Автореферат (1105277), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Сплошные линии — экспериментальные результаты, штрих-пунктирныелинии — расчёт без учёта статистического разброса параметров частиц, пунктирные линии —расчёт с учётом статистического разброса .Была разработана модификация модели расчёта свойств метаплёнки, позволяющая учесть влияние статистического разброса размеров частиц. Для этогопроизводился расчёт коэффициентов прохождения и отражения для набора метаплёнок. Каждая состояла из идентичных частиц, однако, частицы в различныхметаплёнках отличались диаметрами d. По полученному набору коэффициентов{T (f,d)} и {R(f,d)} производился расчёт параметров метаплёнки с разбросом15размеров частиц согласно следующим соотношениям:Z ∞Z ∞Tσ (f ) =w(d)T (f,d)dd, Rσ (f ) =w(d)R(f,d)dd,0(3)0где — w(d) закон распределения диаметров частиц, f — частота.Представленный подход позволил получить хорошее согласие между расчётными и экспериментальными результатами.
Расчётные спектры для усреднённойметаплёнки также представлены на рис. 4.Также были сформированы требования, которым должна удовлетворять метаплёнка, позволяющие производить расчёт параметров по формулам (3).Представленные в пятой главе результаты были опубликованы в работах [A9,A14].Шестая глава посвящена эксперименту по измерению спектров метаплёнок в терагерцовом диапазоне частот. Рассмотрен весь экспериментальный цикл.Были проведены подготовительные расчётов, по которым были определены геометрические параметры резонаторов, необходимые для получения желаемых резонансных частот. Всего было рассмотрено 3 образца, на каждом по 9 метаплёнок. Образец №1 предназначался для исследования сдвига резонансных частотпри пропорциональном изменении размеров частиц.
Образцы №2 и №3 были изготовлены для исследования влияния глубины зазора и периода расположенияП-образных резонаторов на характеристики метаплёнки. Экспериментальные измерения коэффициента прохождения различных метаплёнок производились методом импульсной терагерцовой Фурье-спектроскопии. В главе проведено детальное и подробное обсуждение методики обработки полученных экспериментальныхданных.Получено хорошее соответствие экспериментальных спектров прохожденияс расчётными зависимостями.
Зависимости резонансных частот от размеров резонаторов, относительной глубины ёмкостного зазора и относительного периодарасположения приведены на рис. 5. Некоторые отклонения экспериментальныхрезультатов от расчётных связаны с особенностями процесса изготовления метаплёнок методом лазерной гравировки, повлиявшими на эффективные материальные параметры резонаторов. Также, были рассчитаны спектры эффективныхпоказателей преломления и поглощения. Обнаружено скачкообразное изменениепоказателя преломления, составляющее в среднем 0,2–0,4, вблизи резонансов ча16стиц и сопровождающееся максимумом в значении коэффициента поглощения.Показано, что амплитуда эффектов зависит от глубины зазора и периода.
Дополнительно продемонстрирована общая надёжность экспериментальных результатов по результатам проверки с помощью соотношений Крамерса-Кронига.Представленные в шестой главе результаты были опубликованы в работах[A4, A10–A13].Рис. 5: Зависимость резонансных частот от длины стороны резонатора (а), относительной глубины зазора (б) и относительного периода (в). Квадратики — результаты численного расчёта,крестики — экспериментальные результаты. На зависимостях (б) и (в) цифрами указаны длинысторон резонатора.17Заключение1.
Разработана методика определения матрицы дипольной поляризуемости произвольнойнаночастицыпорезультатамчисленногомоделированиярассеяния на ней плоской электромагнитной волны. Рассчитан полный набор компонентов матрицы поляризуемости металлических наночастиц Побразной формы, которые являются резонаторами в оптическом диапазоне.2. Установлено, что наибольший вклад в дипольный отклик П-образных наночастиц вносят следующие компоненты матрицы поляризуемости: электриeeeeemmeческие αxx, αyy, αxy, αyx, αzz, магнитная αyyи магнитоэлектрические αyxиem. Главный вклад в индуцирование значительных магнитных дипольныхαxyмоментов на оптических частотах обусловлен магнитоэлектрической поляризуемостью.3.
Произведены расчёты поляризуемостей П-образных и сферических частицс учётом дисперсии в широком диапазоне от микроволновых до оптическихчастот. Выявлены закономерности размерного поведения собственных частот, добротностей и амплитуд поляризуемостей. Показано, что при приближении к частотам плазменных колебаний в металлах вследствие дисперсии комплексной диэлектрической проницаемости происходит перераспределение энергии в резонаторах, которое приводит не только к ограничениюрезонансных частот при уменьшении размеров частиц, но и к росту добротности.4.
Обобщён метод расчёта коэффициентов прохождения и отражения метаплёнок на случай метаплёнок составленных из одинаковых частиц произвольной формы, с известной матрицей поляризуемости.5. Показано, что в бианизотропных метаплёнках, составленных из П-образныхчастиц, происходит преобразование поляризации отражённой и прошедшейволн, причём его эффективность, так же как и спектры отражения и пропускания, имеют резонансный характер.
