Излучение осциллирующего точечного диполя из металло-диэлектрических фотонно-кристаллических слоистых структур (1102993)
Текст из файла
На правах рукописиЛобанов Сергей ВладимировичИЗЛУЧЕНИЕ ОСЦИЛЛИРУЮЩЕГО ТОЧЕЧНОГО ДИПОЛЯ ИЗМЕТАЛЛО-ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФОТОННО-КРИСТАЛЛИЧЕСКИХСЛОИСТЫХ СТРУКТУРСпециальность 01.04.07 ― физика конденсированного состоянияАвтореферат диссертации на соискание ученой степени кандидатафизико-математических наукМосква– 2013Работа выполнена на кафедре общей физики и физики конденсированногосостояния физического факультета Московского государственногоуниверситета имени М.В.Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Тиходеев Сергей ГригорьевичОфициальные оппоненты:Бушуев Владимир Алексеевич,доктор физико-математических наук, профессор,кафедра физики твѐрдого тела физического факультетаМосковского государственного университета имени М.В.ЛомоносоваПоддубный Александр Никитич,кандидат физико-математических наук,Физико-технический институт имени А.Ф.Иоффе РАН, научный сотрудникВедущая организация:Физический институт имени П.Н.Лебедева РАНЗащита состоится 19 июня 2013 г в 17 час.
00 мин. на заседаниидиссертационного совета Д 501.002.01 при Московском государственномуниверситете имени М. В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва,Ленинские горы, д.1, стр. 2, Физический Факультет, ЮФА.С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научнойбиблиотеки МГУ имени М.В. Ломоносова (Ломоносовский просп., д.27)Автореферат разослан 17 мая 2013 г.Ученый секретарьдиссертационного советакандидат физико-математических наукЛаптинская Т. В.Общая характеристика работыДиссертационная работа посвящена теоретическому исследованию излучения квантовых точек или молекул, расположенных в слоистых наноструктурахна основе диэлектриков, полупроводников и металлов. Особое внимание уделено изучению влияния наноструктурирования на время жизни возбуждённогосостояния квантового излучателя, диаграмму направленности излучения, радиационную эффективность, а также поляризацию излучения. Для моделированияраспространения света внутри наноструктуры использовался метод оптическойматрицы рассеяния, а для моделирования излучения квантовых точек или молекул — модель осциллирующего точечного диполя.Актуальность проблемы.
Вот уже несколько десятилетий интенсивноразвивается новая ветвь физики - нанофизика. Стало возможным создание наноструктур, размеры структуризации которых достигают нескольких десяткови даже единиц нанометров. Такие наноструктуры обладают многочисленнымиинтересными свойствами, в том числе оптическими. К таким структурам относятся, например, фотонные кристаллы, в которых возможно образование запрещённых зон для фотонов, что позволяет, например, замедлять радиационное излучение атомов из такой структуры [1].
Настоящий бум в исследованиифотонных кристаллов начался в последнем десятилетии прошлого века послеработ [2, 3]. Фотонные кристаллы представляют собой структуры, диэлектрическая проницаемость которых изменяется периодически. В зависимости от размерности структуризации они делятся на три типа: одномерные, двумерные итрехмерные (см. Рис. 1).Если уменьшить период фотонного кристалла до размеров много меньших длины световой волны, то мы попадём в область так называемых метаматериалов [4–7].
Благодаря маленькому размеру элементов (так называемыхмета-атомов [8]) свет взаимодействует с метаматериалом как с некоторым эффективным однородным материалом, свойства которого могут сильно отличаться от оптических свойств материалов, встречающихся в природе. Поэтому метаматериалы могут найти применение в оптических приборах для различныхприложений. Самым известным примером метаматериала является среда с отрицательным показателем преломления [9–12], которая теоретически позволяетсоздать совершенную линзу [4].
Другим примером применения метаматериаловявляется маскировочное устройство (плащ-невидимка), которое заставляет светогибать объект так, что он кажется невидимым [5].Модификацией фотонных кристаллов являются фотонные квазикристаллы [13–16]. В квазикристаллических структурах отсутствует периодичность, ноприсутствует дальний порядок. Благодаря этому они наряду с кристаллами об3Рис. 1: Слева направо схематически показаны одномерный, двумерный, трехмерныйфотонные кристаллы и фотонно-кристаллическая слоистая система.
