Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы слоистые среды привлека-все большее внимание исследователей. Они находят широкое при-эние б устройствах интегральной оптики, квантовой электрокики агнитной микроэлектроники, СВЧ-техники С 1,21. Благодаря дости-иям-технологии стало еозмокным получение пленок материалов с личными физико-химическими свойствами и широким диапазоном то-н_вплрть__до._десят.ка._ ангстрем ..Путем выбора материалов, толщины оличества слоев можно создавать структуры с необходимыми вол-ыми свойствами. Анизотропия пленок существенно влияет на свой-а электромагнитных волн в слоистых системах и позволяет созда-ь структуры с новыми характеристиками. При этом анизотропия в истых системах имеется как благодаря свойствам используемых ериалов (монокристаллические пленки ZnO, LttfbO, и др.), так и ат возникать при получении пленок-(моно- и мультимолекулярные нки Лэнгмюра-Блоджет, анизотропия напыления) или быть связан-с упругими напряжениями, возникащими в слоистых структурах. В магнитных криогаллах, находящих вез большее применение в -устройствах [2], кроме анизотропии, вызванной внешним магнит-полем, существенное значение имеет кристаллографическая ани-ропия. Она влияет на дисперсионные характеристики магнитных уктур, в которых могут распространяться "медленные" электрома-тные волны, получившие название магнигосгатических (МСВ). Ам-тудно-частотными характеристиками,МСВ можно управлять путем енения внешнего поля. Однако влияние анизотропии на распрю-анение МСВ в анизотропных слоистых средах еще мало изучено.
Важное значение имеет контроль параметров слоистых структур . их изготовлении. Широкое применение для этих целей нашел ол-оометрический метод [31, имеющий высокую чувствительность. Од-о решение обратных задач эллипсометрии и спектрометрии анпзо-пных сред сталкивается со специфическими трудностями, связан-и с необходимостью корректного учегв малого эффекта двулуче-ломления на фоне обычного преломления. Кроме комплексных пока-9Л8Й преломления и толщины неизвестной может Оыть и ориентация й анизотропии материала пленок. Таким образом, эти задачи явися многопараметрическими, причем из-за громоздкости расчетных сношений могут быть значительными вычислительные ошибки. Поэ-
тому требуется развитие новых подходов и новых методик измерен; обеспечивающее не только меньшую,погрешность определения" иског параметров, но и в ряде .случаев и принципиальную возможность і шения обратной задачи.,
Целью диссертации является ] анализ особенностей отрау.еі электромагнитных и магнигосгатических волн на границе , с даэл< триче'скими и магнитными кристаллами, исследование на этой осн< различных "типов направляемых "электромагнитных"и магнитостатичі ких волк в слоистых анизотропных(структурах, развитие методов < ражательной-эллипсометрии-и рефлектометрии кристаллов. --- -
Научная новизна работы. I
-
Получены соотношения, связывающие модули и фазы элемен матрицы полного отракения на границе двух в общей случае ани тройных сред. Показано, что недаагональные элементы матрицы от жения значительно возрастают вблизи критического угла полного ражения, а также при показателе: преломления, изотропной ере близком к показателям преломления кристалла.
-
На основе соотношений между элементами матрицы отраке при полном отражении получено дисперсионное уравнение для план ного анизотропного волновода, позволяющее разделить решения характеру распределения поля и провести нумерации мод." '
-
Исследован характер движения потока поверхностных эл громагнитшх и магнитостатических воля вдоль границы раздела, казано, что двикение энергии носит вихреобразшй характер. Е объясняется медленная скорость переноса энергии поверхности волнами. ,
-
В ковариантном виде получены выражения для коэфициеЕ отражения л прохоздения-магнитостатических волн на границе в ідем случае двух анизотропных магнетиков. Введены и иселедої особенности коэффициентов отражения МСВ, получены и проанализі ваны дисперсионные зависимости и распределения амплитуды МСІ системе одноосный магнитный слой - зазор - одноосный магнит слой. Показано, что в гексаферритовых слоях с различными ориеі циями осей анизотропии внешнее магнитное поле приводит к перс чению частотных диапазонов прямых и обратных МСВ, что обуслаї вает: сильное взаимодействие прямых и обратных мод.
