Диссертация (1105407), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Например, в статье [6] показана зависимостьвремени жизни ПП от диаметра отверстий в металлической пленке, упакованныхв квадратную решетку. В данном случае ширина резонанса рассчитывалась из ре-Обзор литературы23Рис. 12: Экспериментальный спектр пропускания золотой пленки толщиной200 нм с периодом 700 нм. Красная линия — аппроксимированный контур Фано.
На вставке — экспериментальный спектр пропускания золотой пленки толщиной 100 нм и периодом 700 нм. Различный вклад пропускания излучения черезструктуру приводит к модификации формы контура резонанса типа Фано [39].зонансов в спектре коэффициента отражения, аппроксимированных лоренцевойлинией. Было получено, что чем меньше диаметр отверстия, тем больше времяжизни поверхностных плазмон-поляритонов. Аналогично, в статьях [7, 8, 41] этобыло проделано для спектров пропускания.
Стоит отметить, что такой способопределения времени жизни зависит от модели резонанса, которая используетсядля аппроксимации спектра — в случае асимметричной формы линии резонансаиспользование лоренцева контура для оценки нецелесообразно. Часто в экспериментальных спектрах коэффициентов отражения и пропускания наблюдаетсянесколько резонансов, которые накладываются друг на друга. Это в свою очередь усложняет возможное описание из-за большого количества параметров, и влучшем случае удается определить лишь порядок значения времени жизни.Обзор литературы241.2. Время жизни поверхностных плазмон-поляритоновДлина пробега поверхностных плазмон-поляритонов на гладкой металлическойпленке определяется мнимой частью волнового вектора ПП, то есть, она ограничивается оптическим поглощением в металле (формула (4)).
Измерения былипроведены, например, для полоски из золота или серебра при возбуждении ППс помощью схемы Кретчмана. Детектировалось распространение ПП по поверхности металла при помощи ПЗС-камеры [42]. На рисунке 13 приведены кривыезависимости длины пробега ПП от длины волны для золотой и серебряной пленки,рассчитанные по формуле (4), а также значения, полученные экспериментально.Наблюдается качественное согласие. Для длины волны λ = 785 нм характернаядлина пробега ПП по золотой пленке получилась равна L = 40 мкм.
При увеличении длины волны света длина пробега ПП также увеличивается.Рис. 13: Длина пробега ПП на гладкой пленке золота (а) и серебра (б) в зависимости от длины волны падающего излучения. Линии соответствуют кривым,рассчитанным по формуле (4). Расчет 1 основан на значениях диэлектрическойпроницаемости, взятых из источника [43], расчет 2 — из источника [44]. Точки —длина пробега ПП, полученая из эксперимента [42].Более современным методом детектирования распространения ПП являетсяметодика время-разрешающей нелинейной фотоэмиссионной спектроскопии [45–Обзор литературы2547].
Такой метод позволяет получить видео распространения волнового пакета поверхностных плазмон-поляритонов. Была измерена как фактическая длина пробега ПП, так и групповая скорость. Плазмон-поляритоны возбуждались на краюканавки или выступа на гладкой пленке, и исследовалась картина их распространения по гладкой поверхности, а так же процесс интерференции этого возбуждения с другим лазерным импульсом. Соответственно, в работе [46] при помощи численного моделирования было получено, что длина пробега волновогопакета ПП по золотой пленке в идеальном случае может достигать величины вL = 88 мкм для длины волны λ = 783 нм, хотя в эксперименте она несколько меньше из-за дисперсии. Групповая скорость ПП в данном случае получилась равнаvg = 0.95c ± 0.01c, где c — скорость света.
Полученные данные достаточно неплохо согласуются с аналогичными, представленными ранее [47, 48]. Следовательно,экспериментально подтверждено, что ПП, распространяющиеся по гладкой металлической пленке, имеют длину пробега в видимом и ближнем инфракрасномдиапазонах оптического излучения равную нескольким десяткам микрон, а времяжизни ПП равно нескольким сотням фемтосекунд.Однако, при возбуждении ПП решеточным методом необходимо так же учитывать радиационные потери связанные с рассеянием плазмон-поляритонов нанеровностях поверхности.
Это приводит к существенному уменьшению длиныпробега ПП. Измерения длины распространения ПП на периодических структурах были проведены, методами измерения ближнего поля и интенсивностнойкорреляционной функции [7, 9], методикой время-разрешающего пространственного гетероденирования [49], так и, например, при помощи нелинейно-оптическихметодов [50]. Рассмотрим работу [7], где исследовался образец в виде золотой пленки с массивом круглых отверстий радиусом r = 125 нм и периодом перфорацииa = 761 нм. На спектре коэффициента пропускания резонансный пик, связанныйс возбуждением ПП, наблюдается на длине волны λ = 827 нм.
