Диссертация (1104675), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Эта особенность плазмонных структур5может использоваться для сочленения традиционных устройств электроники иоптических элементов передачи и обработки информации.В большинстве практически значимых случаев важной является возможностьуправления оптическими свойствами плазмонных структур, например, ихкоэффициентами отражения и прохождения. К настоящему времени предложенозначительное количество методов такого активного управления посредствомвнешнеговоздействия.Вкачествевнешнеговоздействияприменяютсяэлектрическое или магнитное поля, нагрев материалов, акустические волны и др.Зависимость оптических свойств плазмонных структур от внешнего воздействияможет использоваться в различных сенсорах: магнитного поля, акустическихколебаний и др.Актуальностьработыобусловленанеобходимостьюувеличенияэффективности управления оптическим излучением и плазмон-поляритонами,связанной с развитием технологий нанофотоники.
Кроме того, большую важностьимеет задача уменьшения пространственных и временных масштабов, на которыхреализован контроль оптических мод. Описание закономерностей взаимодействиясвета с плазмонными структурами необходимо для создания новых устройствоптической обработки и передачи информации.Цельюдиссертационнойработыявляетсятеоретическоеиэкспериментальное изучение особенностей оптических и магнитооптическихэффектов и закономерностей, связанных с возбуждением плазмон-поляритонов иволноводных мод в плазмонных структурах при внешнем оптическом, магнитноми акустическом воздействиях.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:1. Разработать теорию и провести анализ нелинейного взаимодействияимпульсовплазмон-поляритоновметалла.6прифотовозбужденииэлектронов2. Развитьиэкспериментальнопроверитьтеоретическиемодели,описывающие интенсивностные и поляризационные магнитооптическиеэффекты в периодических структурированных средах.3.
Построитьтеоретическуюмодельближнепольноговзаимодействияакустических и плазмон-поляритонных мод. Провести анализ условийусиления акустооптических эффектов при структурировании плазмоннойпленки.Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:1. Впервые выполнено теоретическое исследование изменения длительности ивременизадержкимеждуимпульсамиплазмон-поляритоновприфотовозбуждении электронов металла.2.
Предсказано появление намагниченности структуры за счет обратногоэффектаФарадеяприраспространенииповерхностныхплазмон-поляритонов вдоль границы металл / магнитный диэлектрик.3. Предложена теоретическая модель, описывающая особенности появления иусиленияэкваториальногоэффектаКеррапривозбужденииплазмон-поляритонов на границе металл/воздух в магнитоплазмонныхструктурах.4.
Впервые экспериментально продемонстрировано появление и резонансноеусиление магнитооптических эффектов при возбуждении волноводных иплазмонных мод магнитофотонных кристаллов с плазмонной решеткой.5. Впервые исследовано резонансное изменение оптического коэффициентаотражения акустической сверхрешетки с плазмонным покрытием привзаимодействии поверхностных плазмонных и акустических мод.Практическая значимость диссертационной работыРезультаты, изложенные в диссертации, могут быть применены для созданияновых типов устройств обработки и записи информации оптическими и7магнитооптическими методами, а также для повышения чувствительностисенсоров магнитного поля и акустических волн.Научные положения и результаты, выносимые на защиту:1.
При фотовозбуждении электронов металла фемтосекундным плазмоннымимпульсом накачки длительность сигнального импульса изменяется на 30%,если плотность энергии лазерного импульса накачки составляет порядка1,5 мДж/см2. При этом изменение временной задержки между импульсамизависит от их параметров и достигает 25 фс.2. Поверхностные плазмон-поляритоны, распространяющиеся вдоль границыметалл / магнитный диэлектрик, индуцируют намагниченность диэлектриказа счет обратного эффекта Фарадея.3.
Магнитооптический экваториальный эффект Керра при возбужденииплазмон-поляритоновнаграницеметалл/воздухобусловленвзаимодействием плазмон-поляритонов на границах металл/воздух иметалл/магнитный диэлектрик и может быть описан моделью связанныхосцилляторов.4. В магнитофотонных кристаллах с плазмонным покрытием при возбужденииволноводныхмод,локализованныхвбрэгговскихзеркалахимикрорезонаторном слое, магнитооптические эффекты Фарадея и Керрарезонансно усиливаются в несколько раз.5. Модуляция оптического коэффициента отражения за счет акустическихволн в плазмонном кристалле резонансно усиливается в несколько десятковразприодновременномвозбуждениищелевыхилокализованныхплазмонных мод.Достоверностьрезультатовобусловленаадекватностьюиспользованныхфизических моделей и математических методов, выбранных для решенияпоставленных задач, корректностью использованных приближений, а такжесоответствиемрезультатовтеоретических8ичисленныхрасчетовиэкспериментальных данных.
Все используемые в экспериментах измерительныеприборыбылипротестированыиоткалиброваны,ихинструментальнаяпогрешность определялась независимо в ходе тестовых экспериментов с заведомопредсказуемыми результатами. Эксперименты выполнялись многократно сповторяемымирезультатами. Результаты опубликованыв рецензируемыхжурналах, обсуждены на международных конференциях, семинарах.Личный вклад автораВсе представленные в диссертации результаты получены автором лично или приего определяющем участии. Содержание диссертации и основные положения,выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованныеработы.
