Диссертация (1102700), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Если в предыдущем случае анализируется только интенсивность излучения ВГ, то здесьеще и его поляризация. Данный метод также получил большое распространение применительно к различным биологическим объектам [123], хотя онтребует более тщательной калибровки [124], чем обычная микроскопия ВГ,так как используемое в геометрии «на отражение» дихроичное зеркало может повлиять на поляризацию излучения ВГ от исследуемого образца [125].Потенциально это может улучшить качество получаемого пространственного распределения интенсивности ВГ [126], [127]. Также важной особенностью этого метода является способность определения симметрии [128], двулучепреломления [129], кристаллической ориентации [124] и других [130]важных параметров нанообъектов.Работ по исследованию микро- и наноструктур методом микроско-38Рис.
1.14 .Изображение золотых наношариков с использованием обычных гаусовых ли-нейно поляризованных пучков (а), азимутально (b) и радиально поляризованных пучков (c),(d) - (i) рассчитанные пространственные распределения интенсивности ВГ при использованииразличных типов пучков для наношариков с различными дефектами. Рисунок из статьи [121].пии ВГ с разрешением по поляризации излучения ВГ не так много [131]. Кним также можно отнести описанное в работе [132] исследование полупроводниковых микроструктур GaInP/GaAs на подложке из арсенида галлияGaAs (001).
Были проведены исследования пространственного распределения интенсивности излучения ВГ при различных комбинациях поляризации излучения накачки и ВГ (было проведено не полное исследование по-39ляризации ВГ, а только компонент, линейно поляризованных параллельнои перпендикулярно плоскости излучения накачки) при различных длинахволн. Исследованные структуры представляли собой выпуклый пьедесталсо сферической частицей на нем.Рис. 1.15 . Изображение исследованных в работе [132] образцов в сканирующем электронном микроскопе (а) и атомно-силовом микроскопе (b).
Рисунок из статьи [132].Анализ пространственного распределения интенсивности ВГ, носившего двухлепестковый характер с ориентацией максимумов интенсивностей ВГ, зависящей от комбинации поляризации излучения накачки и ВГ,помог понять, какие именно части микроструктуры вносят вклады в ГВГв таких структурах.Также стоит отметить работу [133], где исследовались пространственные распределения интенсивности ВГ при различных комбинациях поляризации излучения накачки и ВГ на сколе фотонного кристалла из мезопористого кремния и проанализирована зависимость параметров ГВГ отпористости, а также работу [134], где методом микроскопии двухфотонной люминесценции (ДФЛ) с разрешением по поляризации детектируемого излучения был исследован массив V-образных канавок в пленке золота,свойства ДФЛ в которых определялись возбуждаемым в них поверхностным плазмоном.40§ 1.9.Особенности оптического отклика двумерных хиральныхобъектов1.9.1.Проявления хиральности объектов в линейной оптикеСоздание хиральных наноструктур с характерными размерами порядка сотен или даже десятков нанометров позволило наблюдать в нихмножество эффектов, как новых, так и ранее обнаруженных только в трехмерных средах.
Это все позволяет находить множество применений длятаких структур в прикладных областях. Поскольку рассмотрение всех различных интересных эффектов в линейной оптике хиральных наноструктурзаняло бы очень много времени, то рассмотрим здесь только те эффекты,нелинейно-оптические аналоги которых будут исследованы в данной диссертационной работе.Изменение состояния поляризации электромагнитного поля приотражении от хиральных структурПри взаимодействии хиральных структур с линейно поляризованнымсветом наблюдаются эффекты изменения поляризации излучения (переходот линейной к эллиптической) и поворот плоскости поляризации (в случаеэллиптической можно говорить о повороте осей эллипса). В частности, вработе [3] данный эффект наблюдался на массиве золотых гаммадионовразмером в 4 мкм (см рис.
1.16). Экспериментальное исследование поляризационных свойств отраженного излучения (поляризация падающегоизлучения была линейной) на длине волны 632 нм показало, что данныеструктуры достаточно сильно изменяют поляризацию отраженного излучения. Так, угол поворота плоскости поляризации излучения достигал 30градусов в зависимости от угла падения и азимутального положения образца. Кроме того, зависимости угла поворота плоскости поляризации ∆Θи изменения эллиптичности ∆η от угла падения зондирующего излучениядля энантиомеров отличаются только знаком, что позволяет говорить ободнозначном определении «знака хиральности» структуры при помощи линейно поляризованного света.На микроскопическом уровне механизм данного эффекта, согласно[3], может быть понят, если рассмотреть взаимодействие электромагнитного поля с гаммадионом.
