Диссертация (1105425), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...59ван функцией I = I0 + exp(−t/τ ), показанной на рисунке 2.10 зелёной линией.Значение постоянной τ , определяющей время жизни таммовского плазмон-поляритона, составило 26 ± 1 фс.При увеличении угла падения излучения на образец характеристики резонанса ТПП меняются по-разному для p- и s-поляризованного излучения. Центральная длина волны резонанса смещается в коротковолновую область спектра, однако для p поляризации данное смещение сильнее чем для s. Ширинарезонанса увеличивается для p-поляризованного излучения и уменьшается дляs-поляризованного при увеличении угла падения излучения.
Поскольку время жизни ТПП может быть соотнесено с шириной резонанса по формуле 2.4,ожидается, что при больших углах падения излучения времена жизни ТПП pи s поляризаций будут существенно отличаться. На рисунке 2.11 красными ичерными точками соответственно показаны измеренные ККФ импульсов p- иs-поляризаций при угле падения 45◦ , а синей кривой показана автокорреляционная функция импульса, падающего на образец. Видно, что как у p-, так и у s010..sp-1,10-210-310-200-1000100200300400,Рис.
2.11: Кросс-корреляционные функции при угле падения 45◦ для p- (красныеточки) и s- (чёрные ромбы) поляризованного излучения. Синей кривой показана автокорреляционная функция импульса, падающего на образец. Зависимости показаныв логарифмическом масштабе по оси ординат.Глава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...60поляризованного импульса наблюдается экспоненциальное затягивание заднегофронта, причём для s поляризации оно проявляется сильнее, что свидетельствует о большем времени жизни ТПП, возбуждаемого s-поляризованным излучением.
Из аппроксимации затянутых фронтов функцией I = I0 +exp(−t/τ ) былоопределено время жизни ТПП, которое составило 21±1 фс для p поляризации и42±1 фс для s поляризации. Подобные измерения были проведены для четырёхразличных углов падения на образец равных 7◦ , 15◦ , 30◦ и 45◦ . На рисунке 2.12показаны зависимости времени жизни ТПП для p- и s-поляризованного излучения от угла падения излучения на образец.
Кроме того, данные зависимости,504030200102030,4050.Рис. 2.12: Зависимость времени жизни ТПП от угла падения излучения на образецсерии 2 покрытый плёнкой серебра. Красные точки соответствуют p-поляризованномуизлучению, чёрные точки — s-поляризованному излучению.были рассчитаны численно. Подробное сравнение экспериментальных и численных результатов, а так же их обсуждение приведено в следующем разделе.Как было указано ранее, время жизни ТПП определяется в том числе нерадиационными потерями, связанными с поглощением в металле, или с мнимойчастью диэлектрической проницаемости ε00Me . С другой стороны, резонанснаядлина волны возбуждения ТПП зависит от действительной части диэлектрической проницаемости металла ε0Me .
Согласно работе [105], на частотах работыГлава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...титан-сапфирового лазера выполняются следующие условия:ε 0≈ ε0AgAuε00Au≈3ε00Ag61(2.6).Это означает, что длина волны возбуждения ТПП в образцах серии 2, покрытыхсеребряной и золотой пленками, должна быть примерно одинаковой, а ширинарезонанса и, как следствие, время жизни ТПП должна существенно отличаться.
Для проверки данного предположения на фотонный кристалл образца серии2 был напылён слой золота толщиной 30 нм. Были измерены ККФ импульсовp и s поляризации при различных углах падения излучения. Кроме того, были измерены ККФ импульсов, отражённых от фотонного кристалла образцасерии 2 без напылённой металлической плёнки. На рисунке 2.13 синей кривойпоказана ККФ s-поляризованного импульса, отражённого от ФК серии 2 без металлической плёнки под углом 45◦ . Видно, что при отражении от чистого ФК0.10,.15-1105,..10700750800850,-210-310-200-1000100200300400,Рис. 2.13: Кросс-корреляционные функции s-поляризованных импульсов при угле падения 45◦ в случае отражения от образца серии 2, покрытого плёнкой серебра (серыеточки) и золота (оранжевые ромбы).
Синей кривой показана кросс-корреляционнаяфункция импульса, отражённого от фотонного кристалла серии 2 под углом 45◦ . Зависимости показаны в логарифмическом масштабе по оси ординат. На вставке показанысоответствующие спектры отражённых импульсов.Глава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...62импульс не претерпевает изменений, форма его ККФ остается симметричнойи хорошо описывается гауссовой функцией. Серыми точками показана ККФ sполяризованного импульса при угле падения 45◦ для образца серии 2, покрытого плёнкой серебра, а оранжевыми ромбами — для образца, покрытого плёнкойзолота.
