Отзывы оппонентов (Фемтосекундная динамика оптических, магнитооптических и нелинейно-оптических эффектов в плазмонных кристаллах и кремниевых наноструктурах с резонансами Ми)

ОТЗЫВ официального оппонента иа диссертацию П,П. Вабищевич «Фемтосекундпап динамика оптических, магнитооптических и нелинейно-оптических эффектов в плазменных кристаллах и кремниевых наноетруктурах с резонансами Ми», представленную на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.21 - лазерная физика Диссертационная работа П,П.

Вабищевич посвящена одному из актуальных направлений в области лазерной физики и нанофотоника, а именно, исследованию оптических, магнитооптических и нелинейно-оптических эффектов в металлических и диэлектрических наноструктурах с помощью ультракоротких лазерных импульсов. Диссертация состоит из «Введения»„4-х глав и «Заключения».

Список литературы содержит 172 ссылок. Материал изложен на страницах с 1-ой по 150. Во «Введении» обоснована актуальность решаемых в диссертации задач, сформулированы основные цели работы, описана ее научная новизна, указаны причннь1 интереса к оптическим, магнитооптическим и нелинейно-оптическим эффектам в металлических и диэлектрических наноструктурах н отмечена практическая значимость работы. Во «Введении» также дана общая характеристика диссертационной работы, приводится перечень результатов работы выносимых на защиту и их новизна, констатация роли автора, которая является определяющей в получении результатов по экспериментальному исследованию по теме диссертационной работы. Приводится также перечень публикаций и докладов автора по теме диссертации, Постановка задач и полученные результаты описаны во «Введении» логично и понятно.

Глава 1 посвящена обзору литературы по теме диссертации. Данная глава диссертации показывает глубокое знание П,П, Вабищевич областей исследований по теме диссертации, таких как: 11) поверхностные плазмон-поляритоны на границе раздела металл-диэлектрик, 12) магнитооптические эффекты, индуцированные возбуждением локальных плазмонов и «3) эффекты, обеспечивающие полностью оптическое переключение. Данная глава диссертации также обосновывает тщательный выбор объектов исследований и адекватный выбор экспериментальной техники для последукнцнх экспериментов, Глава П посвящена исследованию преобразования огибающей фемтосекундных лазерных импульсов при их отражении от плазмонных кристаллов.

Можно выделить две группы основных результатов данной Главы диссертации, Ими являются: (1) детальное изучение динамики поверхностных пламон-поляритонов в плазмонных кристаллах по спектральной зависимости изменения огибающей лазерных фемтосекундных импульсов при нх отражении от поверхности плазменных кристаллах н (2) развитие эффективного метода формирования формы фемтосекундных импульсов при их отражении от плазмонных кристаллов. Исследуемым плазмонным кристаллом являлась одномерная решетка, полученная из ВУ0-диска. Проделана значительная экспериментальная работа по приготовлению и характернзации плазмонного кристалла: анализ состава поверхности образца методом просвечивающей электронной микроскопии, характеризация профиля поверхности образца методами электронной микроскопии и атомной микроскопии, измерение периода одномерной решетки плазмонного кристалла. Для проведения исследований по преобразованию огибающей фемтосекундного лазерного импульса при его отражении от плазмонных кристаллов была создана оптическая установка, позволившая проведение спектроскопии коэффициента отражения и измерение угловой зависимости спектра отражения в видимом диапазоне оптического излучения.

Представлено детальное описание экспериментальной установки для измерения изменения фемтосекундных импульсов при их отражении от поверхности плазмонных кристаллов. Установка позволила измерить спектры коэффициента отражения для различных углах падения излучения на образец в спектральном диапазоне 400-800 нм. Зарегистрированные в эксперименте резонансные контуры спектральных линий коэффициента отражения соответспювали возбуждению поверхностных плазмонов на границе раздела воздух-металл образца. Проведенное в Диссертации сравнение экспериментально полученного положения резонанса с рассчитанным, подтвердили плазмонную природу резонансных особенностей в спектрах отражения. Проведены измерения форм контуров резонансов и рассчитано время затухания поверхностного плазмона из значений ширин реюнансов. Данные измерения послужили основой для изучения динамики поверхностных пламон-поляритонов в плазмонных кристаллах по спектральной зависимости изменения огибающей лазерных фемтосекундных импульсов при их отражении от поверхности плазмонных кристаллов.

В ходе выполнения экспериментальных исследований обнаружена временная модификация фемтосекундных лазерных импульсов при их отражении от образцов одномерных серебряных решеток при условии резонансного возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов, В тексте Диссертации приводится подробное описание методики измерения, анализ результатов и теоретическое моделирование процесса отражения лазерного импульса. Следует отметить, что в литературе неоднократно отмечалась сложность задачи измерения сверхбыстрого, на фемтосекундной временной шкале, оптического поля, поскольку полное знание параметров лазерного импульса Е® может быть достигнуто только путем измерения корреляционных функций всех порядков Б„~т) 11 .

Багйег апд Х ОЬег!е, Гетгозесоп4 !азег риБез: Рг1пс!р1ез алд Ехрегллелм. С!аиде Ки!1!еге (Ы,)„Ярг!п8ег, 2005». Экспериментально корреляционные функции высших порядков могут быть получены с использованием многофотонных процессов. На практике, как правило, ограничиваются измерениями автокорреляционной функции второго порядка и последующим анализом результатов в предположении априорного знания вида огибающей функции лазерного импульса. Метод по измерению корреляционной функции второго порядка дает ограниченную информацию о длительности импульса и его форме, и только корреляции более вьюокпх порядков чувствительны к асимметрии импульса 1Е, 1.

