Если принимается во внимание пространственная дисперсия, то диэлектрический отклик определяется тензорной величиной даже для изотропной системы, поскольку вектор к определяет выделенное направление. Следовательно, для изотропной среды, обладающей центром инверсии (негиротропная среда), общий вид диэлектрического тензора есть [6]
где поперечная ε(ω, к) и продольная ε (ω,к) диэлектрические проницаемости зависят только от модуля волнового вектора к и задают полное описание свойств среды. В соответствии с уравнениями (12) и (9) закон дисперсии ω(к) поперечных (Е _ к) поляритонов можно найти из
а уравнение
определяет дисперсию продольных (Е || к, D = 0, В = 0) волн.
Симметричный подход, в котором используются зависящие только от частоты диэлектрическая проницаемость е(со) и магнитная восприимчивость µ(ω), соответствует пределу к -+ 0 в подходе, основанном на учете пространственной дисперсии [6]:
Легко видеть, что, если в дисперсионном уравнении для поперечных поляритонов (16) положить
то (16) становится тождественным уравнению (3), полученному при описании в терминах ε(ω) и µ(ω), где к2с2/ω2 = n 2 = ε(ω)µ(ω). Уже одно это ясно показывает более широкие возможности подхода, основанного на учете пространственной дисперсии, так как он позволяет изучать различные эффекты, связанные с пространственной дисперсией, с точностью даже большей той точности, которая определяется учетом только членов oc/k2 в тензоре εL {ω, k ), тогда как ε(ω) и µ(ω)-подход позволяет учесть только указанные в (20) (и то не все) члены. Более того, даже при учете только членов порядка к2 применение подхода, основанного на учете пространственной дисперсии, имеет качественные преимущества. Действительно, в рассматриваемой изотропной системе входящий в уравнение (10) тензор отклика aijlm в общем случае задается двумя независимыми параметрами. Эти параметры (а и Ь) могут быть выбраны, например, так, чтобы выполнялось равенство
где е ril обозначает антисимметричный единичный тензор третьего ранга. Запись (21) симметрична и по первой ( if ), и по второй (1т) паре индексов, вследствие чего продольная и поперечная диэлектрические проницаемости могут быть представлены в виде
Из уравнений (10) и (21) следует, что соответствующее материальное уравнение (9) запишется как
Из уравнений (22) и (23) ясно, что параметр Ъ(оо) определяет, грубо говоря, меру пространственной дисперсии, обусловленной "магнитным откликом" системы: параметр b(ω) связан с магнитной восприимчивостью (см. уравнение (19)) соотношением
В свою очередь, параметр а(ω) определяет меру пространственной дисперсии, связанной с "электрическим откликом". Наличие параметра а(ω) и его зависимость от со невозможно учесть в рамках описания в терминах е(ω) и µ(ω). Оба этих отклика схожим образом влияют на дисперсию поперечных поляритонов (уравнения (22) и (16)), но дисперсия продольных волн зависит только от электрического отклика (уравнения (22) и (17)). Необходимо особо отметить, что поляритоны с отрицательной групповой скоростью и, следовательно, отрицательное преломление могут возникать в системах с µ(ω) = 1 (т.е. с b(ω) = 0), если коэффициент отклика а(ω) обладает соответствующей зависимостью от частоты.
Дата: 2019-12-22, просмотров: 223.