Ondas electromagnéticas en el plano frontera entre dos medios quirales

Electromagnetic waves at the plane boundary between two chiral media

En este trabajo se estudia la propagación de ondas electromagnéticas en medios quirales isotrópicos y los efectos producidos por un plano frontera entre tales medios. En analogía con el fenómeno de reflexión y refracción de ondas electromagnéticas planas en dieléctricos ordinarios, se estudian los aspectos cinéticos y dinámicos de estos fenómenos,tal como la intensidad de las componentes de onda y el cambio en la polarización de la onda al cruzar la frontera.Como un prerrequisito, mostramos que la solución de onda plana debe ser escrita como una superposición conveniente de las amplitudes quirales circularmente polarizadas en ambos lados de la interfaz. Se presenta el conjunto apropiado de condiciones que la solución debe satisfacer en la frontera y el sistema de ecuaciones que debe ser resuelto para los coeficientes de amplitud de manera de satisfacer las condiciones de frontera. Las ecuaciones pueden ser resueltas explícitamente para algunos casos y configuraciones particulares (por ejemplo, incidencia normal), las características prominentes de estas soluciones pueden ser analizadas en algún detalle. También se presenta un desarrollo de la solución general de las ecuaciones. Este trabajo podría ser aplicado en diseño de microondas en muy altas frecuencias y en líneas de transmisión no simétricas.

INTRODUCCIÓN

Los problemas relacionados con la propagación de las ondas electromagnéticas en un medio homogéneo, incluyendo los de reflexión y refracción en la interfaz entre dos medios, forman un conjunto tradicional en la electrodinámica clásica y se discuten en cualquier libro de texto sobre el tema [1]. Uno menos familiar es el problema de la propagación de una onda electromagnética en un medio quiral. En tal medio, la polarización de la onda permite que las dos ondas polarizadas circularmente se propaguen con velocidades diferentes. Un medio quiral, también llamado “ópticamente activo”, puede existir en variadas situaciones. Por ejemplo, un medio material puede transformarse en ópticamente activo bajo la influencia de un campo externo, tal como un campo magnético (el bien conocido efecto Faraday discutido en muchos libros de texto de física de plasma [2]) o por un control de onda electromagnética plana [3]. Otro tipo de medio exhibe el fenómeno quiral naturalmente [4]. Recientemente, materiales compuestos artificialmente, tipo metamateriales, han sido producidos con propiedades similares [5].

Varias aproximaciones han sido propuestas en la literatura para estudiar las propiedades electromagnéticas de tales medios ópticamente activos [4,6-14].