Диссертация (Плазмонные гетероструктуры и фотонные кристаллы с перестраиваемыми оптическими свойствами)
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Плазмонные гетероструктуры и фотонные кристаллы с перестраиваемыми оптическими свойствами". PDF-файл из архива "Плазмонные гетероструктуры и фотонные кристаллы с перестраиваемыми оптическими свойствами", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физико-математические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой докторскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени доктора физико-математических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТна правах рукописиУДК 535.421/535.56Белотелов Владимир ИгоревичПЛАЗМОННЫЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ И ФОТОННЫЕ КРИСТАЛЛЫС ПЕРЕСТРАИВАЕМЫМИ ОПТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ01.04.03 — радиофизикаДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степенидоктора физико-математических наукМосква — 20121 Светлой памяти моей мамыБелотеловой Нины Ивановны2 1 ОглавлениеВведение. Цели и задачи диссертационной работы6Глава IОбщие вопросы оптики и магнитооптики периодических наноструктурированных материалов и методы расчета1.
Магнитооптические свойства однородных сред ………………………………..19191.1.Описание магнитооптических эффектов в классической электродинамике ………..……..…………………………………………………………191.2.Магнитооптические поляризационные эффекты………………………...201.3.Магнитооптические интенсивностные эффекты………………………...251.4.Обратные магнитооптические эффекты………………………………….272. Усиление магнитооптических эффектов в фотонных кристаллах……………… 302.1.Фотонные кристаллы………………………………………………………302.2.Магнитные фотонные кристаллы…………………………………………323. Поверхностные плазмон-поляритоны…………………...………………………..353.1. Плазмон-поляритонные волны в гладких пленках……….……………...
353.2. Поверхностные плазмоны в металло-диэлектрических решетках…..…414. Магнитооптические эффекты в плазмонных структурах………………………..444.1. Экваториальный эффект Керра…………………..…………..…………...444.2. Поляризационные эффекты………...……………………………………..485. Оптическое возбуждение электронов в благородных металлах……………...…526. Методы расчета оптических свойств периодических наноструктур…………… 556.1. Метод матриц переноса…………………………………………………… 556.2. Метод связанных мод в пространстве Фурье (RCWA)…………….……606.3.
Метод матрицы рассеяния……………………………………………..….656.4. Метод конечных разностей во временной области (FDTD)………….…671 Глава IIМагнитооптические интенсивностные эффекты в плазмонных кри71сталлах1. Двухслойная гетероструктура: [перфорированный металл]/[однородный маг-нитный диэлектрик] ……………………………………………………………….. 712. Электромагнитные моды в немагнитном плазмонном кристалле ……………...732.1. Волноводные моды и распространяющиеся плазмонные моды ……….732.2. Локализованные плазмонные моды в щелях, отверстиях и вблизи металлических полос …………………………………………………..…….773. Магнитооптические эффекты в плазмонном кристалле, намагниченном в экваториальной конфигурации ……………………………………………………...783.1.
Плазмонные и волноводные моды в слоистых структурах с поперечной намагниченностью ………………………………………………….783.1.1. Дисперсия плазмон-поляритона на границе двух полубесконечных сред ………………………………………………...783.1.2. Волноводные моды и поверхностные плазмон-поляритоныв металло-диэлектрической пленке с волноведущим слоем813.2. Явление магнитооптической невзаимности в плазмонном кристалле ... 823.3.
Матрица рассеяния и резонансы Фано ………………………………….853.4. Экваториальный эффект Керра в плазмонном кристалле ……………..873.4.1. Аналитическое рассмотрение ………………………………..873.4.2. Электромагнитное моделирование ………………………….903.4.3. Зависимость экваториального эффекта Керра от толщиныдиэлектрической пленки. Влияние волноводных мод ……..963.5.
Экспериментальное наблюдение экваториального эффекта Керра …… 983.5.1. Исследуемый образец и метод его изготовления ……….….983.5.2. Экспериментальная установка и методика измерения …….993.5.3. Гигантский экваториальный эффект Керра ………….……..1013.5.4. Наблюдение экваториального эффекта Керра как методисследования спектров поверхностных плазмонов ………...
1044. Магнитооптические эффекты в плазмонном кристалле, намагниченном в ме2 ридиональной конфигурации ……………………………………………………..1104.1. Магнитооптические интенсивностные эффекты в меридиональнойконфигурации в однородных пленках …………………………………...1104.2. Собственные волны в плазмонном кристалле, намагниченном в плоскости пленки и перпендикулярно щелям …………………………..4.2.1.Случай однородного металла ……………………………4.2.2.Пространственная симметрия мод плазмонного кри-сталла …………………………………………………………….4.2.3.112112115Причина возникновения четного и нечетного по намаг-ниченности интенсивностных эффектов ……….…………..…1164.3.
