Распространение поверхностных плазмон-поляритонов в слоистых структурах с управляемыми оптическими характеристиками (1104627), страница 4
Текст из файла (страница 4)
При значениях амплитуды неоднородности, близкихк критическому, часть компонент пространственного спектра плазмонногопучка попадает в область отражения, часть — в область прохождения, вследствие чего пучок делится неоднородностью на две компоненты.(а )(б )(в )Рис. 5. Динамика распространения сигнального плазмон-поляритонного пучка при выполнении условий (a) прохождения (< ),(б) отражения (неоднородности, и (в) частичного отражения (= ).> )от индуцированнойШирина индуцированной неоднородности в области взаимодействия показана серыми штриховыми линиями, чернымилиниями показана траектория плазмона.Проведенный расчет зависимости коэффициента прохождения от начального угла и амплитуды неоднородности показывает, что соотношение интенсивности прошедшей и отраженной компоненты определяется только пространственным спектром сигнального плазмона и амплитудой неоднородности, индуцированной опорным плазмоном.Коэффициент отражения от неоднородности для сигнального плазмонполяритона гауссовой формы шириной имеет вид:[︂]︂)︀1 1 (︀√20 − ,= + Φ √2 22(11)где Φ() — функция ошибок (функция Лапласа).При уменьшении ширины неоднородности начинает проявляться эффекттуннелирования сигнального плазмона.
Суть данного эффекта заключается в21том, что прохождение сигнального плазмонного пучка через неоднородностьможет наблюдаться даже в том случае, когда выполнены условия полноговнутреннего отражения, если ширина неоднородности в области взаимодействия достаточно мала.На рис. 6 показано взаимодействие сигнального плазмона с неоднородностями разной ширины (остальные параметры неоднородности и сигнального плазмонного пучка, такие как: амплитуда неоднородности, угол наклона и форма сигнального плазмона — выбраны одинаковыми во всех случаях). При достаточно большой ширине неоднородности при выбранных параметрах наблюдается полное внутреннее отражение сигнального плазмона отиндуцированной неоднородности. При уменьшении ширины неоднородностивсе большая часть излучения туннелирует через неоднородность, и в случаеочень маленькой ширины неоднородности наблюдается полное прохождениесигнального плазмона через неоднородность несмотря на выполнение условийдля полного внутреннего отражения.(а )(б )(в )(г )Рис.
6. Туннелирование сигнального плазмонного пучка через индуцированную неоднородность различной толщины: = 0.02 , 0.05 , 0.1 , 0.2 для рис. (а)-(г) соответственно.22Особое значение эффект туннелирования имеет в том случае, когда дляповышения интенсивности опорного плазмонного пучка и, следовательно, увеличения амплитуды индуцированной неоднородности, производится его фокусировка. В этом случае наиболее оптимальным является отражение сигнального пучка от перетяжки, в которой величина индуцированной неоднородности достигает наибольшего значения.
Таким образом, для управления сигнальным плазмонным пучком необходимо, чтобы в области взаимодействияширина опорного плазмона была достаточной для подавления эффекта туннелирования.Для осуществления переключения плазмонных пучков шириной 15 мкмна границе серебра (длина затухания составляет 100 мкм для длины волныизлучения 1500 нм) и плавленого кварца (обладающего кубичной нелинейностью с коэффициентом нелинейности 2 = 3.2 · 10−16 см2 /Вт) при распространении под углом 45 необходима интенсивность лазерного пучка накачкиоколо 1010 Вт/см2 .Результаты четвертой главы опубликованы в работах [13, 14].В Заключениисформулированыосновные результатыдиссертационной работы, которые заключаются в следующем.1.
Определена структура плазмон-поляритона при наличии оптической активности диэлектрика. Обнаружено наличие ТЕ-компонент поля плазмон-поляритона, пропорциональных коэффициенту гирации. Предложен метод измерения оптической активности диэлектрика, основанныйна исследовании поляризации плазмон-поляритона.2. Проанализировано влияние оптической активности на свойства плазмонов в тонких металлических пленках, окруженных гиротропными диэлектриками. Обнаружено усиление влияния гиротропии на свойствабыстрой плазмонной моды в тонкой металлической пленке при умень23шении её толщины.3.
