Распространение поверхностных плазмон-поляритонов в слоистых структурах с управляемыми оптическими характеристиками (1104627), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Эф­фект полного внутреннего отражения сигнального плазмон-поляритонаот индуцированной опорным плазмоном неоднородности.6. Эффект туннелирования сигнального плазмона через неоднородность,индуцированную узким опорным плазмонным пучком.АпробацияработыОсновные результаты диссертации докладыва­лись на следующих конференциях: Международный симпозиум 50 yearsof Nonlinear Optics — NLO50 (Барселона, 2012), Симпозиум Progress inElectromagnetics Research Symposium — PIERS (Москва, 2012), Междуна­родная конференция Days on Diffraction (Санкт-Петербург, 2012, 2011, 2009,2008), Международная конференция 3rd International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics — META-2012 (Париж, 2012),7Всероссийская школа-семинар «Волновые явления в неоднородных средах»(Москва, 2012, 2010, 2008), Всероссийская школа-семинар «Физика и при­менение микроволн» (Москва, 2011, 2009, 2007), Международная конфе­ренция 11-th International Conference on Laser and Fiber-Optical NetworksModeling — LFNM (Харьков, 2011), Международная конференция молодыхученых и специалистов «Оптика-2011» (Санкт-Петербург, 2011), Школа пометаматериалам и и наноструктурам (Санкт-Петербург, 2011), Междуна­родная конференция Ломоносов (Москва, 2011, 2010, 2008), Международ­ная молодежная научная школа «Когерентная оптика и оптическая спек­троскопия» (Казань, 2010, 2009, 2008, 2007), Международный симпозиум«Terahertz Radiation: Generation and Application» (Новосибирск, 2010), Меж­дународная конференция International Conference on Lasers, Applications, andTechnologies — ICONO/LAT (Казань, 2010), Международная конференция«Wave Elecronics and Its Applications in the Information and TelecommunicationSystems» (Санкт-Петербург, 2010), Международная конференция «Лазернаяфизика и оптические технологии» (Минск, 2010), Международная школа«Хаотические автоколебания и образование структур» — ХАОС-2010 (Сара­тов, 2010), Международная зимняя школа-семинар по электронике СВЧ ирадиофизике (Саратов, 2009), Международный семинар International LaserPhysics Workshop (Барселона, 2009), Международная конференция AdvancedLaser Technologies — ALT-09 (Анталия, 2009, Сойфок, 2008), Международ­ная конференция Discrete Optics and Beyond (Бад-Хоннеф, 2008), Между­народная конференция Laser Optics (Санкт-Петербург, 2008), Международ­ная конференция «International Conference on Advanced Optoelectronics andLasers» — CAOL (Алушта, 2008), Международная конференция «PeriodicNanostructures for Photonics» (Бад-Хоннеф, 2008), Международная конферен­ция «Topical Meeting on Optoinformatics» (Санкт-Петербург, 2008), Междуна­родная конференция «Фундаментальные проблемы оптики» (Санкт-Петер­8бург, 2008), Международные чтения по квантовой оптике (Самара, 2007).ПубликацииМатериалы диссертации опубликованы в 59 печатных ра­ботах, из них 14 статей в рецензируемых журналах, 20 статей в нерефериру­емых журналах и сборниках трудов конференций и 25 тезисов докладов.Достоверностьполученных результатов обусловлена адекватностьюиспользованных физических представлений и математических методов, вы­бранных для решения поставленных задач, корректностью использованныхприближений, а также соответствием результатов, полученных в результатетеоретических и численных расчетов.Личный вклад автораСодержание диссертации и основные положе­ния, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубли­кованные работы.

Подготовка к публикации полученных результатов прово­дилась совместно с соавторами, при этом вклад диссертанта был определя­ющим. Все представленные в диссертации результаты получены лично авто­ром.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения,4 глав, заключения и библиографии. Общий объем диссертации составляет143 страницы, включая 41 рисунок. Библиография включает 123 наименова­ния.Содержание работыВо Введенииобоснована актуальность диссертационной работы, сфор­мулирована цель и аргументирована научная новизна исследований, показанапрактическая значимость полученных результатов, представлены выносимыена защиту научные положения.Первая главапредставляет собой обзор теоретических и эксперимен­тальных работ, посвященных методам локализации и управления светом.9Описаны основные свойства и принципы изготовления структурированныхметаматериалов с отрицательной рефракцией.

Рассмотрены оптические ха­рактеристики плазмонных структур и способы их контроля, в том числе осно­ванные на магнитооптических механизмах переключения. Также приводитсякраткий обзор методов управления лазерным излучением в нелинейных ди­электриках.Вторая главапосвящена исследованию основных характеристик по­верхностных плазмон-поляритонов в структурах, содержащих гиротропныедиэлектрики. Глава состоит из двух разделов, в которых анализируются дис­персионные и поляризационные свойства, а также локализация поверхност­ных волн в двух геометриях: на уединенной металло-диэлектрической гра­нице и в трехслойной структуре, в которой слой металла заключен междудвумя диэлектриками.В первой части проведено исследование свойств поверхностных плазмон­поляритонов, возбуждаемых на границе металла и гиротропного (оптическиактивного) диэлектрика.

