиль у напівпровідниковій шарувато-періодичній структурі та вплив зовнішнього магнітного поля на них. Виявлено, що комплексні хвилі можуть існувати у хвилеводі з шарувато-періодичними стінками.

В роботі представлено розв’язання актуальної наукової задачі теоретичного дослідження нових властивостей хвилеводної системи, що створена проміжком між двома шарувато-періодичними структурами. Основні результати роботи полягають у наступному:

1. Показано, що у хвилеводі з шарувато-періодичними стінками можливе хвилеводне поширення для випадків найбільшого та найменшого значень діелектричної проникності хвилеведучого шару порівняно з діелектричними проникностями шарів періодичних стінок. Отримано, що в даному хвилеводі вздовж меж хвилеведучого шару можуть поширюватися поверхневі хвилі. В цьому випадку потік енергії має максимальне значення поблизу стінок хвилеведучого шару. Також показано можливість виникнення ситуації, коли потік енергії в хвилеведучому шарі відсутній, а вся енергія переноситься в періодичних структурах, що обмежують хвилевід. Крім того, встановлено, що в такому хвилеводі можливе ефективне розділення ТМ- та ТЕ-мод.

2. Розв’язано задачу про генерацію другої гармоніки в нелінійному хвилеведучому шарі, що розділяє дві діелектричні періодичні структури. Отримано систему рівнянь для амплітуд хвиль, що взаємодіють, розв’язанням якої є функція еліптичного синусу. Отримано ряд резонансних умов, виконання яких приводить до істотного збільшення інтенсивності другої гармоніки. Проведено порівняння з результатами експериментальної статті [14] та пояснено наявність одного з максимумів інтенсивності другої гармоніки, що отримані в цій роботі.

3. Розглянуто властивості хвилеводної системи, яка являє собою дві ідентичні періодичні структури напівпровідник-діелектрик, що розділені шаром діелектрика. Встановлено, що у такому хвилеводі можливе як хвилеводне поширення, так і поширення поверхневих хвиль вздовж меж хвилеведучого шару. Вивчено зонні спектри періодичної структури напівпровідник-діелектрик, поміщеної в магнітне поле, яке спрямовано вздовж осі періодичності. Отримано, що в шаруватій структурі даної конфігурації існує два спектри власних хвиль, які можуть взаємно доповнювати один одного або накладатися. Досліджено різноманітні типи хвиль, що виникають в такій структурі. Показано, що в зонному спектрі є специфічний тип електромагнітних хвиль – циклотронні хвилі, які створюють численні вузькі зони пропускання. Розташування цих зон на осі частот залежить від величини напруженості магнітного поля, що прикладається. Досліджено вплив частоти зіткнень у напівпровідниковому матеріалі на характер зонного спектру та на загасання власних хвиль в області циклотронних хвиль. Показано, що урахування втрат приводить до виникнення повороту дисперсійних кривих. При великих значеннях частоти зіткнень один з країв зон вироджується. Показано, що хвилевід з шарувато-періодичними стінками має властивості фільтра, якими можна керувати не тільки вибором матеріалів шарів періодичних структур, а і за допомогою зовнішнього магнітного поля.

4. Побудовано теорію неоднорідних (комплексних) хвиль, що поширюються у напівпровідниковій шарувато-періодичній структурі у відсутності та при наявності зовнішнього магнітного поля. Виявлено, що комплексні хвилі є власними модами хвилеводу, створеного проміжком між двома шарувато-періодичними структурами. Найбільш цікавою властивістю неоднорідних хвиль є локалізація енергії в певній області простору періодичної структури.

Публікації автора:

1. Булгаков А.А., Костылева О.В., Мериуц А.В. Электродинамические свойства волновода со слоисто-периодическими стенками // Изв. вузов. Радиофизика. – 2005. – Т. 48, № 1. – С. 53-62.

   Булгаков О.О., Костильова О.В. Модовий склад хвиль для хвилеводу з шарувато-періодичними стінками // Науковий вісник Ужгородського університету. Серія Фізика. – 2005. – вип.17. – С. 56–59.

   Булгаков А.А., Костылева О.В. Нелинейное взаимодействие гармоник в волноводе со слоисто-периодическими стенками // Изв. вузов. Радиофизика. – 2006. – Т.49, № 5. – С. 416-424.

   Bulgakov A.A., Kostylyova O.V., Meriuts A.V. Electromagnetic waves propagation in waveguide with layered–periodic walls // Proc. of the Fifth International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter, and Submillimeter Waves. June, 21-26, 2004, Kharkov, Ukraine. – Vol.1. – P. 383-385.

   Булгаков А.А., Костылева О.В. Нелинейное взаимодействие гармоник в волноводе со слоисто-периодическими стеками // Труды 15-ой Международной конференции “СВЧ–техника и телекоммуникационные технологи”. 12-16 сентября, Севастополь, Украина. – С. 566-567.

   Bulgakov A.A., Kononenko V.K., Kostylyova O.V. The investigation of the dissipation influence on the dispersion properties of the semiconductor superlattice electromagnetic waves in the magnetic field // Proc. of the 11^th International Conference on Mathematical methods in electromagnetic theory. June 26-29, 2006, Kharkiv, Ukraine. – P. 222-224.

   7. Bulgakov A.A., Kononenko V.K., Kostylyova O.V. Control of the electrodynamic properties of the waveguide formed by the gap between two periodic layered structure by means of the external fields // Proc. of Asia-Pacific Microwave Conference. December 12-15, 2006, Yokohama, Japan. – Vol. 1. – P. 349-351.

   8. Bulgakov A.A., Kononenko V.K., Kostylyova O.V. Band spectrum of periodic semiconductor structure loaded in the magnetic field with taking into account of dissipation properties // Proc. of Mediterranean Microwave Symposium. September 18-21, 2006, Genova, Italy. – P. 327-330.

   9. Bulgakov A.A., Kononenko V.K., Kostylyova O.V. Features of formation of dispersion spectrum of semiconductor-dielectric periodic structure in magnetic field // Proceedings of Sixth International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter, and Submillimeter Waves, and Workshop on Terahertz Technologies. June 25-30, 2007, Kharkov, Ukraine. – Vol.1 – P. 278-280.

   10. Bulgakov A.A., Kononenko V.K., Kostylyova O.V. The external fields influence on the properties of the waveguide formed by the gap between two periodic layered structure // Proceedings of First International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. October 22-24, 2007, Rome, Italy. – P. 465-468.