Излучение осциллирующего точечного диполя из металло-диэлектрических фотонно-кристаллических слоистых структур (1102993), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Использованиенескольких когерентных излучающих диполей, прикреплённых к различным наноантеннам массива, позволяет управлять диаграммой направленности излучения.5. Степень циркулярной поляризованности излучения случайно расположенных точечных диполей, помещённых в планарный диэлектрический волновод, верхняя часть которого является киральным фотонным кристаллом,при определённых параметрах структуры может превзойти 90%.Научная новизна:1. Разработан последовательный подход, основанный на оптической матрицерассеяния, к описанию распространения света в произвольной наноструктурированной слоистой системе и излучения света расположенным в нейосциллирующим точечным диполем.62.
Впервые этот метод обобщён для расчёта излучательной эффективности.3. Впервые разработано резонансное приближение для расчёта излучения осциллирующего точечного диполя, расположенного в фотоннокристаллической слоистой системе.4. Впервые исследовано излучение осциллирующего точечного диполя, расположенного в фотонно-кристаллическом слое диэлектрических наноколонн.5.
Впервые исследовано излучение осциллирующего точечного диполя, расположенного в периодически упорядоченном массиве металлических (золотых) наноантенн Яги-Уда.6. Впервые проведена оптимизация параметров структуры для полученияциркулярной поляризации излучения случайно расположенных осциллирующих точечных диполей, помещённых в планарный диэлектрический волновод, верхняя часть которого является киральным фотонным кристаллом,в зависимости от параметров наноструктурирования.Научная и практическая значимость полученных результатов обусловлена тем, что они важны для понимания электромагнитных свойств слоистыхмодулированных сред и для создания эффективных наноантенн оптического диапазона. Это направление исследований в настоящее время интенсивно развивается во всём мире.
Значимость полученных результатов подтверждается ихпубликацией в журналах с высоким индексом цитируемости (Письма в ЖЭТФ,Phys. Rev. B) и докладами (в том числе устными) на ведущих международныхконференциях.Степень достоверности полученных результатов обеспечивается проверкой использованных методов для известных предельных случаев. Результатынаходятся в соответствии с результатами, полученными другими авторами.Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на7 научных конференциях:1. XIV международный симпозиум "Нанофизика и наноэлектроника".15-19 марта 2010 г., Нижний Новгород.С. В. Лобанов, С. Г. Тиходеев, Н. А. Гиппиус, T. Weiss.Оптические характеристики осциллирующего точечного диполя в двумерных фотонных кристаллах.2. XII Всероссийская школа-семинар "Волновые явления в неоднородных средах".24-29 мая 2010 г., Звенигород, Московская обл.С.
В. Лобанов, С. Г. Тиходеев, Н. А. Гиппиус, T. Weiss.7Взаимодействие осциллирующего точечного диполя с модами Фабри-Перофотонно-кристаллического слоя.3. 18-ый Международный Симпозиум "Наноструктуры: Физика и технология".Июнь 21-26, 2010, Санкт-Петербург.S. V. Lobanov, T. Weiss, N. A. Gippius, S. G.
Tikhodeev.Emission of an oscillating point dipole from a periodic array of dielectricnanopillars.4. 11th International Conference on Physics of Light-Matter Coupling inNanostructures.April 4-8, 2011, Berlin, Germany, p. 230.S. V. Lobanov, T. Weiss, D.
Dregely, H. Giessen, N. A. Gippius, andS. G. Tikhodeev.Emission of an oscillating point dipole from a gold Yagi-Uda nanoantenna array.5. 19-ый Международный Симпозиум "Наноструктуры: Физика и технология".Июнь 20-25, 2011, Екатеринбург.S. V. Lobanov, T. Weiss, D. Dregely, H. Giessen, N. A. Gippius, andS.
G. Tikhodeev.Interaction of a point emitter with a gold Yagi-Uda nanoantenna array.6. XIII Всероссийская школа-семинар "Волновые явления в неоднородныхсредах".21-26 мая 2012 г., Звенигород, Московская обл.С. В. Лобанов, T. Weiss, D. Dregely, H. Giessen, Н. А.
Гиппиус и С. Г. Тиходеев.Управление излучением квантовых точек с помощью ансамбля оптическихнаноантенн Яги-Уда.7. XVII международный симпозиум "Нанофизика и наноэлектроника".11-15 марта 2013 г., Нижний Новгород.С. В. Лобанов, T. Weiss, Н. А. Гиппиус, K. Konishi, M. Kuwata-Gonokami иС. Г. Тиходеев.Управление поляризацией излучения квантовых точек при помощи слоя кирального фотонного кристалла.8Публикации. Основные результаты по теме диссертации изложены в10 печатных изданиях, 7 из которых изданы в тезисах докладов (см.
