Диссертация (1097826), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

в плоскости пленки и вдоль направления распространения моды;11 создана теория резонансного увеличения эффекта Фарадея и других магнитооптических эффектов в магнитных фотонных кристаллах и получены аналитические выражения для удельного угла Фарадея, которые хорошо согласуются с данными экспериментов;теоретически предсказан обратный экваториальный эффект Керра;впервые экспериментально продемонстрировано управление коэффициентами пропускания и отражения, а также поверхностными плазмонполяритонами в плазмонном кристалле при воздействии фемтосекунднымлазерным импульсом (плотность энергии импульса ~ 500 мкДж/см2);впервые экспериментально получена модуляция плазмонного резонанса вплазмонном кристалле посредством импульса приповерхностной акустической волны на частотах вплоть до 110 ГГц;предложен и разработан новый металло-диэлектрический материал - градиентный плазмонный кристалл с медленно меняющимися в пространствегеометрическими параметрами (ширина щелей или отверстий в диэлектрической части кристалла) для управления фемтосекундными импульсами поверхностных плазмон-поляритонов, распространяющихся вдоль структуры.Достоверность представленных в диссертационной работе результатов под-тверждается соответствием теоретических результатов данным проведенныхэкспериментов, а также теоретическим расчетам и экспериментальным данным,полученным в работах других авторов.Практическая значимость работы определяется следующими результатами.

Предложенный и разработанный магнитный плазмонный кристалл позволяет эффективно управлять поляризацией и интенсивностью света и плазмоннымиколебаниями посредством магнитного поля. Данный материал по сути открывает новый способ магнитооптической записи и считывания информации и перспективен для информационных технологий.Важно отметить, что полученные плазмонные кристаллы позволяют существенно увеличить эффективность управления светом и плазмонами не только12 магнитным полем, но и другими внешними воздействиями: фемтосекунднымлазерным импульсом или субтерагерцовыми фононами. Кроме того, предложенный в работе градиентный плазмонный кристалл позволяет ускорять илизамедлять плазмонные импульсы.

Это очень важно для нового поколенияустройств сверхбыстрой оптической обработки информации, в которых информация передается плазмонными импульсами. Кроме того, плазмонные кристаллы значительно расширяют элементную базу устройств интегральной оптики,поскольку они легко вписываются в планарную технологию и могут быть использованы в качестве сенсора магнитного поля, оптического циркулятора и оптического модулятора.Другим практически важным объектом исследований данной работы являются магнитные фотонные кристаллы.

Благодаря явлению резонансного увеличения эффекта Фарадея, предложено использовать магнитные фотонные кристаллы для создания миниатюрных (размер порядка нескольких микронов) модуляторов интенсивности света и оптического затвора. Показано, что сверхбыстрый отклик намагниченности материала на изменение внешнего магнитного поля позволяет изменять интенсивность света с частотой вплоть до 50 ГГц,что соответствует требованиям современных телекоммуникационных систем.Модуляторы интенсивности света необходимы для обработки информации винтегральных оптических схемах нового поколения.

Они также могут быть использованы в дисплеях и транспарантах. В работе разработана концепция применения магнитных фотонных кристаллов для создания сенсоров магнитногополя. Сенсоры магнитного поля, помимо научных применений, могут быть использованы, например, для контроля утечек нефти из нефтепровода.Работа имеет следующую структуру:Первая глава содержит обзор литературы, касающийся экспериментальныхи теоретических исследований в области магнитооптики, фотонных кристаллов и поверхностных плазмон-поляритонов. Описаны основные теоретические методы моделирования оптических свойств периодически структурированных материалов.13 Вторая глава посвящена магнитооптическим интенсивностным эффектам вплазмонных кристаллах.