При взаимодействии проводящего гаммадиона41Рис. 1.16 .Общая схема эксперимента, проведенного в работе [3]. Излучение гелий-неонового лазера падает на структуру, состоящую из массива золотых гаммадионов, под угломβ, поляризация отраженного света определяется эллиптичностью η и поворотом плоскости поляризации ∆Θ. Поляризация падающего излучения повернута относительно p-поляризации наугол ϕ.с электрическим полем падающей волны, плоскость поляризации которойнаправлена, например, вдоль одной из сторон гаммадиона, положительныеи отрицательные заряды колеблются в противоположные стороны. Из-заформы гаммадиона заряды будут перемещаться не только вдоль направления поля, но также и в направлениях изгибов концов сторон, которыепри переизлучении вызывают изменения в поляризации.
При этом можновыделить два вида хиральности: хиральность элемента («молекулярная»)и хиральность образца в целом. В этой же работе [3] рассчитано, что доля«молекулярной» хиральности достигает 12%.Круговой дихроизм в планарных хиральных наноструктурахЕще одним эффектом линейной оптики, наблюдавшимся в плоскиххиральных наноструктурах, является эффект кругового дихроизма, описанный в работе [20]. Эффект заключается в различии показателей пропускания для лево- и право-циркулярно поляризованного света при взаимодействии с двумерными хиральными наноструктурами.В работе [20] рассматриваются структуры, приведенные на рисунке1.17, с характерным размером L=274 нм и периодом решетки 340 нм, состо-42ящие из двух слоев золота и одного слоя фторида магния MgF2 , толщиной25 нм каждый.Рис. 1.17 . Общий вид исследуемого в работе [20] образца.Спектры коэффициента отражения данных структур имеют резонансный характер с 4 пиками, и разница между коэффициентами пропускания лево- и право-циркулярно поляризованных волн максимальна именнов окрестности этих пиков, достигая значения в 6%.
Такие же экспериментыбыли проведены для однослойных структур (50 нм золота), но в них рассматриваемый эффект оказался намного слабее. Значения разности коэффициентов пропускания циркулярно поляризованных волн для пары энантиомеров различаются исключительно знаком, что отражает хиральностьданных объектов.Качественно этот эффект может быть объяснен следующимобразом[20]. Под действием электромагнитного поля излучения накачкив слоях золота возникают синфазные и противофазные колебания заряда. Последнее, в свою очередь, может быть интерпретировано как частькольцевого тока, ведущего к появлению локального магнитного дипольного момента.
Противофазная мода дает плазмонной моде тот знак «закручивания», что и у самой структуры, что усиливает круговой дихроизм.431.9.2.Оптический отклик планарных хиральных наноструктурв форме буквы GВ работе [135] был рассмотрен линейный оптический отклик золотыхпланарных хиральных наноструктур в форме буквы G, имеющих характерный поперечный размер 1 мкм и толщину 25 нм. В данной статье предполагается, что отклик такой структуры можно рассматривать как суммарный отклик ее составных частей (так называемых наноблоков). Приэтом рассматривалось три типа наноблоков: длиной 1000, 600 и 500 нм, итри типа структур из них состоящих: кроме наноструктур в форме буквыG, рассматривались также наноструктуры в форме буквы U и модифицированной до появления хиральности буквы U. Были рассчитаны методомконечных разностей во временной области (FDTD) спектры поглощенияструктур и распределения локального электрического поля на частотах,соответствующих возбуждению различных плазмонных мод, а также экспериментально измерены спектры пропускания данных образцов.
Спектрыструктур демонстрируют как резонансные особенности, связанные с оптическим откликом составляющих их наноблоков, так и собственные, отсутствующие у отдельных элементов. При этом более коротковолновые резонансы соответствуют резонансам отдельных наноблоков. Так, например,резонанс наноструктуры в форме буквы G на длине волны около 700 нмсоответствует возбуждению плазмонных мод 3 и 5 порядка в наноблоках(см. рис. 1.18).
Также стоит отметить, что в таких структурах появляетсявозможность возбуждения темных плазмонных мод [77].1.9.3.Нелинейная оптика планарных хиральных наноструктурРассмотрим теперь нелинейно-оптические эффекты в металлическихпланарных хиральных наноструктурах, связанные с их хиральностью.Асимметричная генерация второй гармоникиОдним из наиболее интересных и ранее не наблюдавшихся эффектовнелинейной оптики планарных хиральных наноструктур является асимметричная генерация второй гармоники, описанная в работе [21]. Суть эффекта состоит в различном отклике на частоте второй гармоники двухэнантиомеров наноструктур в форме буквы G при облучении линейно по-44Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