Разные цветасоответствуют материалам с разными значениями диэлектрической проницаемости.ладают дискретной картиной дифракции, но в отличии от них могут иметь запрещённые (для кристаллов) типы симметрии.Другой модификацией фотонных кристаллов являются фотоннокристаллические слоистые системы [17–20] (см. Рис. 1). Эти наноструктурысостоят из нескольких квазиоднородных слоёв, в каждом из которых диэлектрическая проницаемость меняется периодически вдоль двух направлений и не меняется вдоль третьего направления. Пример фотонно-кристаллической слоистойсистемы, описанной в работе [21], показан на Рис. 2. Благодаря интенсивномуразвитию планарной технологии выращивания наноструктур физика фотоннокристаллических слоистых систем превратилась в одну из наиболее быстроразвивающихся областей современной физики.
Поэтому весьма важной и актуальной задачей является разработка методов теоретического описания свойствфотонно-кристаллических структур.Другой актуальной проблемой современной физики является изучениевлияния окружения на излучение квантовой точки или молекулы.
Начиная с пионерской работы Пурселла [22], эта проблема привлекает большое вниманиеисследователей. Так в данной диссертационной работе исследовано излучениеточечного излучателя из трёх различных структур — массива диэлектрических(полупроводниковых) наностержней, решётки металлических наноантенн ЯгиУда, и из полупроводниковой гетероструктуры в виде волновода с кирально модулированной верхней частью.
Эти задачи ранее не решались. Первая из них является модельной и необходима для проверки резонансного приближения [23].Вторая задача весьма актуальна, в связи с интенсивным обсуждением и созданием в последнее время наноантенн оптического диапазона [24–31]. Третья задачатакже интересна, поскольку в последнее время стала актуальной задача созданиякомпактных источников циркулярно поляризованного света [32–35]. Эти источники важны для многочисленных приложений таких, как спектроскопия кру4гового дихроизма, киральный синтез в биологии и химии, управление спиновым состоянием в квантово-информационной технологии, а также сверхбыстроеуправление намагниченностью.Целью данной работы является разработка и применение для конкретных моделей метода расчёта оптических характеристик излучения осциллирующего точечного диполя, расположенного в фотонно-кристаллической слоистойструктуре, в том числе металло-диэлектрической.Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующиезадачи:1.
Разработать на основе метода оптической матрицы рассеяния способ вычисления диаграммы направленности, суммарной интенсивности и излучательной эффективности излучения осциллирующего точечного диполя,расположенного в фотонно-кристаллической слоистой системе.2. Разработать резонансное приближение для излучения осциллирующего точечного диполя, расположенного в фотонно-кристаллической слоистой системе.3. Исследовать излучение осциллирующего точечного диполя, расположенного в фотонно-кристаллическом слое диэлектрических наноколонн.4.
Исследовать излучение осциллирующего точечного диполя, расположенного в периодически упорядоченном массиве металлических (золотых) наноантенн Яги-Уда.5. Исследовать излучение случайно расположенных осциллирующих точечных диполей, помещённых в планарную полупроводниковую гетероструктуру, верхняя часть которой является киральным фотонным кристаллом.Основные положения, выносимые на защиту:1. Метод оптической матрицы рассеяния, использующий методы улучшениясходимости в виде правил факторизации и адаптивного пространственного разрешения, позволяет вычислить диаграмму направленности, интенсивность и излучательную эффективность излучения осциллирующего точечного диполя, расположенного в фотонно-кристаллической структуре, в томчисле металло-диэлектрической.2.
Резонансное приближение для расчёта излучения осциллирующего точечного диполя, расположенного в слоистой системе, эффективно в областичастот вблизи резонансной частоты.5Рис. 2: Схематическое изображение (слева) и электронные фотографии (справа)фотонно-кристаллической слоистой системы, состоящей из периодически упорядоченногомассива золотых наноантенн Яги-Уда [21].3. Основные особенности низкочастотного излучения осциллирующего точечного диполя, расположенного в фотонно-кристаллическом слое диэлектрических наноколонн можно объяснить, рассматривая простую модель взаимодействия диполя с резонансами Фабри-Перо собственных мод фотоннокристаллического слоя.
При этом суммарная интенсивность и диаграмманаправленности излучения сильно зависят от положения диполя, ориентации его дипольного момента и частоты колебаний.4. Система периодически упорядоченных золотых наноантенн Яги-Уда одновременно усиливает и позволяет перенаправить излучение осциллирующего точечного диполя. Это усиление сильно зависит от частоты колебаний,положения диполя и ориентации его дипольного момента.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