Экспериментальное наблюдение магнитооптического меридионального интенсивностного эффекта в плазмонных кристаллах ……..........4.3.1.Нечетный и четный меридиональные интенсивностныеэффекты ………………………………………………………….4.3.2.Проявление эффекта в ближнем оптическом поле …….4.3.3.Свойства нечетного и четного меридиональных интен-сивностных эффектов …………………………………………..4.3.4.119119124129Методы усиления четного меридионального интенсив-ностного эффекта …………………………………….131Глава IIIЭффект Фарадея в плазмонных кристаллах1. Теоретическое рассмотрение……………………………………………………..1.1.136136Собственные волны в плазмонном кристалле, намагниченном перпендикулярно поверхности ………………………………………1361.2.Качественная модель резонансного усиления эффекта Фарадея …...
1371.3.Эффект Фарадея в одномерном плазмонном кристалле ……………1391.4.Эффект Фарадея в двумерном плазмонном кристалле ……………..1462. Экспериментальное наблюдение эффекта Фарадея ……………………………1492.1.Образцы и методика измерений ………………………………………2.2.Резонансное усиление эффекта Фарадея при возбуждении плазмонно-волноводных мод …………………………………………1491523 Глава IVМагнитооптические эффекты в фотонных кристаллах1581. Основные уравнения и задача на собственные значения для магнитооптической среды …………………………………………………….….2.
Собственные функции оператора Ĥ и их симметрия ………………………..1581622.1.Два типа мод оператора Ĥ ……………………………………………….1622.2.Симметрия собственных функций ………………………………………1633. Зонная структура 2D фотонных кристаллов в отсутствие внешнего магнитного поля …………………………………………………………………..1663.1.Методика вычисления …………………………………………………….1663.1.1. ТЕ – поляризация ……………………………………………..1663.1.2. ТМ – поляризация …………………………………………….1673.2.Расчет фотонных зон ……………………………………………………...1684. Теория возмущений ……………………………………………………………….
1725. Магнитооптические свойства фотонных кристаллов ………………………….1745.1. Геометрия Фарадея ………………………….……………………………1745.2. Геометрия Фохта. Магнитное двулучепреломление …………………..1826. Эффект Фарадея в одномерных фотонных кристаллах ………….…………….1846.1. Аналитическая формула ……………………………………………………1846.2. Оптимизация магнитного фотонного кристалла для оптического затвора ………………………………………………………………..……………6.3. Магнитные фотонные кристаллы для сенсоров магнитного поля ……..187190Глава VОбратные магнитооптические эффекты в периодических наноструктурах2021.
Эффективное магнитное поле, создаваемое поверхностным плазмонполяритоном ………………………………………………………………………. 2022. Усиление обратного эффекта Фарадея в плазмонных кристаллах ……………2043. Обратный эффект Фарадея в диэлектрических решетках с волноводным слоем …………………………………………………………………………………...2094 4. Обратный экваториальный эффект Керра ………………………………………213Глава VIОптическое и акустическое управление плазмонными резонансами2221. Управление плазмонными резонансами посредством импульсов лазерногоизлучения ………………………………………………………………………….. 2221.1.Экспериментальная установка и методика измерений …………………….2221.2.Оптические свойства плазмонного кристалла ………………………………2251.3.Сравнение четырех основных конфигураций поляризации импульсовнакачки и зондирования ……………………………………………………… 2291.4.Сверхбыстрые изменения оптических свойств плазмонного кристалла …2312.
Модуляция плазмонных резонансов посредством импульсов субтерагерцовых акустических волн …………….…………………………………………..238Глава VIIДинамикаповерхностныхплазмон-поляритоноввметалло-диэлектрических структурах1. Уравнения, описывающие динамику плазмонного пакета …………………….2492492. Особенности движения плазмонного волнового пакета, дисперсия которогозависит от пространственных координат ……………………………………….2533. Поверхностные плазмон-поляритоны в плазмонных кристаллах, содержащихгладкий металл и диэлектрическую решетку …………………………………...2574. Блоховские осцилляции плазмонных импульсов ………………………………2635.
Различные варианты распространения плазмонного пакета ………………….2676. Туннелирование плазмонного пакета …………………………………………… 270Заключение277Список литературы2845 Введение. Цели и задачи диссертационной работыДиссертационная работа посвящена теоретическому и экспериментальномуисследованию взаимодействия оптического излучения с периодическими наноструктурами, оптические свойства которых могут быть модифицированы посредством внешнего воздействия: магнитного поля, интенсивного лазерного излучения или акустической волны.
Одной из основных задач диссертации является разработка новых наноструктурированных материалов, в которых за счетспециально подобранной структуры возникают резонансные явления, приводящие к существенному усилению оптических и магнитооптических эффектов,связанных с изменениями интенсивности и поляризации света.Среди различных оптических эффектов магнитооптические эффекты занимают одно из основных мест. Это обусловлено тем, что благодаря магнитооптическим эффектам возникает возможность модулировать поляризацию или интенсивность оптического излучения с частотой порядка нескольких десятков идаже сотен гигагерц.