списокконференций выше), а 3 — в журналах, рекомендованных ВАК:1. Излучениеосциллирующеготочечногодиполяизфотоннокристаллического слоя диэлектрических наноколонн / С. В. Лобанов,Т. Вайсс, Н. А. Гиппиус и С. Г. Тиходеев // Письма в ЖЭТФ. 2011. Т. 93,№ 10. С. 615–619.2. Emission properties of an oscillating point dipole from a gold Yagi-Udananoantenna array / S. V. Lobanov, T. Weiss, D.
Dregely, H. Giessen,N. A. Gippius, and S. G. Tikhodeev // Physical Review B. 2012. Vol. 85.p. 155137.3. Спектроскопия квадратичного отклика системы магнитных наностержней /В. Л. Крутянский, И. А. Колмычек, С. В. Лобанов и Т. В. Мурзина // Известия РАН. Серия физическая. 2013. Т. 77, № 1. С. 72–75.Личный вклад автора является определяющим: все результаты работыполучены либо лично автором, либо при его непосредственном участии.Диссертационная работа была выполнена при поддержке фонда «Династия» (Конкурс для физиков – аспирантов и молодых ученых без степени), гранта РФФИ №12-02-31197-мол_а и Совета по грантам Президента Российской Федерации (Конкурс СП-2013).Содержание работыОбъем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, трёх глави заключения.Во введении обосновывается актуальность исследований, проводимых врамках данной диссертационной работы, приводится обзор научной литературыпо изучаемой проблеме, формулируется цель, ставятся задачи работы, сформулированы научная новизна и практическая значимость представляемой работы,а также защищаемые положения.Первая глава посвящена распространению света в слоистых структурах(см.
Рис. 3), состоящих из веществ с линейным локальным электромагнитнымоткликом. Под слоистыми понимаются структуры, которые можно мысленноразбить на несколько z-однородных слоёв, диэлектрическая и магнитная проницаемости которых не зависят от координаты z (т.е. являются функцией лишькоординат x, y и номера слоя i).9Рис. 3: На левом рисунке показано схематическое изображение слоистой системы, состоящейиз N z-однородных слоёв. На рисунке также показаны амплитуды мод ~ui и ~di ,распространяющихся вдоль оси z и против. На правом рисунке показано разбиение слоистойсистемы на элементарные рассеивающие объекты. Оператор рассеяния z-однородных слоёвсодержит один нижний индекс — номер слоя. Оператор рассеяния границы раздела слоёвсодержит два нижних индекса — номера примыкающих слоёв.
Оператор рассеяния всейсистемы обозначен красной буквой ŜВ параграфе 1.1 из уравнений Максвелла выводится уравнение, описывающее распространение электромагнитных волн в линейных диспергирующихсредах с локальным откликом:−idM = ĈM − iJ.dz(1)Входящие в это уравнение вектор электромагнитного поля M и вектор свободных токов J принадлежат некоторому абстрактному Гильбертову пространству, адействующий в этом пространстве оператор Ĉ может быть построен из распределений диэлектрической проницаемости ε и магнитной проницаемости µ. Решить уравнение 1 для произвольной системы не легче, чем уравнения Максвелла.
Однако это уравнение существенно упрощает исследование слоистых структур, что будет показано в последующих параграфах.В параграфе 1.2 показано, каким образом можно с помощью метода оператора переноса численно решить уравнение 1 как для произвольной слоистоймодулированной структуры, так и для фотонно-кристаллической. В конце параграфа делается важное замечание по поводу неустойчивости этого метода.В параграфе 1.3 рассматривается фундаментальная совокупность решений уравнения 1 для одиночного z-однородного слоя. Показано, что в zоднородном слое свет распространяется по собственным модам этого слоя. Каждая такая мода характеризуется своим распределением электромагнитного поля10m j и своим волновым числом K j . Поэтому удобно перейти от вектора электромагнитного поля M к амплитудам собственных мод z-однородного слоя ~u и ~d,описывающим распространение света в двух противоположных направлениях.В параграфе 1.4 получены два свойства собственных мод z-однородногослоя, первое из которых справедливо для произвольного z-однородного слоя, авторое – для слоя без поглощения.В параграфе 1.5 рассказывается о втором способе решения уравнения 1— с помощью метода оптической матрицы рассеяния.
Основная идея этого метода состоит в переходе от электромагнитного поля к амплитудам собственныхмод, разбиении слоистой структуры на элементарные рассеивающие объекты –z-однородные слои и границы раздела соседних слоёв (см. Рис. 3), нахожденииоператоров рассеяния всех элементарных рассеивающих объектов Ŝ i , Ŝ i,i+1 и последовательном объединении операторов рассеяния в один оператор рассеяниявсей слоистой системы Ŝ .Краткие итоги главы 1 обобщены в параграфе 1.6.Вторая глава посвящена расчёту излучения квантовой точки или молекулы, расположенной в фотонно-кристаллической слоистой структуре. Для моделирования процесса излучения используется модель осциллирующего точечного диполя (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
