Автореферат (1097825), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Меридиональный интенсивностный эффект возникает из-за возбуждения вструктуре квази-ТЕ и квази-ТМ волноводных мод. Так, если магнитный слойнамагничен меридионально, то падающая на плазмонный кристалл ТМполяризованная волна на частоте ТЕ-моды возбуждает квази-ТЕ-моду. В размагниченной структуре это не возможно. Возбужденная квази-ТЕ мода модифицирует спектр коэффициентов пропускания или отражения и приводит к интенсивностному эффекту.По Главе III.1. Путем численного расчета, основанного на методе связанных мод в пространстве Фурье, показано, что вблизи частот оптических резонансов в плазмонномкристалле возникает резонансное усиление эффекта Фарадея.
При этомнаибольший эффект наблюдается при нормальном падении света на частотевозбуждения квази-ТЕ волноводной моды. Эллиптичность также испытывает27резонансное поведение, но обращается в ноль на частоте максимума угла Фарадея.2. Экспериментально продемонстрировано усиление эффекта Фарадея в плазмонном кристалле в 10 раз по сравнению с магнитной плёнкой без металлической решетки. Для плазмонного кристалла с магнитным слоем толщиной150 нм угол Фарадея достиг 0,6º на длине волны 952 нм. Ширина резонанса составляет 20 нм. Важной особенностью созданного плазмонного кристалла является то, что максимум угла Фарадея наблюдается при большой величине коэффициента пропускания, равной 35%.3. Причиной резонансного усиления эффекта Фарадея в плазмонном кристаллеявляется увеличение эффективной длины распространения света по магнитнойпленке при возбуждении в структуре волноводных мод. Это наиболее выражено при нормальном падении света, так как групповая скорость волноводныхмод при этом стремится к нулю.
При вырождении по частоте ТМ- и ТЕрезонансов эффективность конверсии поляризации возрастает, поэтому приэтом наблюдается наибольший эффект Фарадея.По Главе IV.1. Резонансное увеличение эффекта Фарадея и других магнитооптических эффектов в магнитных фотонных кристаллах обусловлено уменьшением групповойскорости вблизи края запрещенной зоны. Получено аналитическое выражениедля удельного угла Фарадея, которое дает величину эффекта, хорошо согласующуюся с данными экспериментов. Эффект Фарадея в фотонных кристаллахопределяется двумя основными факторами: он обратно пропорционален групповой скорости и прямо пропорционален усредненной по ячейке кристалла величине магнитооптического параметра. Последняя величина зависит от распределения поля в фотонном кристалле, что объясняет разницу в величине эффекта Фарадея на коротковолновой и длинноволновой границах фотонной запрещенной зоны.2.
В рамках развитой теории получены аналитические выражения, описывающиеэффект Фохта в фотонном кристалле, которые показывают, что этот эффекттакже возрастает при уменьшении групповой скорости, т.е. вблизи границыфотонной запрещенной зоны.3. Проведена с помощью метода матриц переноса оптимизация одномерного фотонного кристалла и найдена структура, в которой возможна почти полная мо-28дуляция интенсивности неполяризованного излучения при перемагничиваниитолько двух слоев фотонного кристалла.
Для этого рассмотрен фотонный кристалл с тремя структурными дефектами. Модуляция интенсивности происходит на частоте разрешенного уровня, возникшего в запрещенной зоне благодаря наличию структурных дефектов.По Главе V.1. Показано методом численного моделирования, что обратный эффект Фарадея вплазмонных кристаллах локально возрастает на порядок величины при возбуждении ППП. Размер областей усиления эффекта составляет ~ 50 нм, что существенно меньше длины волны используемого излучения. Локальное увеличениеобратного эффекта Фарадея связано с концентрацией электромагнитной энергией, возникающей при возбуждении ППП.
Индуцируемое при обратном эффекте Фарадея эффективное магнитное поле направлено под некоторым угломк плоскости структуры и в соседних максимумах направлено противоположно,поэтому суммарный магнитный момент, индуцируемый световой волной, неотличается от магнитного момента в неплазмонном случае.2. Выявлено, что при распространении ППП вдоль границы раздела между металлом и магнитным диэлектриком возникает постоянное эффективное магнитноеполе, направленное в плоскости границы раздела и перпендикулярное кнаправлению распространения ППП. Таким образом, ППП может воздействовать на намагниченность магнитного материала.3.
Теоретически предсказан обратный экваториальный эффект Керра, заключающийся в возникновении постоянного магнитного поля в направлении, лежащемв плоскости магнитной пленки и перпендикулярном плоскости падения света.Эффект наблюдается только при наклонном падении.
Расчеты показывают, чтопри облучении пленки никеля фемтосекундным лазерным импульсом величинаэффективного магнитного поля вблизи поверхности пленки никеля составляет100 Э при пиковой интенсивности импульса 500 Вт/мкм2. В плазмонных кристаллах данный эффект существенно возрастает вблизи плазмонных резонансови может достигать величины 5000 Э.По Главе VI.1. Экспериментально продемонстрировано управление интенсивностью отраженной и прошедшей световых волн, а также ППП при воздействии на плазмонныйкристалл фемтосекундным лазерным импульсом (плотность энергии импульса29500 мкДж/см2).
При этом относительная величина модуляции коэффициентовпропускания и отражения достигает 5% вблизи частот возбуждения ППП. Время релаксации порядка 500 фс.2. Наблюдаемая модуляция оптических свойств плазмонного кристалла объяснена в терминах сверхбыстрых изменений действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости золота, возникающих за счет фотовозбужденияэлектронов проводимости и модификации межзонной компоненты диэлектрической проницаемости.
