Автореферат (1102699), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В планарных хиральных наноструктурах в форме буквы G существует эффект, обратный эффекту циркулярного дихроизма второй гармоники и состоящий в различной эффективности генерации право- илево-циркулярно поляризованного излучения второй гармоники дляэнантиомеров при линейно поляризованном излучении накачки.5. Направление поворота главных осей эллипса поляризации второйгармоники в массиве планарных хиральных наноструктур в формебуквы G с элементарной ячейкой, состоящей из четырех наноструктур, различно для энантиомеров.Личный вклад автора.
Все полученные в данной работе результаты,кроме особо оговоренных случаев сравнений с более ранними работами,являются оригинальными и получены лично автором или при его непосредственном участии в лаборатории нелинейной оптики наноструктур ифотонных кристаллов кафедры квантовой электроники и лаборатории экспериментальной квантовой оптики и нанофотоники кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета Московского Государственного Университета имени М.В.Ломоносова, а также лаборатории молекулярной электроники и фотоники химического факультета ЛевенскогоКатолического Университета, Бельгия.
Все приведенные численные расчеты также проведены автором.Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в печатных работах, список которых приводится в конце автореферата, в томчисле в 5 публикациях в ведущих российских и зарубежных реферируемых журналах: Optics Letters, Optics Express, Journal of Physics: ConferenceSeries, Известия РАН: Серия Физическая, Physical Review B.Апробация работы.
Результаты данной диссертационной работы былипредставлены на 11 докладах (полный список приведен в конце автореферата) на российских и международных конференциях, наиболее значимыми из которых являются:7• Frontiers in Optics (FiO) 2011 (Сан Хосе, США)• The Asia-Pacific Interdisciplinary Research Conference 2011 (Тоёхаси,Япония)• XVI международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника»2012 (Нижний Новгород, Россия)• EOS Annual Meeting 2012 (Абердин, Шотландия)• Days on diffraction 2013 (Санкт-Петербург, Россия)• The International Conference on Coherent and Nonlinear Optics(ICONO)/The Lasers, Applications, and Technologies (LAT)(ICONO/LAT) 2013 (Москва, Россия)• The 7th International Congress on Advanced Electromagnetic Materialsin Microwaves and Optics (Metamaterials) 2013 (Бордо, Франция)• Frontiers in Optics (FiO) 2013 (Орландо, США)• 24th annual International Laser Physics Workshop (Шанхай, Китай)Структура диссертационной работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Работа содержит 140 страниц, 75 иллюстраций, 1 таблицу и 156библиографических ссылок.8Содержание работыВо Введении описывается актуальность диссертационной работы,формулируются цели и задачи работы, отмечается научная новизна и практическая значимость, приводятся выносимые на защиту положения, приводятся сведения о публикациях результатов работы, апробации и структуредиссертации.Глава 1 «Обзор литературы и экспериментальных методик».
Вэтой главе рассматриваются основные работы, посвященные феноменологическому описанию нелинейно-оптического отклика среды, различным аспектам взаимодействия электромагнитного излучения с металлическиминаноструктурами, методу микроскопии ВГ, а также особенностям линейнои нелинейно-оптического отклика планарных металлических наноструктур.Глава 2 «Микроскопия второй оптической гармоники в образцах сэлементарной ячейкой, состоящей из одной наноструктуры». В началеданной главы описываются исследуемые в данной работе образцы, представляющие собой массивы золотых наноструктур в форме буквы G на подложке из кремния с термически выращенным на нем слоем оксида кремниятолщиной 200 нм.
Толщина слоя золота 30 нм, поперечные размеры однойнаноструктуры 1х1 мкм2 , ширина полосы золота 200 нм.В зависимости от расположения наноструктур в массиве, образцыможно поделить на две группы (рис. 1): с элементарной ячейкой, состоящей из одной наноструктуры (образцы G-CW и G-CCW, так называемыеоднопериодные или G−структуры), и с элементарной ячейкой, состоящейиз четырех наноструктур (данная элементарная ячейка обладает осью симметрии четвертого порядка, образцы G-Ci1 и G-Ci2, так называемые двухпериодные или 4G-структуры). Каждая группа содержит пару энантиомерных структур.а) G-CWб) G-CCWв) G-Ci1г) G-Ci2Рис. 1.
Схематичное изображение структуры исследуемых образцов.Далее описано исследование однопериодных структур методом микроскопии ВГ с разрешением по поляризации. Для этого была собрана установка на основе фемтосекундного титан-сапфирового лазера с длительностью импульсов 30 фс и с частотой их следования 80 МГц. Ширина спектраизлучения (на полувысоте) составляла около 60 нм с центром на 800 нм.9Лазерное излучение фокусировалось на образец с помощью объектива счисловой апертурой 0.7.