Подготовка к публикации полученных результатов проводиласьсовместно с соавторами, при этом вклад диссертанта был определяющим.Структура, объем и содержание работыДиссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемойлитературы. Работа содержит 132 страницы, включает 59 рисунков, 3 таблицы и165 библиографических ссылок.Основная часть работы имеет следующую структуру.Глава 1 представляет собой обзор теоретических и экспериментальных работ,посвященных общим свойствам плазмон-поляритонов и методам активногоуправления их характеристиками, а также оптическим и магнитооптическимсвойствам структурированных материалов, таких как фотонные кристаллы иплазмонные структуры.
Также приводится описание процесса фотовозбужденияэлектроновфемтосекунднымлазернымимпульсомисоответствующегоизменения диэлектрической проницаемости металла. В последней части главыприводится краткое описание численного метода связанных мод в пространствеФурье(RCWA),использованноговработемагнитооптических свойств слоистых структур.9длярасчетаоптическихиВ Главе 2 рассматриваются особенности взаимодействия импульсовповерхностных плазмон-поляритонов при фотовозбуждении электронов металла.В первой части главы проводится рассмотрение процессов фотовозбуждения итермализации электронов металла при распространении импульса поверхностныхплазмон-поляритонов.
Далее изложен вывод системы уравнений для медленноменяющихся амплитуд двух плазмонных импульсов, взаимодействующихпосредством неоднородности диэлектрической проницаемости металла прифотовозбуждении электронов; даны оценки начальных параметров импульсов длярешения полученной системы уравнений; приведен феноменологический анализизменений времени задержки между импульсами и длительности каждого изимпульсов. В заключительной части главы приведены результаты и анализчисленного решения полученной системы уравнений для гладкой границызолото-воздух.Глава3посвященарассмотрениюособенностеймагнитооптическихэффектов – эффекта Фарадея, экваториального эффекта Керра и обратногоэффекта Фарадея – при возбуждении поверхностных плазмон-поляритонов.
Главасостоитизтрехчастей.Впервойчастирассмотренывозникновениенамагниченности структуры вследствие обратного эффекта Фарадея прираспространении уединенного плазмон-поляритона и особенности эффекта приинтерференции нескольких плазмон-поляритонов. Во второй части главыизложена теоретическая модель, объясняющая экспериментально наблюдаемоепоявление и усиление экваториального эффекта Керра при возбуждении плазмонполяритонов на границе раздела металл/воздух в магнитоплазмонных кристаллах.В третьей части главы изложены результаты экспериментального исследованияособенностей магниооптических эффектов Фарадея и экваториального эффектаКерра при возбуждении волноводных и плазмонных мод магнитофотонныхкристаллов с плазмонным покрытием.В Главе 4 рассмотрены особенности резонансного изменения оптическогокоэффициента отражения структуры, состоящей из акустической сверхрешетки снанесеннойнаееповерхностьодномерной10плазмоннойрешеткой.Последовательно рассмотрено влияние на коэффициент отражения структурыразличныхгеометрическихпараметровплазмоннойрешетки;описаныособенности модуляции коэффициента отражения при возбуждении различныхсобственных оптических мод структуры.В заключении сформулированы выводы диссертационной работы.ПубликацииОсновные результаты исследований отражены в 27 печатных работах, из них4 статьи в рецензируемых научных журналах, включенных в перечень ведущихпериодических изданий ВАК [П1-П4], 3 статьи в прочих журналах [П5-П7] и 20публикаций в сборниках трудов и тезисов конференций [П8-П27].Апробация диссертационной работыРезультаты работы представлены на 21 докладе на научных конференциях вРоссии и за рубежом: Международный симпозиум по магнетизму «MISM»(Москва, 2011, 2014), Международная конференция по метаматериалам,фотоннымкристалламМеждународнаяиплазмоникеконференцияпо«METAоптике2014»(Сингапур,«CAOL 2013»(Судак,2014),2013),Международный симпозиум по магнетизму и оптике «MORIS 2013» (Сайтама,Япония, 2013), Международная школа по плазмонике «Summer School onPlasmonics 3» (Каржез, Франция, 2013), Международная конференция «Days ondiffraction2012»(Санкт-Петербург,2012),Международнаяконференция«ICONO/LAT» (Москва, 2013), Международная конференция «Фундаментальныепроблемы оптики» (Санкт-Петербург, 2010, 2012), Всероссийская школа-семинар«Физика и применение микроволн» (Москва, 2011, 2013), Международная школадля молодых ученых «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия» (Казань,2010), Международная конференция молодых ученых «Ломоносов» (Москва,2010, 2013), Всероссийская школа-семинар «Волновые явления в неоднородныхсредах» (Москва, 2010, 2012, 2014), Всероссийская конференция молодых ученых«Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика» (Саратов, 2013).11Глава 1.
Общие вопросыоптики и магнитооптики плазмонных структурВ главе представлен обзор теоретических и экспериментальных работ,посвященных общим свойствам плазмон-поляритонов и методам активногоуправления их характеристиками, а также оптическим и магнитооптическимсвойствам структурированных материалов, таких как фотонные кристаллы иплазмонные структуры. Также приводится описание процесса фотовозбужденияэлектроновфемтосекунднымлазернымимпульсомисоответствующегоизменения диэлектрической проницаемости металла. В последней части главыприводится краткое описание численного метода связанных мод в пространствеФурье(RCWA),использованноговработедлярасчетаоптическихимагнитооптических свойств слоистых структур.1.1 Плазмон-поляритоныEquation Chapter 1 Section 1В последние годы все больший интерес исследователей привлекаютструктурированные среды, содержащие в различных комбинациях металлы идиэлектрики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
