Фемтосекундная спектроскопия и ближнепольная микроскопия оптически анизотропных метаматериалов (1105429)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

на правах рукописиЩербаков Максим РадиковичФемтосекундная спектроскопия и ближнепольнаямикроскопия оптически анизотропныхметаматериалов01.04.21 - лазерная физикаАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 2012Работа выполнена на кафедре квантовой электроникифизического факультета Московского государственного университетаимени М. В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наукпрофессор Федянин Андрей АнатольевичОфициальные оппоненты:Доктор физико-математических наук,профессор Тиходеев Сергей Григорьевичзав.

лаб. теории полупроводниковых структурИнститута общей физики им. А. М. Прохорова РАН, МоскваКандидат физико-математических наук,доцент Шкуринов Александр Павловичкафедра общей физики и волновых процессовФизического факультета МГУ им. Ломоносова, МоскваВедущая организация:Санкт-Петербургский государственный национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптикиЗащита состоится 15 марта 2012 г. в 15:00 на заседании диссертационного совета Д 501.001.31 при Московском государственном университете имени М.В.

Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы,МГУ, ул. Академика Хохлова, дом 1, стр. 62, корпус нелинейной оптики, аудитория им. С. А. Ахманова. С диссертацией можно ознакомится вбиблиотеке физического факультета МГУ.Автореферат разослан “” ферваля 2012 г.Ученый секретарь диссертационногосовета Д 501.001.31, доцентТ.М. ИльиноваОбщая характеристика работыДиссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию оптических эффектов в плазмонных метаматериалах методамиближнепольной оптической микроскопии, генерации оптических гармоник, а также фемтосекундной спектроскопии.

Особое внимание уделено изучению влияния метаматериалов на состояние поляризации взаимодействующего с ними электромагнитного излучения, спектроскопии иближнепольной поляриметрии эффектов, связанных с оптической анизотропией метаматериалов, исследованию динамики состояния поляризации импульсов, отраженных от анизотропных метаматериалов, а такжевлияния резонансного возбуждения плазмон-поляритонов на нелинейнооптические свойства метаматериалов, обладающих оптическим магнетизмом.Актуальность представленных результатов обусловлена фундаментальной проблемой управления электромагнитными излучением с помощью искусственно созданных сред. Существует класс наноструктурированных сред, называемых плазмонными метаматериалами, оптические свойства которых определяются возбуждением в них плазмонполяритонов (ПП) – связанных колебаний электромагнитного излученияи плазмы свободных электронов металлов.

Отличительной особенностьюметаматериалов является то, что их отклик на внешнее электромагнитное излучение определяется скорее формой наноструктурирования, чемдиэлектрическими свойствами веществ, из которых он изготовлен. Простейшим примером плазмонного метаматериала являются тонкие поликристаллические пленки благородных металлов, анизотропно структурированные в их плоскости; такая форма структурирования наводит оптическую анизотропию в среде, несмотря на изотропность исходных материалов. Оптическая анизотропия метаматериалов, усиленная резонанснымвозбуждением ПП, позволяет использовать их в качестве традиционныхполяризационных элементов, таких как поляризатор и волновая пластина, несмотря на субволновые толщины используемых пленок.

Возможности современных литографических методик, производящих структурирование тонкопленочных сред на масштабах вплоть до сотых долей длиныволны электромагнитного излучения видимого диапазона, позволяют создавать более сложные формы метаматериалов, которые обладают уникальными электромагнитными свойствами, такими как отрицательныйпоказатель преломления и оптический магнетизм.Существует необходимость всестороннего изучения оптически метаматериалов с помощью оптических методик, позволяющих производить1прямые наблюдения распределения интенсивности ПП в плоскости образца. К таким методикам, прежде всего, относится сканирующая оптическая микроскопия ближнего поля, поскольку она позволяет исследоватьбезызлучательные решения уравнения Максвелла, которые поддерживают плазмонные метаматериалы.

Несмотря на развитость методики, исследования поляризационных свойств оптически анизотропных метаматериалов в ближнем оптическом поле до сих пор произведены не были.Поскольку ПП является квазичастицей с характерным временем жизни,лежащим на субпикосекундных масштабах, представляет особый интересизучение динамики состояния поляризации фемтосекундных лазерныхимпульсов, которые взаимодействуют с анизотропным плазмонным метаматериалом. Наконец, ПП позволяют концентрировать энергию электромагнитного поля вблизи поверхности металла, что позволяет наблюдение усиленных на несколько порядков нелинейно-оптических явлений,таких как, например, генерация оптических гармоник.

