Резонансные оптические и магнитооптические эффекты в наноструктурах и фотонных кристаллах (1104659), страница 5
Текст из файла (страница 5)
При контролируемом сближении пары микрочастиц SiO2 диаметром 2мкм, частично покрытых наночастицами серебра диаметром 30 нм, нарасстояния порядка 30 нм с помощью двулучевого лазерного пинцета обнаружено усиление люминесценции в 2 раза. Это обусловлено усилениемлокального оптического поля вблизи металлических наночастиц, покрывающих микрочастицы. Взаимодействие захваченных частиц друг с другомпри их сближении приводит к резонансному усилению оптического поляв зазоре между ними, сопровождающемуся вспышками люминесценции в2.6 раза сильнее фонового значения193.
Методом фотонно-силовой лазерной микроскопии измерена величина силы, действующей на захваченную микрочастицу (d = 2 мкм), частичнопокрытую металлическими наночастицами (d = 30 нм) и погруженнуюв водный раствор красителя родамина 6Ж, при облучении захваченнойчастицы лазерным излучением. Величина такой силы составляет 40 фНпри мощности зондирующего лазерного излучения 1 мкВт и длине волныλ = 532 нм. При мощности лазерного излучения 1600 мкВт обнаруженысиловые флуктуации до 400 фН, коррелирующие с флуктуациями усиления люминесценции. Это может быть интерпретировано, как результатоптической отдачи при плазмонно-усиленной люминесценции вблизи металлических наночастиц, покрывающих захваченную микрочастицу4.
Продемонстрирована возможность возбуждения поверхностных плазмонполяритонов в одномерных и двумерных никелевых структурах при соблюдении условий фазового синхронизма между компонентной падающейобъемной волны, волновым вектором поверхностного плазмона и векторомобратной решетки структуры. Обнаружен резонансный провал в спектрахотражения таких структур, соответствующий возбуждению поверхностных плазмонов.
Характерная спектральная ширина особенности составляет ∆λ ' 20 нм на длине волны λ ' 600 нм5. Обнаружены резонансные особенности в спектральных зависимостях экваториального эффекта Керра, коррелирующие со спектральными особенностями коэффициентов отражения в двумерных и одномерных периодических никелевых наноструктурах. Для одномерных структур резонансная особенность в спектральной зависимости магнитооптическогоэффекта Керра составила 2 · 10−3 , что в 20 раз превышает соответствующее значение эффекта для гладкой поверхности никеля на той же длиневолны (λ = 620 нм)6. Методом матриц распространения проведен расчет оптических и магнитооптических свойств одномерных фотонно-кристаллических структур сучетом дисперсионных свойств материалов слоев. Для фотонных кристаллов с 11 слоями показано усиление эффекта Фарадея на длинноволновомкраю фотонной запрещенной зоны в 6.5 раз по сравнению с однороднойпластиной Bi:YIG такой же толщины.
Проведена аппроксимация результатов экспериментального измерения величины эффекта Фарадея в таких структурах. Рассмотрены механизмы усиления эффекта Фарадея водномерных фотонных кристаллах и микрорезонаторах, связанные с пе20рераспределением пространственной локализации оптического поля в слоях структур. Показано, что усиление эффекта Фарадея наблюдается приусловии максимумов стоячей электромагнитной волны в магнитных слоях структуры, что имеет прямую аналогию с эффектом Боррманна длякристаллов.
По результатам численных расчетов также обнаружена нелинейная зависимость фарадеевского угла от толщины фотонного кристалла7. Экспериментально обнаружена зависимость фарадеевского угла от времени при прохождении ультракороткого лазерного импульса длительностью∼ 100 фс через тонкие пленки гадолиний-галлиевого граната с толщинамиd = 11 мкм и d = 30 мкм. С помощью модифицированного метода матрицраспространения показано влияние резонансных спектральных особенностей тонких пленок и фотонно-кристаллических структур на динамикуэффекта Фарадея для ультракоротких лазерных импульсов.Список цитируемой литературы[1] Tsvi Tlusty, Amit Meller, Roy Bar-Ziv.
