Распространение поверхностных плазмон-поляритонов в слоистых структурах с управляемыми оптическими характеристиками (1104627)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиИгнатьева Дарья ОлеговнаРАСПРОСТРАНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХПЛАЗМОН-ПОЛЯРИТОНОВ В СЛОИСТЫХСТРУКТУРАХ С УПРАВЛЯЕМЫМИОПТИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ01.04.05 – ОптикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2013Работа выполнена на физическом факультете Московскогогосударственного университета имени М.В.Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор,Сухоруков Анатолий ПетровичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор,Короленко Павел Васильевичпрофессор кафедры оптики и спектроско­пии физического факультета МГУ имениМ.В.Ломоносова,кандидат физико-математических наук,Елютин Сергей Олеговичдоцент кафедры физики Национальногоисследовательского ядерного университета«МИФИ»,Ведущая организация:Санкт-Петербургский национальный иссле­довательский университет информационныхтехнологий, механики и оптикиЗащита состоится «21» марта 2013 г.

в 17:30 часов на заседании диссертаци­онного совета Д 501.001.67 на физическом факультете Московского государ­ственного университета имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, г. Москва,ГСП-1, Ленинские Горы, МГУ, физический факультет, физическая аудиторияимени Р.В. ХохловаС диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной научной библиотекеМГУ имени М.В.Ломоносова.Автореферат разослан «21» февраля 2013 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,канд. физ.-мат. наукКоролев Анатолий ФедоровичОбщая характеристика работыДиссертационная работа посвящена исследованию распространения по­верхностных плазмон-поляритонов в слоистых структурах, содержащих сре­ды с управляемыми оптическими характеристиками, в качестве которых вы­ступают нелинейные диэлектрики, метаматериалы или гиротропные среды.Актуальность работыобусловлена фундаментальным и прикладныминтересом к свойствам и методам управления поверхностными плазмон-поля­ритонами.

Важность этих задач объясняется возможностью создания на ба­зе плазмонных структур новых оптических устройств и сенсоров, обладаю­щих высокой чувствительностью и компактными размерами. Также значи­тельный практический интерес представляет управление светом на наномас­штабах, для чего перспективным оказывается использование поверхностныхплазмон-поляритонов вследствие их высокой локализации, и, как следствие,большой интенсивности, приводящей к усилению ряда оптических, в том чис­ле нелинейных, эффектов.Особый интерес для фотоники представляют металло-диэлектрическиеструктуры, в которых возможно возбуждение поверхностных плазмон-поля­ритонов (плазмонов) — электромагнитных волн, обладающих рядом уникаль­ных свойств.

Плазмонные структуры характеризуются высокой концентраци­ей энергии электромагнитного поля вблизи металлической границы на про­странственных масштабах, меньших длины волны света. Поверхностные плаз­мон-поляритоны находят применение в различных областях фундаменталь­ной и прикладной физики, в том числе спектроскопии, ближнепольной оп­тике, нанолитографии. Перспективным представляется также использованиеплазмонных структур для создания компактных устройств оптической обра­ботки информации, сочленения оптических линий передачи информации снаноразмерными электронными устройствами генерации и управления опти­3ческим излучением.Ряд предложенных на сегодняшний день методов нелинейного управле­ния лазерным излучением (например, за счет солитонного взаимодействия,каскадных процессов в квадратично–нелинейных средах и других механиз­мов) требует сравнительно высоких мощностей, что затрудняет практиче­скую реализацию полностью оптических переключений, поэтому исследова­ние способов создания простых и компактных систем управления оптическимизлучением методами нелинейной плазмоники особенно актуально.

Перспек­тивы для использования в подобных системах именно плазмонных структуробусловлены высокой концентрацией энергии электромагнитного поля, при­водящей к росту интенсивности поверхностных волн на несколько порядковпо сравнению с возбуждающим их объемным излучением. Таким образом,полностью оптическое управление поверхностными волнами может осуществ­ляться с большей эффективностью, чем управление объемным излучением.Большой интерес для локализации оптического излучения представля­ют искусственные метаматериалы с отрицательной рефракцией.