В1оппг апо 3. К. К!аидег, 3. Арр!. Роуз. 40, 2874 1! 969); О. Н. Аизгоп, Арр!. Рпуз. 1,ей, $8, 249 (! 971)!. В Диссертации использовалась методика получения информации о молификации формы отраженного от плазмонного кристалла лазерного импульса на основе кросс-корреляционной функции только второго порядка. Возникает вопрос о мере потери информации в модификации формы отраженного лазерного импульса из-за присущего данному методу ограничений. Использование отражения фемтосекундного импульса от плазмонного кристалла представляется интересной и заслуживающей исследования физической задачей.

В то же время представляется, что данная схема могла бы быть положена в основу потенциального практического устройства для детерминированного изменения формы лазерного импульса. Представляется, что обсуждение данного вопроса в тексте Диссертации могло бы быть целесообразным. Глава Ш диссертации посвящена исследованию плазмо нных эффектов в материалах, обладающих ферромагнитными свойствамн. Исследовалась временная динамика магнитооптического эффекта Керра в магнитоплазмонных наноструктурах.

Решалась задача исследования временной зависимости экваториального магнитооптического эффекта Керра в магнитоплазмонных кристаллах, связанная с возбуждением поверхностных плазмон-поляритонов. Исследование в данной главе строятся на основе более ранних работ, в которых отмечалось, что наличие резонансных особенностей в спектре отражения магнитоплазмонных кристаллов приводит к усилению магнитооптического эффекта Керра по сравнению с пленками из этого же металла.

Экспериментальные исследования проводились на одномерных субволновых решетках на железной нанопленке. Предварительно были выполнены исследования по линейной спектроскопии коэффициента отражения от образцов магнитоплазмонных кристаллов. В спектрах коэффициента отражения было обнаружено два резонанса, положение которых соответствует возбуждению поверхностных плазмон-поляритонов на границе железо-воздух. Следукяцим шагом исследований в данной главе явилось измерение экваториального магнитооптического эффекта Керра для образцов магнитоплазмонных кристаллов. Для этого использовался динамический метод измерений, при котором образец находился в переменном магнитном поле и изменение интенсивности при намагничивании образца„ регистрировалось методом синхронного детектирования, В спектре экваториального магнитооптического эффекта Керра были обнаружены резонансные особенности, положение которых коррелировало с положением резонансов поверхностных илазмон-поляритонов.

В эксперименте убедительно наблюдалось изменение значения экваториального магнито-оптического эффекта Керра, индуцированного чувствительным к приложенному магнитному полю возбуждением поверхностных плазмон-поляритонов. Использование импульсного фемтосекундного источника излучения позволило в диссертационной работе также произвести измерения временной зависимости экваториального магнито-оптического эффекта Керра. Глава Ш диссертации содержит обширный экспериментальный материал. В диссертации произведена убедительная интерпретация экспериментальных результатов. Проведено моделирование временной зависимости экваториального магнито-оптического эффекта Керра в магнитоплазмонных наиоструктурах, индуцированной возбуждением поверхностных плазмон-поляритонов. Глава 1Ч посвящена исследованию полностью оптического переключения лазерного излучения с помощью массива нанодисков из гидрогенизированного аморфного кремния, Эта глава диссертации посвящена актуальному направлению современной нанофотоники — исследованию возможности создания полностью оптического переключателя.

В диссертации подробно анализируется современное состояние развития исследований в этой области на основе применений фотонных кристаллов, плазмонных наноструктур„метаматериалов и микрорезонаторов. Приводится убедительная аргументация в целесообразности и перспективности использования диэлектрических наночастиц с высоким показателем преломления для задач создания полностью оптического переключателя. Подробно анализируется возможность достижения максимального значения одного из основных параметров полностью оптического переключателя — время отклика переключателя.

Убедительной является аргументация в пользу использования диэлектрических наночастиц с высоким показателем преломления в сравнении с металлическими наноструктурами (при возможности достижение времен переключения на фемтосекундной временной шкале). К началу выполнения исследований по теме диссертации отсутствовали литературные данные по возможности достижения в системах, где основным материалом является кремний, фемтосекундного временного отклика.

Возможность достижения фемтосекундного временного отклика полностью оптического переключателя послужило мотивировкой экспериментальных исследований, приведенных в Главе 1У диссертации. В качестве объекта экспериментальных исследований Главы И диссертации был выбран массив нанодисков из гидрогенизированного аморфного кремния. Приводится обоснованная аргументация в пользу образца нз гидрогенизироваиного аморфного кремния: гндрогеннзированный аморфный кремний обладает большим значением нелинейно-оптических восприимчивостей и в нем также времена релаксация носителей существенно меньше, чем в кристаллическом кремнии. В экспериментальной демонстрации оптического переключателя использовалась методика "'накачка-зонд", в которой измерялось при помощи лазерного импульса "накачки" в массиве нанодисков оптическое пропускание, как за счет процесса двухфогонного поглощения, так и из-за процесса генерации свободных носителей.