Был измерен поперечный профиль сфокусированного пучка излучения накачки, оказавшийся близким к гауссову, ширинана полувысоте составила 860 ± 30 нм. Для определения пространственногоразрешения всей системы было измерено распределение интенсивности ВГв двухпериодных образцах, показавшее, что пространственное разрешениеустановки составляет не ниже 500 нм.В ходе данного исследования было измерено пространственное распределение интенсивности ВГ при линейно поляризованном излучении накачки и определены параметры Стокса S1 = Ix − Iy , S2 = I+45 − I−45 (Ii- интенсивность света, поляризованного по направлению i, оси x, y соответствуют направлениям вдоль сторон структуры, ±45 - вдоль диагоналейструктуры) и S3 = IRCP −ILCP (индексы RCP и LCP обозначают правую илевую циркулярные поляризации, соответственно), а также эллиптичностьизлучения и угол поворота главных осей эллипса поляризации.
Основноевнимание было уделено двум линейным поляризациям излучения накачки,плоскости которых параллельны сторонам образца. При одной из них наобразце есть две области сильной локализации излучения ВГ (хотспоты)примерно равной интенсивности, при второй также существует два хотспота, но их интенсивности существенно различны. При этом интенсивностьВГ в областях хотспотов превышает интенсивность ВГ вне их в 10 и болеераз, поэтому изучение состояния поляризации ВГ проводилось в первуюочередь именно для этих областей.Для однопериодных образцов и вертикальной поляризации излучения накачки (рис.
2.a,б) наблюдаются два хотспота равной интенсивности.В пространственных распределениях параметров S1 и S2 также наблюдаются максимумы абсолютных значений параметров Стокса, положение которых соответствует областям хотспотов, распределение параметра S3 является практически однородным для обоих образцов, но имеет в среднемразные знаки, то есть циркулярная поляризация излучения ВГ определяется направлением «закрученности» образца. Также следует отметить положительность параметров Стокса S1 для обоих образцов, что говорит отом, что поляризация ВГ близка к исходной поляризации накачки. Параметр Стокса S2 является знакопеременным: для образца G-СCW в одномхотспоте является отрицательным, в другом положительным, для образцаG-CW наблюдается обратная ситуация.На рисунке 2.в,г изображено пространственное распределение состояния поляризации излучения ВГ для образцов G-CW и G-CCW.
Видно, чтоглавные оси эллипса поляризации ВГ в двух хотспотах на одной структуреповернуты в разные стороны. Важно отметить, что для хотспотов в разныхэнантиомерах главные оси эллипса поляризации ВГ повернуты в разныестороны, что является проявлением хиральности данных наноструктур.Среднее значение углов поворота плоскости поляризации ВГ для образца G-CCW составило 27◦ ± 2◦ и −32◦ ± 2◦ для первого и второго хотспотов,соответственно. Для образца G-CW - −23◦ ±2◦ и 27◦ ±2◦ (знак «+» или «-»10Рис. 2.
Пространственное распределение интенсивности ВГ (а,б) и состояния поляризации ВГ (в,г) для образцов G-CW и G-CCW при вертикально поляризованном излучении накачки. Цвет эллипса обозначает правую(красный) и левую (синий) циркулярные поляризации, прозрачность эллипса - интенсивность ВГ (больше прозрачность - меньше интенсивность).На вставке снизу изображено соответсвующее распределение полной интенсивности ВГ.обозначает поворот по или против часовой стрелки, соответственно).
Уголэллиптичности излучения составил −6◦ ± 1◦ для образца G-CCW и 4◦ ± 1◦для образца G-CW (знак «+» или «-» обозначает правую и левую циркулярную поляризации соответственно). Также можно получить разностьфаз δ между компонентами вектора Джонса: в первом хотспоте образцаG-CCW −165◦ ± 2◦ , во втором −14◦ ± 2◦ , для образца G-CW соответствующие значения составили 15◦ ± 2◦ и 167◦ ± 2◦ . Аналогичные измерениябыли проведены для горизонтально поляризованного излучения накачки.Для анализа представленных выше данных в программе CSTMicrowave Studio методом конечных элементов были рассчитаны распределения локального поля в структуре и плотности тока на частотах излучения накачки и ВГ, из которых было определено направление осцилляцийплотности тока.
При этом следует учесть, что источники излучения на частоте ВГ довольно сильно локализованы, поэтому имеет смысл говоритьо среднем направлении осцилляций в хотспотах. Было обнаружено, что в11среднем направления осцилляций плотности тока на частоте излучения накачки демонстрируют те же особенности, что и описанные выше для плоскости поляризации ВГ. На частоте ВГ таких особенностей не наблюдается.Аналогичные особенности наблюдаются также в распределении локальныхэлектрических полей на частоте излучения накачки.
Таким образом, можносделать вывод о том, что именно особенности взаимодействия исследованных наноструктур с излучением на частоте накачки определяют свойстваизлучения ВГ.Глава 3 «Генерация второй оптической гармоники в образцах сэлементарной ячейкой, состоящей из одной наноструктуры» посвящена исследованию свойств ГВГ в однопериодных образцах. Для того, чтобыопределить оптимальную длину волны излучения накачки было проведено моделирование электромагнитного отклика наноструктур (как массива,так отдельной наноструктуры) методом FDTD с помощью ПО LumericalFDTD Solutions.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
