Поглощение электромагнитного поля миллиметрового радиодиапазона в совершенных диэлектрических кристаллах

Abstract

Методом шарового диэлектрического резонатора измерены диэлектрические потери в высококачественных кристаллах сапфира, рубина, флюорита и кварца в диапазоне температур 4,2-300 К на частоте 36 ГГц. Коэффициент поглощения электромагнитного поля на длину волны Г в кристаллах как по порядку величины, так и по температурной зависимости согласуется с теорией Гуревича, рассматривающей поглощение как результат электрофононного взаимодействия поля с акустическими фононами вследствие ангармонизма кристаллической решетки. Установлено, что изученные кристаллы обладают предельно низким поглощением в миллиметровом радиодиапазоне даже при умеренно низких температурах (напpимеp, для сапфира Г ≈ 10⁻⁸ пpи темпеpатуpе T ≈ 40 К). Измерено остаточное поглощение электромагнитного поля при низких температурах, которое связано с однофононным процессом поглощения поля на дефектах кристаллической структуры. Установлена корреляция в температурной зависимости поглощения в кристалле между электромагнитным полем и продольным гиперзвуком.

The dielectric losses in high-quality crystals of sapphire, ruby, fluorite, and quartz are measured at a frequency of 36 GHz in the temperature range 4.2–300 K by the spherical dielectric resonator method. The absorption coefficient of the electromagnetic field per unit wavelength Γ in the crystals is found to agree both in order of magnitude and in its temperature dependence with the Gurevich theory, which treats the absorption as being the result of an electrophonon interaction of the field with acoustical phonons as a result of the anharmonicity of the crystal lattice. It is found that the crystals studied have extremely low absorption in the millimeter-wave band even at moderately low temperatures (e.g., for sapphire Γ≈10 −8 at T≈40 K). Measurements are made of the residual absorption of the electromagnetic field at low temperatures, which is due to a single-phonon process of field absorption at defects of the crystal structure. It is found that the temperature dependence of the absorption of an electromagnetic field in a crystal is correlated with that for the absorption of hypersound.