Рассматривается общая идея резонансного усиления магнитооптических эффектов в предложенных магнитных плазмонныхкристаллах. Приводится теоретическое рассмотрение и результаты численного моделирования экваториального эффекта Керра (ЭЭК). На основаниипроведенных теоретических исследований разрабатывается плазмонныйкристалл, в котором ЭЭК усиливается вблизи плазмонного резонанса. Описывается первонаблюдение усиления ЭЭК в созданном плазмонном кристалле. Во второй части главы теоретически предсказывается магнитооптический интенсивностный эффект, возникающий при меридиональной намагниченности плазмонного кристалла с волноведущим слоем. Далее приводится описание его экспериментального обнаружения и результаты исследования его свойств.В третьей главе представлены результаты теоретического и экспериментального исследования эффекта Фарадея в плазмонных кристаллах.

Проводится анализ механизмов резонансного усиления эффекта Фарадея и результаты численного расчета, подтверждающие теоретические выводы. Далееописываются детали эксперимента по наблюдению усиления эффекта Фарадея в плазмонных кристаллах. Обсуждается роль волноведущего слоя и влияние геометрических параметров структуры на явление усиления эффектаФарадея.В четвертой главе приводится аналитическая теория усиления эффекта Фарадея в двумерных и трехмерных магнитных фотонных кристаллах.

Явлениеусиления эффекта Фарадея вблизи края фотонной запрещенной зоны объясняется в терминах медленного света. Полученные выражения для эффектаФарадея используются для интерпретации данных эксперимента. Такжеприведены результаты оптимизации одномерных магнитных фотонных кри-14 сталлов для модуляции интенсивности и поляризации света и их применения в сенсорах магнитного поля.В пятой главе теоретически рассмотрен обратный эффект Фарадея в плазмонных кристаллах и продемонстрировано его локальное усиление в областях порядка нескольких сотен нанометров. Так же теоретически предсказанобратный экваториальный эффект Керра, состоящий в том, что линейно поляризованный свет, падающий под некоторым углом на поверхность магнитного материала, создает эффективное магнитное поле в направлении,перпендикулярном плоскости падения.

В заключение главы численным расчетом показано, что обратный ЭЭК может быть существенно усилен в плазмонных кристаллах.Шестая глава посвящена управлению дисперсией ППП в плазмонных кристаллах с помощью фемтосекундных лазерных импульсов, а также приповерхностных акустических волн. Приводятся временные зависимости спектров коэффициентов отражения и прохождения света, демонстрирующиепри воздействии оптическим импульсом сверхбыстрое управление оптическими свойствами плазмонного кристалла на временных масштабах порядка500 фс. Кроме того, представлены результаты модуляции оптического отклика плазмонного кристалла на субтерагерцовых частотах за счет воздействия импульсов акустических волн.В седьмой главе исследуется распространение плазмонных импульсов поградиентному плазмонному кристаллу с медленно меняющимися в пространстве геометрическими параметрами (высота диэлектрической решетки).

При этом используется аналитический метод, основанный на уравнениях ВКБ, а также численное решение уравнений Максвелла методом конечных разностей во временной области. Демонстрируются различные режимыуправленияфемтосекунднымиимпульсамиповерхностныхплазмон-15 поляритонов за счет изменения параметров импульса (продолжительность ицентральная частота импульса).На защиту выносятся следующие основные положения:Теория усиления магнитооптических эффектов в магнитных плазмонныхкристаллах.Экспериментальное обнаружение усиления в плазмонных кристаллах экваториального эффекта Керра в 103 раз и эффекта Фарадея в 10 раз по сравнению с магнитными пленками без плазмонного слоя.Предсказание и экспериментальная демонстрация магнитооптического интенсивностного эффекта в магнитных плазмонных кристаллах, намагниченных перпендикулярно щелям золотой решетки.Теория резонансного увеличение эффекта Фарадея в магнитных фотонныхкристаллах.Теоретическое предсказание обратного экваториального эффекта Керра.Метод управления дисперсией поверхностных плазмон-поляритонов и интенсивностью объемной световой волны при воздействии на плазмонныйкристалл фемтосекундными лазерными импульсами.Первонаблюдение субтерагерцовой модуляции плазмонного резонанса импульсами акустических волн в плазмонном кристалле.Разработка градиентного плазмонного кристалла для управления прохождением и дисперсией импульсов поверхностных плазмон-поляритонов.Апробация работы.