Нелинейная оптика метаматериалов ставит задачи по управлению нелинейно-оптическимоткликом сред при помощи их наноструктурирования, поэтому экспериментальное исследование эффектов генерации оптических гармоник в метаматериалах, обладающих оптическим магнетизмом, является актуальной и новой задачей.Целью диссертационной работы является экспериментальное исследование спектральных, временных и ближнепольных характеристик оптического отклика оптически анизотропных плазмонных метаматериалов, а также исследование нелинейно-оптического отклика плазмонныхметаматериалов, обладающих оптическим магнетизмом.Научная новизна работы состоит в следующем:1. Проведена спектроскопия оптической анизотропии плазмоннныхметаматериалов.

Показано, что величина эффектов линейного двулучепреломления и линейного дихроизма зависит от типа и параметров резонанса ПП, присущего среде. Продемонстрирована принципиальная возможность осуществления произвольного поляризационного преобразования с помощью анизотропной наноструктуры, поддерживающей возбуждение распространяющихся ПП со спектральной формой линии типа Фано.2. Экспериментально продемонстрирована сверхбыстрая динамика поляризации фемтосекундных лазерных импульсов, отраженных от поверхности плазмонной среды, обладающей оптической анизотропией.3. Экспериментально получена карта распределения величины эффекта линейного дихроизма в ближнем оптическом поле плазмонных нано2полос в условиях возбуждения локальных ПП.

Продемонстрирована субволновая плазмон-индуцированная модуляция эффекта линейного дихроизма.4. Проведена частотно-угловая спектроскопия генерации второй и третьей оптических гармоник в метаматериалах, обладающих оптическиммагнетизмом, в области резонансов распространяющихся ПП и резонансов ПП с ненулевым магнитным моментом. Показано, что угловые зависимости эффективности генерации гармоник зависят от симметрии распределения токов при возбуждении резонанса ПП излучением накачки.Практическая значимость работы заключается в разработке новыхметодов управления состоянием поляризации лазерного излучения припомощи плазмонных метаматериалов.

На основании результатов работыоформлена и подана заявка на патент.На защиту выносятся следующие основные положения:1. Существует принципиальная возможность осуществления произвольного преобразования состояния поляризации электромагнитного излучения видимого и ИК-диапазонов при помощи анизотропных плазмонактивных метаматериалов.2. Имеет место сверхбыстрая динамика состояния поляризации излучения внутри одиночного фемтосекундного импульса, отраженного отплазмонного метаматериала.3. Величина ближнепольного аналога линейного дихроизма имеет субволновую пространственную модуляцию в плоскости анизотропного плазмонного метаматериала.4. Вклады угловой дисперсии тензоров нелинейных восприимчивостейи усиления локальных полей в генерации оптических гармоник при возбуждении электрических и магнитных резонансов в плазмонном метаматериале, обладающем оптическим магнетизмом, различны.Личный вклад автора является определяющим: все результаты работы получены либо лично автором, либо при его непосредственном участии.Апробация работы проводилась на следующих конференциях:• Международная конференция “Metamaterials’2011”, Барселона, Испания, октябрь 2011.• Международная конференция “Plasmeta’2011”, Самарканд, Узбекистан, сентябрь 2011.• Международнаяконференция“InternationalConferencesonCoherent and Nonlinear Optics/ Lasers, Applications, and Technologies(ICONO/LAT)”, Казань, Россия, август 2010.3• Международная конференция “5th International Conference onMaterials Science and Condensed Matter Physics”, Кишинев, Молдавия,сентябрь 2010.• Международная конференция “International OSA Networs of Students-8(IONS-8)”, Москва, Россия, июнь 2010.• Всероссийская конференция “Оптика-2009”, Санкт-Петербург, Россия,сентябрь 2009.• Международная конференция “Progress in electromagnetics researchsymposium”, Москва, Россия, август 2009.• Международная конференция “SPIE Photonics Europe”, Прага, Чехия,апрель 2009.• Международная конференция “4th International Conference onMaterials Science and Condensed Matter Physics”, Кишинев, Молдавия,сентябрь 2008.• Международная конференция “NATO Advanced Research Workshop onMetamaterials for Secure Technology and Communication Technologies”,Марракеш, Морокко, май 2008.• Международная симпозиум “Taiwan-Russian Joint Symposium on Nanostructures for Photonics and Optoelectronics Applications”, Тайпей, Тайвань, ноябрь 2007.• Международная конференция “International Conference on Micro- andNanoelectronics”, Звенигород, Россия, октябрь 2007.• Международная конференция “Intermatic: Fundamental problems ofradioelectronics and optoelectronics”, Москва, Россия, сентябрь 2007.Содержание работыПервая глава содержит обзор литературы, посвященный оптическимэффектам в наноструктурированных материалах, возникающим за счетвозбуждения в них поверхностных плазмон-поляритонов.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации