ПРОДОЛЬНО-НАМАГНИЧЕННЫЙ ФЕРРИТ

Решение уравнений Максвелла. Пусть волна распространяется вдоль оси параллельно вектору Считая волну однородной в поперечной плоскости положим что приводит к условиям: Продольные компоненты волны, как и при распространении в изотропной среде (параграф 3.5), отсутствуют. Для волны, бегущей в сторону возрастающих значений все составляющие меняются по закону поэтому Теперь система ур-ний (16.11) упростилась:

Легко исключить отсюда

после чего система запишется в виде

где

Нетривиальное решение соответствует нулевому определителю этой системы или . Следовательно, возможно два решения для у, соответствующие равенству нулю выражений в первой и второй скобках. Коэффициент распространения волны, движущейся по оси в положительном направлении,

Итак, продольно-намагниченном феррите существуют две волны с разными коэффициентами распространения и, следовательно,

разными фазовыми скоростями и затуханиями. Найдем структуру поля каждой из волн. Для этого ф-лу (16.14) подставим в (16.12) и (16.13). После преобразования коэффициентов получаем

Из этих выражений вытекает, что в обоих случаях волны имеют круговую поляризацию, так как составляющие и Ну равны по величине и сдвинуты по фазе на 90° (см. параграф 3.8); векторы и Н взаимно перпендикулярны. Верхний знак соответствует компоненте Ну, отстающей от т. е. волне с положительным направлением вращения векторов относительно направления Ни. Нижний знак означает, что Ну опережает т. е. направление вращения векторов отрицательное.

Волна с положительным вращением векторов при движении в сторону имеет правую поляризацию. Из (16.15) с верхним знаком следует, что

где эквивалентная магнитная проницаемость (рис. 16.4). Взаимно перпендикулярные векторы вращаются в положительном направлении, совпадающем с направлением прецессии в феррите.

Рис. 16.4

Вдали от резонанса с учетом ф-л (16.9) имеем

Если постоянное магнитное поле меньше резонансного значения: , то и фазовая скорость больше, чем где скорость волны в диэлектрике с параметрами: (таким же, как у феррита) и При и

На частоте ферромагнитного резонанса согласно (16.10), получаем

Магнитная проницаемость имеет большую мнимую часть (см, рис. 16.4), т. е. волна с положительным вращением векторов испытывает значительное резонансное поглощение. Это явление в продольно намагниченном феррите называется продольным ферромагнитным резонансом.

Легко доказать, заменив во всех формулах на —?, что для волны, распространяющейся в сторону отрицательных значений теми же свойствами обладает волна с левой поляризацией, у которой направление вращения также положительно относительно вектора

Волна с отрицательным вращением векторов представляет собой левополяриэогаанную волну, движущуюся в сторону либо правополяризованную при движении в направлении Решая уравнения аналогично предыдущему, получаем

Параметры волны определяются обычными соотношениями при эквивалентной магнитной проницаемости (рис. 16.4). Вдали от резонанса по ф-лам (16.9) имеем

поэтому как при так и при

На резонансной частоте т. е. Волна с отрицательным вращением векторов не испытывает резонансного поглощения. Вещественная часть на всех частотах, включая область резонанса, определяется ф-лой (16.20) и меняется незначительно.

Следовательно, явление продольного ферромагнитного резонанса наблюдается только при совпадении направлений вращения векторов волны и прецессии электронных спинов в феррите.

Вращение плоскости поляризации в продольно намагниченном феррите рассмотрим при значении Но, далеком от Ярез, без учета потерь в среде. В этом случае

Пусть линейно поляризованная волна имеет при вектор направленный вдоль оси х. Разложим ее на две равные по амплитуде волны с правой и левой поляризациями Эти волны имеют разные фазовые скорости и фазовые коэффициенты: Здесь средний фазовый

коэффициент; постоянная Фарадея, равная полупразности фазовых коэффициентов волн с противоположным направлением вращения. Тогда при произвольном

Итак, по мере распространения волны вдоль оси вектор Н поворачивается в плоскости что является следствием различия фазовых скоростей волн с положительным и отрицательным направлением вращения. Угол между плоскостью вектора Н и осью х, согласно (16.21), пропорционален расстоянию, пройденному волной: Легко показать; что при изменении направления движения волны на обратное (в сторону направление поворота вектора Н относительно не меняется.

Постоянная Фарадея, угол поворота плоскости поляризации на единицу длины пути, определяется как

Если постоянное магнитное поле меньше резонансного Ярез, то тогда плоскость поляризации поворачивается в положительном направлении — направлении прецессии (рис. 16.5). При слабом намагничении, по тогда постоянная Фарадея

пропорциональна намагниченности феррита и не зависит от частоты.

Явление вращения плоскости поляризации волн анизотропных диэлектриках и магнетиках называется эффектом Фарадея. Существенно, что намагниченный феррит

Рис. 16.5

становится невзаимной средой: из положения А вектор при движении волны в прямом направлении поворачивается в положение В, а при обратном — не возвращается в А, а, продолжая вращаться в ту же сторону, приходит в положение С (рис. 16.5).