На вставке показаны спектры соответствующих импульсов. Видно, чтоцентральная длина волны резонанса ТПП практически одинакова для обоихобразцов, а ширина резонанса меньше в случае использования плёнки серебра.Затягивание заднего фронта отраженного импульса наблюдается как в случаеобразца с золотом, так и в случае с серебром, однако постоянная экспонентыбольше в случае отражения от образца покрытого серебряной плёнкой. Времяжизни ТПП, определённое из аппроксимации затянутого фронта ККФ составило 42 ± 1 фс в образце серии 2 с плёнкой серебра и 25 ± 1 фс в образце серии2 с плёнкой золота.3.
Численные расчеты фемтосекундной динамики релаксации таммовских плазмон-поляритоновДля подтверждения достоверности экспериментальных результатов были проведены расчеты методом конечных разностей во временной области [112]. Параметры расчетного образца, такие как толщины, количество и порядок слоев были такими же, как и в экспериментальном образце. При расчетах учитываласьдисперсия материалов слоев образца, заданная в виде таблицы со столбцами, содержащими длину волны, показатель преломления и коэффициент поглощения.Внешний вид окна расчетной программы с исследуемой структурой показан нарисунке 2.14.
Геометрия счетного объема была выбрана двумерной, причём размер счётной области вдоль плоскости поверхности образца был много меньшеразмера вдоль нормали к поверхности. Кроме того, расчёт производился с использованием плоских волн, поскольку в эксперименте использовались слаборасходящиеся пучки. Данные допущения существенно уменьшали время расчёта. Граничные условия объема были установлены блоховскими по сторонамA и B, таким образом, счетный объем периодическим образом продолжался наГлава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...DABS63RCРис. 2.14: Внешний вид окна программы Lumerical, использовавшейся для численныхрасчётов временной динамики распространения фемтосекундных импульсов в образцесерии 2.бесконечность с правильным учетом фаз волн, распространяющихся под угломк границам объема. По сторонам C и D, были установлены идеально согласованные слои, моделирующие уход волны на бесконечность без паразитныхотражений обратно в объем расчета.
Источник излучения был расположен вточке S, его параметры, такие как длительность импульса, направление поляризации и угол падения излучения варьировались. В точке R записывалисьзначения рассчитанных электрических и магнитных полей в зависимости отвремени, которые соответствовали отраженному излучению. Кроме того, рассчитывались поля импульсов, отраженных от непрозрачных слоёв серебра, чтов экспериментальном случае соответствует импульсу в канале сравнения.
Затем производилась численная свертка импульса, отраженного от образца, и импульса сравнения для получения расчетной кросс-корреляционной функции, ирезультат сравнивался с экспериментальными данными.На рисунке 2.15 красной кривой показана расчётная огибающая p-поляризованного импульса с центральной длиной волны 790 нм, падающего на образец под углом 30◦ , а чёрной кривой — огибающая импульса, отражённого отобразца.
При указанных условиях в образце возбуждается таммовский плаз-Глава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...64мон-поляритон, что приводит к существенному изменению формы отраженного импульса. Процесс модификации огибающей может быть описан следующим,..1.00.50.0-1000100200300400,Рис. 2.15: Численно рассчитанные огибающие импульсов, падающих на образецФК/металл (красная кривая) и отражённых от него (чёрная кривая), при условиивозбуждения моды таммовского плазмон-поляритона в образце.образом: при падении излучения на структуру часть энергии импульса начинает перераспределяться в моду таммовского плазмона, в то время как втораячасть отражается от структуры нерезонансным образом.
Как видно из сравнения амплитуд огибающих при отрицательных временах, перекачка энергиив моду ТПП начинается сразу после падения импульса на структуру. Энергия,затянутая в моду ТПП, начинает высвечиваться в отражённую объемную волнучерез некоторое характерное время, определяемое временем жизни ТПП. Приэтом итоговый отражённый импульс является результатом интерференции излучения, отражённого нерезонансно и переизлучённого из моды таммовскогоплазмона. Из-за конечного времени жизни ТПП в огибающей отражённого импульса возникает затянутый задний фронт, причём его амплитуда спадает поэкспоненциальному закону. Подобные зависимости были рассчитаны для слу-Глава II.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
