Автореферат (1104674), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Поэтому вблизипересечения двух дисперсионных кривых ППП на границах металл/воздухи металл/магнитный диэлектрик происходит усиление величины ЭЭК длякаждой из мод.На рис. 3(б) изображено распределение магнитного поля световойволны вблизи решетки при возбуждении двух мод ППП (θ = 49°, энергияфотона 1,38 эВ). Приведенное распределение поля подтверждаетнаписанные выше рассуждения об одновременном возбуждении ППП наобеих границах воздух/металл и металл / магнитный диэлектрик.(а)(б)(в)Рис. 3.
(а) Схема исследуемого плазмонного кристалла с магнитным слоем.(б) Численно рассчитанное распределение квадрата модуля напряженности магнитногополя |H|2 при пересечении дисперсий ППП на разных границах золота. (в) Величинаэкваториального эффекта Керра в прошедшем свете при углах падения от 41° до 61°.14В третьей части главы изложены результаты экспериментальногоисследования оптических и магнитооптических свойств структур,представляющих собой одномерные магнитофотонные кристаллы (МФК),покрытые одномерными плазмонными решетками.В начале раздела дано описание исследуемого экспериментальногообразца МФК с плазмонным покрытием (Рис. 4(а)); приведено описаниесозданнойэкспериментальнойустановкидляизмерениямагнитооптических эффектов Фарадея и экваториального эффекта Керра.Далее описываются экспериментально наблюдаемые особенностиоптических спектров одномерного МФК с плазмонной решеткой,проводится сравнение со структурой без решетки.
В периодическихструктурах исследуемого типа одновременно возбуждаются оптическиерезонансы, связанные с поверхностными плазмон-поляритонами награницах металлической решетки и модами магнитофотонного кристалла(Рис. 4(б)). Возбуждение таких мод приводит к появлению новыхрезонансов в спектрах коэффициентов отражения и пропусканияструктуры внутри фотонной запрещенной зоны. Вблизи новыхособенностей оптических спектров наблюдается появление и резонансноеусиление магнитооптических эффектов Фарадея и Керра (Рис. 5).Резонансное возрастание угла фарадеевского вращения составляет до 50%и происходит за счет увеличения добротности микрорезонатора при(а)(б)Рис. 4.
(а) Схематическое изображение исследуемой структуры и (б) ее собственныхоптических мод: (I) мода микрорезонатора Фабри-Перо, (II) волноводная модамагнитного слоя, (III) волноводные моды, локализованные в слоях с большимпоказателем преломления, (IV) поверхностные плазмон-поляритоны на границахраздела золото/диэлектрик.15нанесении золотой решетки. Величина экваториального эффекта Керрарезонансно увеличивается в два раза по сравнению со случаем отсутствиязолотой решетки на поверхности МФК.1,060,84-80,4-120,2-16R0,60,0-20550 600 650 700 750 800Длина волны, нм-20,20,0595(б)-4625655Длина волны, нм1,060,83R0,600,4-30,20,0595625655-3(а)-6685R/R, 10Коэффициент пропускания-4-30,800,4o0Угол Фарадея,1,0R/R, 1020,6-6685Длина волны, нм(в)Рис. 5. (а) Экспериментальные спектры коэффициента пропускания и угла ФарадеяМФК с нанесенной плазмонной решеткой (сплошные линии) и без нее (пунктирныелинии).
Падение света нормальное, поляризация перпендикулярна щелям зоолотойрешетки.(б, в) Экспериментальные оптические спектры (левая шкала) и магнитооптическиеспектры ЭЭК (правая шкала) в отражении для МФК без золотой решетки (б) и МФК срешеткой (в) при угле падения света 10о. Падающий свет имеет ТМ-поляризацию.В четвертой главе рассмотрены особенности взаимодействияоптических мод плазмонной решетки и акустической волны,распространяющейся в многослойной структуре. Случаи, когдаакустическая волна распространяется в однородной среде и модулируетоптические свойства плазмонной решетки, нанесенной на поверхностьподложки, рассматривались ранее в работах других авторов [6,7]. В главеприведены результаты исследования для случая, когда подложка являетсямногослойной периодической структурой и представляет собойакустическую сверхрешетку с приповерхностным дефектом и нанесеннойна дефект плазмонной решеткой (Рис.
6). В такой структуре происходит16локализация акустической энергии вслое дефекта, что приводит кувеличениюэффективностивзаимодействияплазмонныхиакустических волн.Слоистаяпериодическаяструктура, являющаяся подложкойодномерной плазмонной решетки,представляет собой акустическуюсверхрешетку. Она состоит из Рис. 6. Схема рассматриваемой акустопериодической последовательности плазмонной структуры.
l - толщиначередующихся слоев материалов «1» золотой решетки; d1 и d2 – толщиныматериалов (1) и (2), составляющихи «2», имеющих толщины d1 и d2акустическую сверхрешетку; L –соответственно;период толщина акустической полости изсверхрешетки равен d = d1 + d2. На материала (1).верхнейгранисверхрешеткирасположен дополнительный слой материала «1» толщиной L, которыйпредставляет собой дефект периодической структуры – акустическуюполость. Материалы «1» и «2» имеют различающиеся между собойконстанты упругости, что приводит к формированию областизапрещенных частот для фононов в сверхрешетке [8]. Это явлениеаналогично формированию фотонной запрещенной зоны в фотонныхкристаллах. Верхний слой толщины L, как сказано выше, играет рольдефекта сверхрешетки, и внутри фононной запрещенной зоны появляетсяузкий энергетический уровень для фононов – аналог оптическогосостояния Тамма для фотонов в фотонных кристаллах [9].