В настоящеевремя изготавливаемые образцы представляют собой тонкие пленки площа­дью порядка нескольких квадратных сантиметров и толщиной менее деся­ти микрометров, что затрудняет их применение в объемных лазерных систе­мах. Однако уникальные свойства метаматериалов, обусловленные противо­направленностью фазовой и групповой скорости в них, проявляются не толь­ко у объемных, но и у поверхностных волн. Поэтому метаматериалы могутнайти применение в плазмонике для локализации оптического излучения.Также в последнее время был предложен ряд обладающих высокой чув­ствительностью сенсоров, принцип действия которых основан на зависимостисвойств поверхностных плазмон-поляритонных волн от свойств сред, в кото­рых они возбуждаются.

Исследование свойств плазмон-поляритонов в веще­ствах, обладающих естественной оптической активностью, позволит предло­4жить новые методы исследования гиротропных структур.Цель диссертационной работысостоит в теоретическом исследова­нии закономерностей распространения поверхностных плазмон-поляритоновв слоистых структурах, содержащих среды с управляемыми оптическими ха­рактеристиками: гиротропные и нелинейные диэлектрики, а также метамате­риалы с отрицательным показателем преломления.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:1. Разработать теорию и провести анализ поляризации, дисперсии и лока­лизации поверхностных плазмон-поляритонов в металло-диэлектриче­ских структурах, содержащих гиротропные диэлектрики.2. Обобщить квазиоптическую теорию дифракции на плазмон-поляритон­ные волновые пучки, распространяющиеся в плазмонных структурах,содержащих слоистые метаматериалы с отрицательной рефракцией,для анализа собственных частот и собственных мод плазмонных резо­наторов.3.

Создать теорию неколлинеарного взаимодействия двух поверхностныхплазмон-поляритонных пучков в диэлектрике с дефокусирующей нели­нейностью, разработка теоретической модели эффекта полного внутрен­него отражения сигнального плазмон-поляритона от индуцированнойопорным плазмоном неоднородности.Научная новизна1. Аналитическими и численными методами определены дисперсионные иполяризационные свойства и профили локализованных плазмон-поля­ритонных мод металло–диэлектрических структур, содержащих гиро­тропные диэлектрики с естественной оптической активностью.52. Обнаружена зависимость поляризации собственных мод гиротропныхплазмонных структур от коэффициента гирации. Определено критиче­ское значение коэффициента гирации, при превышении которого нару­шается локализация плазмон-поляритона.

Показано усиление влияниягиротропии на свойства быстрой плазмонной моды в тонкой металличе­ской пленке при уменьшении её толщины.3. Предложен новый метод измерения оптической активности диэлектри­ков, основанный на зависимости вектора поляризации плазмон-поляри­тонов от коэффициента гирации.4. Впервые построена теория дифракции поверхностных плазмон-поляри­тонных волновых пучков в структурах, содержащих слоистый метама­териал, и показана возможность подавления дифракционного расплы­вания в таких структурах.5. Предложен новый тип открытого резонатора для поверхностных плаз­мон-поляритонов, содержащий структуру из слоистого метаматериала,коэффициент дифракции в которой периодически изменяет знак.6.

Впервые построена теоретическая модель неколлинеарного взаимодей­ствия плазмон-поляритонных пучков в кубично-нелинейных диэлектри­ках с насыщением. С помощью геометрооптического и спектральногометодов построена теория эффекта полного внутреннего отражения сиг­нального плазмона от неоднородности диэлектрической проницаемости,индуцированной опорным плазмоном.Практическая значимостьРезультаты, изложенные в диссертации,могут быть использованы для создания сверхкомпактных устройств полно­стью оптической обработки информации, а также нового класса сенсоров оп­тической активности.6На защиту выносятся следующие основные положения:1.

Поляризационные свойства, дисперсия и профиль поверхностного плаз­мон-поляритона в металло-диэлектрических структурах, содержащихоптически активные слои.2. Нарушение локализации поверхностного плазмон-поляритона при пре­вышении критического значения коэффициента гирации.3. Метод измерения оптической активности диэлектриков, основанный насвязи вектора поляризации плазмон-поляритона с коэффициента гира­ции.4. Теория дифракции и условия подавления дифракционного расплыва­ния поверхностных плазмон-поляритонных пучков в структурах, содер­жащих слоистый метаматериал.5. Теория нелинейного неколлинеарного взаимодействия плазмон-поляри­тонных пучков в керровской среде с насыщением нелинейности.

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.

Список файлов диссертации