Решение уравнений Максвелла с соответствующимиграничными условиями показывает, что вследствие гиротропии среды изме­няется структура плазмон-поляритона. В оптически активном диэлектрикеповерхностный плазмон представляет собой сумму двух парциальных компо­нент с различными коэффициентами локализации и отличающейся поляри­зацией:[︂ (︂⃗ = 1 − 1 ⃗ − ⃗ +(︂ 122 ⃗ − ⃗ −2)︂⃗ exp(−1 ||)+1)︂]︂⃗ exp(−2 ||) exp( − ),2(1)⃗ — электрическое поле поверхностной волны частоты с постояннойгде распространения , 1,2 и 1,2 — волновые числа и коэффициенты лока­лизации, соответствующие двум собственным волнам в оптически активном10диэлектрике, коэффициенты 1,2 описывают амплитуды парциальных компо­нент и определяются граничными условиями. Поверхностная волна распро­страняется вдоль оси , ось расположена по нормали к границе разделасред.Естественная оптическая активность обычно характеризуется достаточ­но небольшими значениями коэффициента гирации .

Например коэффици­ент гирации в скипидаре 0 = 2 · 10−6 , в хлорате натрия 0 = 2 · 10−5 ,где 0 = / — волновое число в вакууме. Для таких сред можно применитьлинейное по 0 приближение при анализе свойств плазмонов. В рамках дан­ного приближения показано, что оптическая активность не влияет на посто­янную распространения поверхностного плазмон-поляритона, его профиль илокализацию в металле и диэлектрике.Оптическая активность изменяет поляризацию поверхностного плазмон­поляритона. Все шесть компонент электромагнитного поля отличны от нуля,причем ТМ–компоненты ( , , ) остаются теми же, что и в отсутствиеоптической активности, и, кроме того, появляются ТЕ–компоненты ( , , ), пропорциональные коэффициенту гирации.

Кроме того, поляризацион­ная структура плазмон-поляритона в оптически активной среде приобретаетнеоднородность в поперечном направлении (поляризация изменяется в за­висимости от координаты ). В приповерхностной области, в которой поле−1плазмон-поляритона существенно отлично от нуля, то есть, для || ∼ 1,2,наблюдается линейный рост ТЕ–компонент при удалении от границы разделасред.В средах с большими значениями коэффициента гирации, например,некоторых кристаллов, таких, как триогаллат серебра (0 = 1.4 · 10−3 ), се­леногаллат серебра (0 = 5 · 10−4 ), искусственных метаматериалов (0 ∼10−3 ) и жидких кристаллов (0 ∼ 10−1 ), линейное приближение не приме­нимо, поэтому задача о свойствах плазмон-поляритонов решалась численно.11В плазмонных структурах, содержащих слои с сильной гиротропией, выяв­лено увеличение постоянной распространения за счет оптической активностидиэлектрика.

Также при этом происходит изменение коэффициентов лока­лизации поверхностной волны в диэлектрике: они приобретают линейные покоэффициенту гирации добавки, равные по величине и противоположные познаку. Это приводит к тому, что при достижении критического значения ко­эффициента гирации:322 0 =| | + (2)один из коэффициентов локализации обращается в ноль, что соответствуетнарушению локализации поверхностной волны.

Для больших значений коэф­фициента гирации локализованные поверхностные волны возбуждены бытьне могут. На рисунке 1, а представлены зависимости постоянной распростра­нения и коэффициентов локализации на границе серебра и диэлектрика с = 2, 2, рассчитанные для длины волны 1240 нм, на рисунке 1, б изображе­ны профили поверхностного плазмон-поляритона в диэлектрике при различ­ных значениях коэффициента гирации.Вторая часть второй главы посвящена исследованию свойств плазмон­поляритонов в трехслойных структурах, где металл заключен между двумядиэлектриками. Дисперсионные свойства плазмон-поляритонов и их локали­зация в таких структурах существенно зависят от толщины металлическогослоя. Из уравнений Максвелла с граничными условиями для тангенциальныхкомпонент поля получена дисперсионная матрица, позволяющая численнорассчитать профиль, поляризацию и дисперсию собственных мод трехслой­ной структуры.Проведены расчеты характеристик плазмон-поляритонов как в симмет­ричных структурах, где слой металла окружен двумя одинаковыми диэлек­триками, так и в асимметричных структурах, в которых диэлектрики раз­12(а )(б )Рис.

1. Зависимость постоянной распространения и коэффициентов локализации в ди­электрике (1,а)и профиля (1,б)поверхностного плазмон-поляритона от коэффициентагирации.личны. Обнаружены эффекты изменения собственной поляризации плазмон­поляритона и нарушения локализации при превышении критического значе­ния оптической активности.Установлено, что в обоих типах структур влияние гиротропии на свой­ства плазмон-поляритонов (дисперсию, локализацию, поляризацию) усилива­ется при увеличении доли энергии плазмон-поляритона, сосредоточенной вгиротропной среде. Соотношение энергии плазмон-поляритона, приходящей­ся на диэлектрики и металлы, зависит от двух факторов: длины локализациии соотношения между амплитудами плазмон-поляритона в этих средах в от­сутствие гиротропии.Проведенные численные расчеты показывают, что гиротропия влияет вбольшей степени на свойства быстрых мод симметричных структур, причемпроисходит усиление эффектов при уменьшении толщины слоя металла, таккак электромагнитное поле быстрой моды преимущественно сосредоточено вдиэлектриках, и «выталкивается» из металла при уменьшении его толщины.В трехслойных структурах, в которых металл окружен различными диэлек­13триками, наблюдается значительная асимметрия профилей плазмон-поляри­тонных мод: основная энергия быстрой моды сосредоточена вблизи грани­цы металла и диэлектрика с меньшим показателем преломления, медленноймоды — вблизи границы металла и диэлектрика с большим показателем пре­ломления.

Характеристики

Список файлов диссертации