-
Показано, что путем эллшсометрических измерений в воздухе к в иммерсии мокко восстановить абсолютные значения . матрицы отражения. На этой основе развит метод иммерсионной эллипсометрии анизотропных и анизотропных слоистых сред.
-
Предложена иммерсионная методика определения оптических параметров анизотропных сред путем рефлектометрических измерений. Показана возможность аналитического определения оптических параметров полубесконечного ромбического кристалла-и одноосного слоя, в котором оптическая ось лежит в плоскости границы раздела.
Практическая ценность.работы. . Полученные._.результаты „.могут.
найти применение при разработке устройств интегральной оптики и СВЧ-техники, а также использоваться при исследовании распространения волн в слоистых анизотропных структурах.
Развитые эллипсометрические и рефлектометрические методы исследования анизотропных сред применимы при определении оптических параметров кристаллов и тонких пленок. Иммерсионный подход использован для разработки итерационной и иинимизационной процедур определения параметров одноосных пленок при различных ориентациях оптической оси. Когда оптическая ось лежят в плоскости границы, получено аналитическое решение обратной задачи эллипсометрии. Разработаны алгоритмы определения оптических постоянных тонких анизотропных пленок на прозрачных изотропных подложках го эллипсоме-трическим измерениям со стороны подложки.
Положения, выносимые на защиту:
новые соотношения между элементами матрицы отражения при полном отражении; ,'
установленные и исследованные особенности поведения потока энергии поверхностных электромагнитных и магнитостатических волн в'анизотропных средах;
анализ и новые особенности магнитостатических волн в слоистых структурах одноосный феррит-зазор-одноосный феррит;
развитие методики и разработка итерационных и оптимизационных алгоритмов наховдения параметров тонких одноосных пленок по иммерсионным измерениям; ' '
развитие метода иммерсионной рефлектометрии одноосных пленок на изотропных подложках и ромбических кристаллов;
Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих Международных, Всесоюзных и республиканских конференциях и
- б ,-
іахл МехцукароДгШ.х, Всесоюзных и , республиканских конференциях семинарах.: 12-ой Всесоюзной конференцій! по акустоэлектронике квантовой акустике (г.Саратов, 1983 г.), Республиканской конфер< нщш молодых ученых, посвященной 40-летию освобоздения БО (г.Минск, 1884г.), Всесоюзных семинарах "Оптика анизотропк сред" (г. Звенигород, 1985, 1937 г.г.), Всесоюзной конфзренц молодых ученых "Оптика и прикладная спектроскопия" (г'.Ленингра, 1988 г.), 4-ой Всесоюзной конференции по эллипсометрии (г.Новое бирск,1989 г.), Международном конгрессе "Optical Science and Е gineering" (Голландия, г.Гаага, 1990 г.), 15-й Всесоюзной кокф ренции'по "акустоэлёктроникё^и Щз'йчёской'акустике" твердого "те. (г.Ленинград, 1991г.), Межреспубликанской научно-практической к нференции творческой молодежи "Актуальные проблемы информатик . математическое, программное и информационное обеспечение" ( Минск, 1992 г.).
личный вклад. Содержание диссертации отражает личный вкл іавтора в проведенных исследованиях. Научный руководитель В.В.Ф липпов поставил задачу исследований, оказывал помощь на всех эт пах работы, принимал участие в обсуадении результатов. Разработ математических процедур, численные расчеты и анализ результат проведены автором.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы 12 работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа сост ит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. С содержит 150 страниц текста, включая 4 таблица на 3 страницах, рисунков на 35 страницах. Библиография насчитывает 112 наименоЕ ний.