Получено аналитическое выражение для критического значения коэффициента гирации, при превышении которого наблюдается нарушение локализации плазмон-поляритона в слоистой плазмон-поляритонной структуре с оптической активностью.4. Предложен новый метод измерения оптической активности диэлектриков, основанный на связи поляризационных свойств плазмон-поляритонов с коэффициентом гирации.5. На основе оригинальной теории дифракции плазмон-поляритонных пучков в слоистых структурах с метаматериалом предложен способ компенсации дифракционного расплывания.6.
Показано существование волноводных мод произвольного профиля врезонаторе, содержащем слоистый метаматериал, при достижении нулевой эффективной длины.7. Выявлены режимы отражения сигнального плазмон-поляритона и полного или частичного прохождения через индуцированную опорнымплазмон-поляритоном неоднородность.8. Предсказан эффект туннелирования сигнального плазмона через неоднородность, индуцированную узким опорным плазмонным пучком.Список публикаций1. Ignatyeva D. O., Kalish A. N., Levkina G. Y., Sukhorukov A.
P. Surface plasmon polaritons at gyrotropic interfaces // Physical Review A. 2012. Vol. 85.P. 043804.242. Sukhorukov A. P., Ignatyeva D. O., Kalish A. N. Terahertz and infrared surface wave beams and pulses on gyrotropic, nonlinear and metamaterial interfaces // Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 2011. Vol. 32,no. 10.
P. 1223–1235.3. Левкина Г. Ю., Сапарина (Игнатьева) Д. О., Калиш А. Н., Сухоруков А. П. Поверхностные плазмон-поляритонные волны в оптически активных средах // Известия РАН. Серия физическая. 2010. Т. 74, № 12.С. 1778–1781.4. Сухоруков А. П., Сапарина (Игнатьева) Д. О., Калиш А. Н. Поверхностные плазмон-поляритонные волны терагерцового диапазона в оптическиактивных средах // Вестник НГУ.
Серия: физика. 2010. Т. 5, № 4.С. 163–166.5. Saparina (Ignatyeva) D. O., Sukhorukov A. P. Unique mode properties of optical meta-cavities // Laser Physics Journal. 2009. Vol. 19, no. 5. P. 1125–1130.6. Сапарина (Игнатьева) Д. О., Сухоруков А. П. Свойства оптического резонатора, содержащего слоистый метаматериал // Оптика и спектроскопия(т.106, вып. 6).
2009. Т. 107, № 3. С. 440–444.7. Сапарина (Игнатьева) Д. О., Сухоруков А. П. Уникальные свойства открытых резонаторов и волноводов из слоистого метаматериала // Изв.вузов: Прикладная нелинейная динамика. 2009. Т. 17, № 3. С. 3–16.8. Панфилова Н. О., Сапарина (Игнатьева) Д. О., Сухоруков А.
П. Распространение волновых пучков в структурах, составленных из слоев с положительными и отрицательными показателями преломления // ИзвестияРАН. Серия физическая. 2006. Т. 70, № 12. С. 1722–1725.259. Сапарина (Игнатьева) Д. О., Сухоруков А. П. Волноводные моды резонатора, заполненного слоистым материалом с чередующимся знаком показателя преломления. // Ученые записки Казанского государственногоуниверситета. Серия Физико-математические науки, книга 2. 2008. Т.150. С.
208–213.10. Сапарина (Игнатьева) Д. О., Сухоруков А. П. Свойства гауссовых волноводных мод оптического резонатора с метаматериалом // Известия РАН.Серия физическая. 2008. Т. 72, № 12. С. 1700–1703.11. Сапарина (Игнатьева) Д. О., Сухоруков А. П. Управление характеристиками открытого резонатора путем внесения слоя метаматериала //Ученые записки Казанского государственного университета. Серия Физико-математические науки.
2009. Т. 151. С. 158–166.12. Сапарина (Игнатьева) Д. О., Сухоруков А. П. Дифракция поверхностныхплазмон-поляритонных волн в металлах и метаматериалах // ИзвестияРАН. Серия физическая. 2009. Т. 73, № 12. С. 1701–1704.13. Семенов А. Н., Смирнов А. П., Игнатьева Д. О., Сухоруков А. П. Математическое моделирование открытого микрорезонатора со слоем метаматериала // Известия РАН. Серия физическая.
2011. Т. 75, № 12.С. 1746–1749.14. Ignatyeva D. O., Sukhorukov A. P. Plasmon beams interaction at interfacebetween metal and dielectric with saturable Kerr nonlinearity // AppliedPhysics A. 2012. Vol. 109. P. 813–818.26.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