Optical gradient forces of stronglylocalized fields// Phys. Rev. Lett. Aug 1998. Т. 81, С. 1738–1741.[2] G. Romano, L. Sacconi, M. Capitanio, F. S. Pavone. Force and torquemeasurements using magnetic micro beads for single molecule biophysics //Opt. Comm. 2002. Т. 215, С. 323–331.[3] Jens-Christian Meiners, Stephen R. Quake. Femtonewton force spectroscopyof single extended dna molecules//Phys. Rev.
Lett. May 2000. Т. 84, С. 5014–5017.[4] A. A. Grunin, A. G. Zhdanov, B. B. Tsema, A. A. Ezhov, T. V. Dolgova,E. A. Ganshina, M. H. Hong, A. A. Fedyanin. Magneto-optical responseenhancement in 1d and 2d magnetoplasmonic crystals// Proceedings of SPIE.2009. Т.
7353, С. 73530F–1–73530F–10.[5] V. I. Belotelov, I. A. Akimov, M. Pohl, V. A. Kotov, S. Kasture, A. S.Vengurlekar, Achanta Venu Gopal, D. R. Yakovlev, A. K. Zvezdin, M. Bayer.Enhanced magneto-optical effects in magnetoplasmonic crystals // NatureNanotechnology. 2011. Т. 6, С. 370–376.[6] D.S. Bethune.
Optical harmonic generation and mixing in multilayer media:analysis using optical transfer matrix techniques// J. Opt. Soc. Am. B. 1989.Т. 6, С. 910.21[7] A. Takayama, M. Egawa, K. Nisimura, M. Inoue, H. Kato. Theoretical analysisof optical and magneto-optical properties of one-dimensional magnetophotoniccrystals// Journ. of Appl. Phys. 2003. Т. 93, С. 3906.[8] J.M. Robertson, S. Wittekoek, P.F. Bonguers. Magneto-optic spectra andthe dielectric tensor elements of bismuth-substituted iron garanets at photonenergies between 2.2-5.2 ev// Phys. Rev. B. 1975.
Т. 12, С. 2777.Содержание диссертации отражено в следующих основных работах:[1] A. Zhdanov, M.P. Kreuzer, S. Rao, A. Fedyanin, R. Quidant, D. Petrov.Detection of plasmon-enhanced luminescence fields from an opticallymanipulated pair of partially metal covered dielectric spheres // Opt.
Lett.2008. Т. 33, С. 2749 – 2751.[2] A. Zhdanov, S. Rao, A. Fedyanin, D. Petrov. Experimental analysis of recoileffects induced by fluorescence photons // Phys. Rev. E. 2008. Т. 80, С.046602-1 – 046602-7.[3] A.B. Khanikaev, A.B. Baryshev, P.B. Lim, H. Uchida, M. Inoue,A.G. Zhdanov, A.A. Fedyanin, A.I. Maydykovskiy, O.A. Aktsipetrov.Nonlinear Verdet law in magnetophotonic crystals: interrelation betweenFaraday rotation and Borrmann effect-dimensional photonic crystals // Phys.Rev.
B. 2008. Т. 78, С. 193102-1 – 193102-4.[4] A.G. Zhdanov, A.A. Fedyanin, O.A. Aktsipetrov, D. Kobayashi, H. Uchida,M. Inoue. Enhancement of Faraday rotation at photonic-band-gap edge ingarnet-based magnetophotonic crystals // J. Magn. Magn. Mater. 2006. Т.300, С. e253 – e256.[5] A. A. Grunin, A. G. Zhdanov, A. A. Ezhov, E. A. Ganshina, A.
A. Fedyanin.Surface-plasmon-induced enhancement of magneto-optical Kerr effect in allnickel subwavelength nanogratings // Appl. Phys. Lett. 2010. Т. 97, С. 2619081 – 261908-3.22.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
