Унитарные поляритоны в однородных средах и фотонных кристаллах
1
УДК 537.876.22
Унитарные поляритоны
в однородных средах и фотонных кристаллах
© В.С. Горелик, В.В. Филатов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Рассмотрены свойства унитарных поляритонов − квазичастиц электромагнит-
ных волн, распространяющихся в материальных средах и удовлетворяющих усло-
вию n = ±1. Определены параметры унитарных поляритонов в различных кристал-
лах: NaCl, ZnSe, рубине, а также в глобулярном фотонном кристалле на основе
искусственного опала. Установлено существование бозе-эйнштейновского конден-
сата унитарных поляритонов при комнатной температуре. Предложен процесс
конверсии двух унитарных поляритонов в скалярный бозон.
Ключевые слова:
унитарный поляритон, закон дисперсии, диэлектрическая прони-
цаемость, электромагнитная волна.
Введение.
Свойства электромагнитных полей, распространяю-
щихся в материальных средах, отличаются от свойств этих полей в ва-
кууме: взаимодействие фотонов с элементарными возбуждениями сре-
ды приводит к формированию новых квазичастиц − поляритонов −
квантов нормальных электромагнитных волн, распространяющихся в
среде в области резонансов [1]. Целью данной работы является ис-
следование так называемых унитарных поляритонов. Электромаг-
нитные волны, соответствующие унитарным поляритонам, характе-
ризуются показателем преломления
n
, абсолютная величина которого
равна единице. Согласно формулам Френеля [2], в этом случае веще-
ство становится полностью прозрачным для электромагнитных волн.
При этом справедливо соотношение
2 2
2
2
1,
1,
c k
n
n
(1)
где ε, μ
−
диэлектрическая и магнитная проницаемости рассматрива-
емого материала;
c
= 3·10
8
м/с
−
скорость света в вакууме;
k
− соот-
ветствующее волновое число; ω − циклическая частота электромаг-
нитной волны.
В немагнитных материалах в общем случае μ = ±1. Знак плюс со-
ответствует «правым» волнам (с правой тройкой векторов
,
,
,
E H k
знак минус – «левым» волнам (с левой тройкой этих векторов) [3]. Как
было показано в работах [4–6], «левые» волны связаны с отрицатель-
ной групповой скоростью, что в свою очередь обусловлено отрица-
тельным показателем преломления среды [7–9].