Продемонстрирован метод изучения сверхбыстрых изменений различных вкладов в диэлектрическую проницаемость посредствомнаблюдения модуляции коэффициентов пропускания и отражения с фемтосекундным временным разрешением.3. Экспериментально получена модуляция плазмонного резонанса в плазмонномкристалле на частотах вплоть до 110 ГГц посредством импульса приповерхностной акустической волны, возбужденного при дифракции объемной акустической волны на металлической решетке.
При генерации объемной акустической волны лазерным импульсом с плотностью энергии около 10 мДж/см2 величина относительной модуляции интенсивности отраженного света составляет2 10 4 .По Главе VII.1. Предложен и разработан плазмонный кристалл с медленно меняющимся в пространстве геометрическим параметром (ширина щелей/отверстий или высотадиэлектрической решетки) для эффективного управления фемтосекунднымиимпульсами ППП, распространяющихся вдоль структуры.2.
Показано методом решения уравнений ВКБ и численным решением уравненийМаксвелла конечно-разностным методом, что в зависимости от центральнойчастоты и спектральной ширины импульса возможна реализация различныхрежимов распространения импульса: замедленное или ускоренное движение,разворот в некоторой области структуры и туннелирование в соседнюю плазмонную зону.Список основных публикаций1. V.I. Belotelov, I.A.
Akimov, M. Pohl, V.A. Kotov, S. Kasture, A.S. Vengurlekar,A.V. Gopal, D. Yakovlev, A.K. Zvezdin, M. Bayer, Enhanced magneto-optical effects inmagnetoplasmonic crystals // Nature Nanotechnology. 2011, Vol. 6, p. 370-376.302. V.I. Belotelov, L.L. Doskolovich, A.K. Zvezdin, Extraordinary magnetooptical effectsand transmission through the metal-dielectric plasmonic systems // Phys. Rev. Lett.2007, Vol. 98, p. 077401(1-4).3. V.I.
Belotelov and A.K. Zvezdin, Inverse transverse magneto-optical Kerr effect //Phys. Rev. B 2012, Vol. 86, p. 155133.4. M. Pohl, V. I. Belotelov, I. A. Akimov, S. Kasture, A. S. Vengurlekar, A.V. Gopal,A. K. Zvezdin, M. Bayer, Plasmonic crystals for ultrafast nanophotonics // Phys. Rev. B2012, Vol. 85, p. 081401(R) (6).5.
C. Brüggemann, A.V. Akimov, B.A. Glavin, V.I. Belotelov, I.A. Akimov, J. Jäger,S. Kasture, A.V. Gopal, A.S. Vengurlekar, D.R. Yakovlev, A.J. Kent, and M. Bayer,Modulation of a surface plasmon-polariton resonance by subterahertz diffracted coherent phonons // Phys. Rev. B 2012, Vol. 86, p. 121401(R).6. В.И. Белотелов, Д.А. Быков, Л.Л. Досколович, А.Н. Калиш, А.К. Звездин, Гигантский экваториальный эффект Керра в магнитоплазмонных гетероструктурах. Метод матрицы рассеяния // ЖЭТФ 2010, Т. 137, в.
5, c. 932-942.7. .A. Akimov, V.I. Belotelov, A.V. Scherbakov, M. Pohl, A.N. Kalish, A.S. Salasyuk, M.Bombeck, C. Brüggemann, A.V. Akimov, R.I. Dzhioev, V.L. Korenev, Yu.G. Kusrayev, V.F. Sapega, V.A. Kotov, D.R. Yakovlev, A.K. Zvezdin, M. Bayer, Hybrid structures of magnetic semiconductors and plasmonic crystals: a novel concept for magnetooptical devices, JOSA B 2012, Vol. 29, A103-A118.8.
S.N. Andreev, V.I. Belotelov, D.A. Bykov, L.L. Doskolovich, V.P. Tarakanov, andA.K. Zvezdin, Dynamics of surface plasmon polaritons in plasmonic crystals // JOSA B2011, Vol. 28, p. 1111–1117.9. V.I. Belotelov, D.A. Bykov, L.L. Doskolovich, A.K. Zvezdin, On surface plasmon polariton wavepacket dynamics in metal–dielectric heterostructures // J. Phys.: Condens.Matter 2010, Vol. 22, p.
395301(8pp).10. V.I. Belotelov, D.A. Bykov, L.L. Doskolovich, A.N. Kalish, V.A. Kotov, A.K. Zvezdin,Giant magnetooptical orientational effect in plasmonic heterostructures // Optics Letters2009, Vol. 34, p. 398-400.11. M. Vasiliev, M. Nur-E-Alam, V.A. Kotov, K. Alameh, V.I. Belotelov, V.I. Burkov, andA.K. Zvezdin, RF magnetron sputtered (BiDy)3(FeGa)5O12:Bi2O3 composite garnetoxide materials possessing record magneto-optic quality in the visible spectral region //Optics Express 2009, Vol.
17, p.19519-19535.12. V.I. Belotelov, D.A. Bykov, L.L. Doskolovich, A.N. Kalish, A.K. Zvezdin, Extraordinary Transmission and Giant Magneto-optical Transverse Kerr Effect in PlasmonicNanostructured Films, JOSA B 2009, Vol. 26, p. 1594-1598.3113. V.I. Belotelov, A.N. Kalish, V.A. Kotov and A.K. Zvezdin, Slow light phenomenon andextraordinary magnetooptical effects in periodic nanostructured media // JMMM 2009,Vol.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