Основные результаты исследований, представленных вдиссертации, докладывались и обсуждались на следующих профильных научных конференциях: XIV International Conference on Phonon Scattering in Condensed Matter (Ann Arbor, MI USA, 2012), International conference “SummerSchool on Plasmonics” (Porquerolles, France, 2009, 2011), Международная конференция молодых ученых и специалистов "Оптика-2011" (Санкт-Петербург, 2005,16 2007, 2009, 2011), Международная молодёжная научная школа "Когерентнаяоптика и оптическая спектроскопия" (Казань, 2006-2011), 11th International Conference on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling (Kharkov, Ukraine, 2011),Moscow International Symposium on Magnetism (Москва, 2005, 2008, 2011), Magnetics and Optics Research International Symposium (Неймеген, Голландия, 2011),Всероссийская школа-семинар "Физика и применение микроволн" (Звенигород,Московская обл., 2006, 2009, 2010, 2011, 2012), International Conference “Fundamental Problems of Optics (St.

Petersburg, Russia, 2006, 2008, 2010, 2012), International Conference on Lasers, Applications, and Technologies ICONO/LAT (StPetersburg, 2005, Minsk, Belarus, 2007, Kazan, 2010, ), Euro-Asian Symposium"Trends in MAGnetism": Nanospintronics EASTMAG (Krasnoyark, 2004, Kazan’2007, Ekaterinburg, 2010, ) XIII International Conference for Young Researchers"Wave Electronics and Its Applications in the Information and TelecommunicationSystems" (Saint-Petersburg, Russia, 2010), International conference on Nanophotonics (Tsukuba, Japan, 2010), International conference SPIE Photonics Europe (Warsaw, Poland, 2005, Prague, Czech Republic, 2007, Strasbourg, France, 2008, Brussels, Belgium, 2010,), 2nd International conference on Metamaterials, Photonic crystals and Plasmonics Meta’10 (Cairo, Egypt.

2010), International conference “ProgressIn Electromagnetics Research Symposium PIERS” (Prague, Czech Republic, 2007,Moscow, 2009, Beijing, China, 2009), International conference on magnetism ICM(Kyoto, Japan, 2006, Karlsruhe, Germany, 2009), Международная конференция“Новое в магнетизме и магнитных материалах” (Москва, 2006, 2009), The 8th International Meeting on the Electrical, Transport and Optical Properties of Inhomogeneous Media (Rethymnon, Greece, 2009), V- bilateral Russian-French workshop onNanosciences and Nanotechnologies (Moscow, 2008), 1st Mediterranean Conferenceon Nano-Photonics MediNano-1 (Istanbul, Turkey, 2008), Научная конференция"Ломоносовские чтения" (Москва, 2008), International conference IFIP VLSISOC2005 (Perth, Australia, 2005).17 Материалы диссертации также представлялись на семинарах кафедры фотоники и физики микроволн физического факультета МГУ, Института общей физики РАН, Университета г.

Дортмунд (Германия), Университета им. Э.Коуэнг. Перт (Австралия), Института фундаментаьных исследований им. Тата (г.Мумбай, Индия), Университета г .Неаполь им. Фридриха II (Италия). Публикации. Основные результаты отражены в печатных работах, полностью соответствующих теме диссертации: опубликовано 37 статей в рецензируемых научных журналах, включенных в перечень ведущих периодических изданий ВАК, в числе которых “Журнал теоретической и экспериментальной физики”, “Физика твердого тела”, “Физика металлов и металловедение”, “ВестникМосковского Университета.

Серия 3. Физика. Астрономия”,” Nature Nanotechnology”, “Physical Review Letters”, “Physical Review B”, “Optics Express”, “OpticsLetters”, “Journal of the Optical Society of America B”, “Journal of Physics: Condensed Matter”, “Journal of Magnetism and Magnetic Materials” и др. Кроме того,по материалам работы опубликовано более 30 статей в сборниках и трудах конференций и более 60 тезисов докладов.Личный вклад автора в диссертацию состоит в том, что все изложенные вдиссертации оригинальные результаты получены автором, либо при его непосредственном участии.

Характеристики

Список файлов диссертации