Методом измеренияраспределения ближнего поля на поверхности образца было получено, что длинасвободного пробега ПП на длине волны, соответствующей максимуму резонансапропускания, равна L = 3.26 мкм. В таком случае, время затухания ПП околоОбзор литературы26τ = 10 фс. Авторами были проведени также измерения интенсивностной кросскорреляционной функции лазерного импульса длительностью τpulse = 40 фс ицентральной длиной волны λ = 790 нм. При прохождении через образец импульсуширялся на ∆τ = 10 фс (рис. 14). Однако, спектральная ширина используемогоимпульса (около 20 нм) перекрывала лишь часть резонанса ПП.Рис.
14: Черные точки — кросс-корреляционная функция от импульса, вышедшего из лазера и прошедшего через металлическую пленку с отверстиями. Белыеточки — кросс-корреляционная функция от импульса вышедшего из лазера и отимпульса, прошедшего через подложку [7].Изменение длительности фемтосекундного лазерного импульса при прохождении через решетку с возбуждением ПП было задетектировано и в более раннихработах [51]. Получено увеличение длительности титан-сапфирового лазерногоимпульса на ∆τ = 7 фс при прохождении через золотую решетку.
Следовательно,на основе этих работ можно сделать вывод, что время жизни ПП, распространяющихся по структурированной поверхности, за счет радиационных потерь почтина порядок меньше, чем время жизни ПП, распространяющихся на гладкой поверхности.Одним из способов увеличения времени жизни ПП является использованиеперераспределения энергии между модами, возникающего в запрещенной зонеОбзор литературы27плазмонного кристалла. В работе [9] кросс-корреляционным методом измерялсяимпульс с длительностью τpulse = 110 фс, прошедший через одномерную металлическую решетку.
Показано изменение огибающей формы импульса на четырехдлинах волн — две из них соответствуют краям запрещенной зоны (рис. 15(а)).Было получено, что на одном краю ЗЗ задетектировано изменение формы огибающей прошедшего импульса, относительно импульса, прошедшего через подложку.Время жизни ПП в этом случае равно τ ≈ 18 фс (рис. 15(б) λ = 754 нм). Вслучае, когда длина волны соответствует другому краю запрещенной зоны, дли-тельность импульса заметно увеличивается, и ПП имеет время жизни порядкаτ ≈ 250 фс (рис. 15(б) λ = 741 нм).
В этой работе использовался лазерный им-Рис. 15: (а) Сечение образца (сверху) и закон дисперсии ПП для одномерного плазмонного кристалла около центра зоны Бриллюэна (снизу). (б) Профиль лазерногоимпульса после прохождения через металлическую решетку при нормальном падении на двух разных краях запрещенной зоны [9].пульс с длительностью около τpulse = 110 фс, соответственно его спектральнаяширина составляла несколько нанометров, что позволило авторам провести измерения на двух краях ЗЗ. В работе [8], использовался импульс длительностьюτpulse = 11 фс, спектр которого целиком перекрывал два края запрещенной зоныОбзор литературы28закона дисперсии ПП, распространяющегося по полосковой структуре из золота.Методами спектральной интерферометрии [8] и спектральной интерферометриидля прямой реконструкции поля [52], позволяющими восстановить как амплитуду, так и фазу лазерного импульса, прошедшего через структуру, были полученыкак удлинение лазерного импульса до ∆τ = 200 фс, так и дополнительная модуляция временного профиля импульсов из-за одновременного перекрытия двухрезонансов.
Однако, использование сверхкоротких импульсов не позволяет выделить вклад темной и светлой моды во временной профиль импульса. В этой жеработе для этих же образцов были проведены измерения распределения ближнегополя для двух мод ЗЗ, представленные ранее на рисунке 4.В большинстве экспериментальных работ наблюдалось удлинение лазерногоимпульса при его прохождении через металлическую решетку с резонансным возбуждением ПП. Однако, еще в 1994 году были проведены расчеты изменения формы огибающей лазерного импульса при его отражении от металлической пленки,связанные с возбуждением в пленке поверхностных плазмон-поляритонов призменными методами [53]. Показана потенциальная возможность не только удлинения импульса и сдвига его максимума, но и возникновения локального минимумавнутри импульса, вызванного деструктивной интерференцией (рис.
16). Были получены различные модификации формы импульса в зависимости от поглощения всистеме, от длительности используемых импульсов, от угла падения оптическогоизлучения.Экспериментально настолько подробных измерений проведено не было, в силутого, что измерение фемтосекундных лазерных импульсов не является тривиальной задачей, и только в последние двадцать лет появились методы, позволяющиезадетектировать их. Чаще всего используются авто- или кросс-корреляционныесхемы, которые не позволят однозначно восстановить форму импульсов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