Изменение расстояний между частицами слабо влияет на резонансные частоты. Коэффициент поглощения зависитот поверхностной плотности частиц в общем случае немонотонным образом.18Показано, что при определённой ориентации П-образных резонаторов возможно получение невзаимности коэффициентов прохождения и отраженияпри прохождение волны в двух противоположных направлениях.6. Продемонстрировано применение разработанного метода для вычисленияпараметров метаплёнки из частиц, размеры которых обладают статистических разбросом. Достигнуто хорошее согласие модельных расчётов с результатами эксперимента в СВЧ диапазоне по измерению электромагнитныххарактеристик метаплёнок, составленных из сферических сегнетоэлектрических частиц.7.
Методом импульсной терагерцовой Фурье-спектроскопии исследованы метаплёнки, состоящие из медных П-образных резонаторов, расположенныена ситалловой подложке. Получены экспериментальные спектры коэффициентов прохождения и отражения, а также показателей преломления ипоглощения для резонаторов с различными геометрическими параметрами.Показано хорошее соответствие экспериментальных результатов расчётным.Надёжность экспериментальных данных дополнительно подтверждена с помощью соотношений Крамерса-Кронига. Показано, что на резонансных частотах имеет место скачок показателя преломления, сопровождающийся ростом поглощения. Амплитуда эффектов увеличивается при усилении связимежду соседними резонаторами.
Вариации основных геометрических параметров показала, что:- при линейном увеличении размеров частицы резонансная длина волныпропорционально увеличивается;- при увеличении глубины ёмкостного зазора резонансная длина волныувеличивается;- изменение периода расположения резонаторов слабо влияет на положение резонансов;19Список публикаций автора по теме диссертацииРаботы в научных журналах, входящих в перечень ВАК РФ рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основныхнаучных результатов диссертаций[A1] Терехов Ю. Е., Журавлев А. В. и Белокопытов Г.
В. Матрица поляризуемости П-образных металлических нанорезонаторов // Вестник Московскогоуниверситета. Серия 3. Физика и астрономия. 2011. № 3. C. 47–51.[A2] Белокопытов Г. В., Журавлев А. В. и Терехов Ю. Е. Размерная зависимостьполяризуемости металлических частиц // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика и астрономия. 2012. № 3. C. 17–24.[A3] Belokopytov G. V., Zhuravlev A. V. and Terekhov Yu. E.
Transmission of anelectromagnetic wave through a bianisotropic metafilm // Physics of WavePhenomena. 2011. V. 19. P. 280–286.[A4] Терехов Ю. Е., Ходзицкий М. К. и Белокопытов, Г. В. Характеристики метаплёнок для терагерцового диапазона частот при масштабировании геометрических параметров // Научно-технический вестник ИТМО.
2013. Т. 83.№ 1. С. 55–60.Работы в сборниках трудов конференций[A5] Белокопытов Г. В., Журавлев А. В., Терехов Ю. Е. Дипольная поляризуемость металлических наночастиц различной геометрии // Труды школысеминара "Волны-2010". Секция 7. Метаматериалы, наноструктуры, фотонные кристаллы. 2010. С. 6–9.[A6] Белокопытов Г. В., Журавлев А. В., Терехов Ю. Е.
Прохождение электромагнитной волны через бианизотропную метаплёнку // Труды школысеминара "Волны-2011". Секция 5. Метаматериалы и фотонные кристаллы.2011. С. 8–11.[A7] Терехов Ю. Е., Журавлев А. В., Белокопытов Г. В. Локализованные плазмон-поляритоны и дипольный отклик малых металлических частиц // Тру20ды школы-семинара "Волны-2012". Секция 1. Метаматериалы и фотонныекристаллы. 2012. С. 25–28.[A8] Terekhov Yu. E., Zhuravlev A. V., Belokopytov G. V. Small metal particles asresonators for microwave, terahertz and optical frequencies // Proceedings of"Metamaterials-2012".
Section: Optical Metamaterials II. 2012. P. 791–793[A9] Белокопытов Г. В., Журавлев А. В., Терехов Ю. Е. Ткаченко Р. Ю., Семененко В. Н., Чистяев В. А., Моделирование электродинамических характеристик метаплёнок с учётом статистического разброса размера включений // Труды РНТОРЭС им. А.С.Попова, серия Сер. Акустооптические ирадиолокационные методы измерений и обработки информации. 2012. T.5.C. 25–28.[A10] Терехов Ю.
Е., Ходзицкий М. К., Журавлев А. В., Белокопытов Г. В. Расчётхарактеристик метаплёнок в ТГц диапазоне при масштабировании геометрических параметров // Труды VII международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики» «ФПО-2012». 2012. С. 346–348.[A11] Терехов Ю. Е., Ходзицкий М. К., Белокопытов Г. В. Электродинамические свойства метаматериалов в терагерцовом диапазоне // Труды школысеминара "Волны-2013". Секция 8.
Метаматериалы, фотонные кристаллы игетероструктуры. 2013. С. 28–31.[A12] Terekhov Yu. E., Khodzitsky M. K., Belokopytov G. V. Pulse Fourier spectroscopy of metafilms in THz range // ICONO/LAT 2013 Technical Digest/ Section:Physics of Metamaterial and Complex Media.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
