성층 비선형 매질에서의 전자기파 전파에 관한 연구

Abstract

유전율 및 투자율을 가진 매질에 전자기파가 입사했을 때의 여러 가지 물리적인 성질을 이론적, 실험적으로 연구할 수 있는 방법은 다양하다. 하지만 이론적인 기술의 대부분이 까다로운 경계조건을 필요로 하기 때문에 계산이 용이하지 못하다는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서 기존의 방법들 보다 쉽게 이론적으로 접근할 수 있는 방법인 Invariant Imbedding 방법을 이용해서 여러 가지 물리적인 성질들을 탐구해 보았으며, 특히 비선형매질에 전자기파가 입사했을 때 기존의 선형매질에서 볼 수 없었던 여러 가지 물리적인 현상들을 이론적으로 확인할 수 있었다. 비선형매질의 중요한 성질은 매질의 유전함수 값이 전기장의 강도에 비례한다는 점이다. 전자기파를 비선형매질에 임의의 각도로 입사 시켰을 때 나타나는 현상으로 이력현상(Hysteriesis)을 들 수 있다. 이론적으로 전산시늉을 해 보면 입사하는 전기장의 강도가 하나의 값인데 비해서 투과되는 전기장의 강도는 하나의 값이 아닌 두개 이상의 값을 보인다. 이 현상은 비선형 매질에 전자기파를 입사시켰을 때 나타나는 중요한 현상으로 공학적으로 응용가치가 매우 클 것으로 기대되며, 더 나아가서는 비선형매질과 선형매질이 주기적으로 층진 매질에 전자기파를 입사시켰을 때 나타나는 현상들을 이론적으로 연구하였다. 여기서도 마찬가지로 이력현상(Hysteresis)을 발견할 수 있었으며, 음의 굴절률을 가진 비선형매질과 선형매질이 주기적으로 쌓인 성층매질에 전자기파를 입사시켰을 때의 물성도 확인할 수 있었다. 그리고 입사하는 특정 전기장의 강도를 고정시킨 후, 주파수에 대한 투과계수를 계산해 보면 성층 비선형매질에서의 띠 간격이 생김을 알 수 있다. 성층 비선형 매질에서 나타나는 띠간격과 성층 선형매질애서 나타나는 띠간격을 비교해 보면 띠간격이 이동(shift)함은 물론이고 띠간격을 이루는 주파수의 간격도 약간씩 틀려짐을 확인할 수 있다. 이 현상을 이용하면 공학적으로 좀 더 용이하게 빛의 움직임을 제어할 수 있다.