Возбуждениетакого фононного приповерхностного состояния приводит к локализацииэнергии акустической волны вблизи плазмонной решетки. Это повышаетэффективность фонон-плазмонного взаимодействия и приводит кувеличению эффективности воздействия высших гармоник акустическогоимпульса на оптический отклик структуры.Взаимодействие акустической волны, локализованной внутриполости, и электромагнитного поля, локализованного вблизи170золото/воздухR, %-2-3300,50,00,5-1601,0золото/GaAs0,60,70,80,9Длина волны, мкм00,61,0(в)RR/R0,7-40,8Длина волны, мкм-3Период решетки, мкм1,5190R/R, 10(а)2,0-50,9(г)(б)Рис. 7.
(а) Дисперсионные характеристики поверхностных плазмон-поляритонов награницах золото-воздух и золото-GaAs, рассчитанные в приближении пустой решетки;(б) зависимость относительного изменения коэффициента отражения структуры отдлины волны падающего света и периода золотой решетки. (в) Спектры коэффициентаотражения R структуры (сплошная линия) и его относительного изменения привозбуждении в сверхрешетке акустической волны для случая, когда дисперсионныезависимости двух ППП находятся близко друг к другу (период решетки 430 нм, см. (б)).(г) пространственной распределение магнитной компоненты поля, соответствующеемаксимальному значению величины ∆R/R.металлической решетки за счет возбуждения собственных оптических модрешетки, происходит за счет двух эффектов.
Первый – фотоупругиевозмущения диэлектрической проницаемости материалов в акустическойполости и акустической сверхрешетке. Второй – изменение толщиныметаллической решетки δl. Оба типа изменений приводят к модуляцииусловий возбуждения собственных оптических мод в решетке и модуляциикоэффициента отражения структуры. Для структуры без плазмоннойрешетки модуляция коэффициента отражения ΔR/R не превышает 4∙10-5 вдиапазоне длин волн 600-900 нм.В результате численного моделирования показано, что зависимостиспектрального положения резонансов величины ΔR/R повторяют182R, %6013000,6(а)(б)00,70,8Длина волны, мкм-33RR/RR/R, 1090-10,9(в)Рис.
8. (а) Зависимость величины ∆R/R от периода решетки dgr и относительнойширины воздушной щели wgr. Стрелкой указан резонанс ∆R/R0 с наибольшейамплитудой. Пунктирными линиями изображены кривые wAu=const и wair=const, где wAu– ширина золотой полоски, wair – ширина воздушной щели в золотой решетке.(б) Спектр коэффициента отражения R и величины ∆R/R при параметрах золотойрешетки,соответствующихточке,указаннойстрелкойнарис.(а).(в) пространственной распределение магнитной компоненты поля, соответствующеемаксимальному значению величины ∆R/R.дисперсионные зависимости поверхностных плазмон-поляритонов,возбуждаемых на нижней границе решетки (Рис. 7). При этом величинаΔR/R резонансно возрастает почти на два порядка по сравнению сослучаем отсутствия плазмонной решетки.Также резонансное увеличение величины ΔR/R происходит привозбуждении локализованных плазмонных мод структуры, когда величинавоздушного зазора между металлическими полосками становитсязначительной, и возбуждения распространяющихся ППП не происходит.Спектральное положение пиков величины ΔR/R при этом определяетсяшириной металлических полос решетки (Рис.
8). Так же, как и привозбуждении распространяющихся ППП в решетке, величина ΔR/Rвозрастает на два порядка по сравнению со случаем отсутствияплазмонной решетки.19ВЗаключениисформулированыосновныерезультатыдиссертационной работы, которые заключаются в следующем:1. Проанализировано влияние фотовозбуждения электронов металлафемтосекундным плазмонным импульсом накачки на длительность иформу сигнального плазмонного импульса и на временную задержкумежду двумя плазмонными импульсами. Продемонстрированазависимость длительности сигнального импульса от временнойзадержки между плазмонными импульсами. При взаимодействииплазмонных импульсов длительность сигнального импульсаизменяется на 30%, если плотность энергии лазерного импульсанакачки составляет 1,5 мДж/см2.
При этом изменение временнойзадержки между импульсами зависит от параметров импульсов идостигает 25 фс.2. Выявлено, что поверхностная плазмонная волна, распространяющаясявдоль границы между металлом и магнитным диэлектриком, влияетна состояние намагниченности магнитного диэлектрика за счетобратного эффекта Фарадея.
Аналитически показано, что в результатеинтерференции нескольких плазмон-поляритонов происходитлокальное усиление обратного эффекта Фарадея в областях сразмерами порядка 100 нм при возбуждении плазмонов светом сдлиной волны, лежащей в оптическом диапазоне.3. Развита теоретическая модель, описывающая экспериментальнонаблюдаемый магнитооптический экваториальный эффект Керра вплазмонных кристаллах при возбуждении поверхностных плазмонполяритонов на границе металл/воздух. Причина возникновенияэффекта состоит во взаимодействии плазмон-поляритонов награницах металл/воздух и металл/магнитный диэлектрик.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
