Диссертация (1097826), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Период металлической решетки составляет 200 нм – 700 нм, размер щелей или отверстий50 – 400 нм, высота металлической решетки – 50 – 120 нм, толщина магнитного слоя – 100 нм – 3 мкм. В таком материале в спектрах оптического про-277 пускания и отражения возникают резонансы, связанные с возбуждениемППП, волноводных мод диэлектрического слоя и щелевых мод Фабри-Перо.2. Путем численного расчета, основанного на методе связанных мод в пространстве Фурье, показано, что вблизи возбуждения ППП на границе междуметаллом и магнитным диэлектриком ЭЭК резонансно усиливается.
Проведена оптимизация параметров плазмонного кристалла и разработан плазмонный кристалл, в котором ЭЭК усиливается более чем на два порядка величины.3. Созданы образцы магнитных плазмонных кристаллов и экспериментальнопродемонстрировано резонансное усиление ЭЭК в 103 раз по сравнению смагнитными пленками без плазмонного слоя. При этом величина ЭЭК достигает в резонансе 1,6% в диапазоне длин волн от 700 до 800 нм. Спектральнаяширина резонанса составляет 5 нм.4.
Усиление ЭЭК в плазмонном кристалле вызвано смещением резонанса Фанов спектре оптического пропускания или отражения, обусловленным смещением частоты плазмонного резонанса во внешнем поперечном магнитнымполе.5. Предсказан и экспериментально продемонстрирован меридиональный интенсивностный эффект, возникающий в магнитных плазмонных кристаллах с волноведущим слоем, намагниченным в меридиональной конфигурации, т.е.
перпендикулярно щелям решетки кристалла и в плоскости пленки. Эффект имеетдве составляющие ‒ четную и нечетную по намагниченности, которые определены относительным изменением коэффициента пропускания при намагничивании или перемагничивании структуры, соответственно. Четный эффект достигает 20%, в то время как нечетный эффект достигает 9% и наблюдаетсятолько при наклонном падении света, поляризованного под отличным от 0º и90º углом к плоскости падения.278 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. Вразмагниченной структуре это не возможно. Квази-ТЕ мода модифицируетспектр 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 вплазмонном кристалле возникает резонансное усиление эффекта Фарадея.При этом наибольший эффект возникает при нормальном падении света начастоте возбуждения квази-ТЕ волноводной моды. Эллиптичность такжеиспытывает резонансное 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 резонансасоставляет 20 нм. Важной особенностью созданного плазмонного кристаллаявляется 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 магнитной пленке при возбуждении в структуре волноводных мод. Это наиболеевыражено при нормальном падении света, так как групповая скорость волноводных мод при этом стремится к нулю.
При вырождении по частоте ТМ-279 и ТЕ-резонансов эффективность конверсии поляризации возрастает, поэтомупри этом наблюдается наибольший эффект Фарадея.По Главе IV.1. Резонансное увеличение эффекта Фарадея и других магнитооптических эффектов в магнитных фотонных кристаллах обусловлено уменьшением групповой скорости вблизи края запрещенной зоны. Получено аналитическоевыражение для удельного угла Фарадея, которые дает величину эффекта,хорошо согласующуюся с данными экспериментов. Эффект Фарадея в фотонных кристаллах определяется двумя основными факторами: он обратнопропорционален групповой скорости и прямо пропорционален усредненнойпо ячейке кристалла величине магнитооптического параметра. Последняявеличина 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, описывающие эффект Фохта в фотонном кристалле, которые показывают, что этотэффект также возрастает при уменьшении групповой скорости, т.е. вблизиграницы фотонной запрещенной зоны.3. Проведена с помощью метода матриц переноса оптимизация одномерногофотонного кристалла и найдена структура, в которой возможна почти полная модуляция интенсивности неполяризованного излучения при перемагничивании только двух слоев фотонного кристалла. Для этого рассмотренфотонный кристалл с тремя структурными дефектами. Модуляция интенсивности происходит на частоте разрешенного уровня, возникшего в запрещенной зоне благодаря наличию структурных дефектов.280 По Главе V.1.
Показано методом численного моделирования, что обратный эффект Фарадея в плазмонных кристаллах локально возрастает на порядок величины привозбуждении ППП. Размер областей усиления эффекта составляет ~ 50 нм,что существенно меньше длины волны используемого излучения. Локальноеувеличение обратного эффекта Фарадея связано с концентрацией электромагнитной энергией, возникающей при возбуждении ППП. Индуцируемоепри обратном эффекте Фарадея эффективное магнитное поле направлено поднекоторым углом к плоскости структуры и в соседних максимумах направлено противоположно, поэтому суммарный магнитный момент, индуцируемый световой волной, не отличается от магнитного момента в неплазмонномслучае.2. Выявлено, что при распространении ППП вдоль границы раздела между металлом и магнитным диэлектриком возникает постоянное эффективное магнитное поле, направленное в плоскости границы раздела и перпендикулярное к направлению 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,лежащем в плоскости магнитной пленки и перпендикулярном плоскости падения света. Эффект наблюдается только при наклонном падении. Расчетыпоказывают, что при облучении пленки никеля фемтосекундным лазернымимпульсом величина эффективного магнитного поля вблизи поверхностипленки никеля составляет 100 Э при пиковой интенсивности импульса500 Вт/мкм2. В плазмонных кристаллах данный эффект существенно возрастает вблизи плазмонных резонансов и может достигать величины 5000 Э.281 По Главе VI.1.
Экспериментально продемонстрировано управление интенсивностью отраженной и прошедшей световых волн, а также ППП при воздействии на плазмонный кристалл фемтосекундным лазерным импульсом (плотность энергииимпульса 500 мкДж/см2). При этом относительная величина модуляции коэффициентов пропускания и отражения достигает 5% вблизи частот возбуждения ППП. Время релаксации порядка 500 фс.2. Наблюдаемая модуляция оптических свойств плазмонного кристалла можетбыть объяснена в терминах сверхбыстрых изменений действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости золота, возникающих за счетфотовозбуждения электронов проводимости и модификации межзоннойкомпоненты диэлектрической проницаемости.
Продемонстрирован методизучения сверхбыстрых изменений различных вкладов в диэлектрическуюпроницаемость посредством наблюдения модуляции коэффициентов пропускания и отражения с фемтосекундным временным разрешением.3. Экспериментально получена модуляция плазмонного резонанса в плазмонном кристалле на частотах вплоть до 110 ГГц посредством импульса приповерхностной акустической волны, возбужденного при дифракции объемнойакустической волны на металлической решетке. При генерации объемнойакустической волны лазерным импульсом с плотностью энергии около10 мДж/см2 величина относительной модуляции интенсивности отраженного4света составляет 2 10 .По Главе VII.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
