Магнитооптические эффекты в периодических наноструктурированных средах

• Автор: Калиш, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 167 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Общие свойства магнитооптических эффектов в структурированных средах

1.1. Магнитооптические эффекты

1.1.1. Симметрия относительно инверсии пространства и обращения времени

1.1.2. Магттюоптические эффекты, обусловленные намагниченностью среды

1.1.3. Магнитооптические материалы и их применение

1.1.4. Магнитооптические свойства материалов, обладающих тороидным магнитным упорядочением

1.2. Оптические свойства структурированных сред

1.2.1. Фотонные кристаллы

1.2.2. Поверхностные плазмон-поляритоны и плазмонные кристаллы

1.3. Магнитооптика фотонных кристаллов и плазмонных структур
1.3.1. Магнитооптические эффекты в фотонных кристаллах
1.3.2. Магнитооптические эффекты в плазмонных структурах
1.4. Методы расчета оптического отклика периодических структурированных сред
1.4.1. Метод разложения по плоским волнам для расчета дисперсии фотонных кристаллов
1.4.2. Метод матриц перехода для расчета свойств одномерных фотонных кристаллов
1.4.3. Метод связанных мод в пространстве Фурье и метод матрицы рассеяния

Глава 2. Усиление магнитооптических эффектов в одномерных фотонных кристаллах
2.1. Усиление эффекта Фарадея в магнитных фотонных кристаллах и явление медленного света
2.2. Эффект Фарадея в одномерных магнитных фотонных кристаллах
при наклонном падении
2.3. Свойства фотонных кристаллов, содержащих среды с тороидным магнитным упорядочением
2.3.1. Интенсивностный и поляризационный эффекты в средах с тороидным магнитным упорядочением
2.3.2. Усиление оптических эффектов, обусловленных тороидным моментом, в фотонных кристаллах
Глава 3. Интенсивностные и поляризационные эффекты в магнитоплазмонных структурах, намагниченных в полярной и меридиональной конфигурациях
3.1. Магнитоплазмоны в полярной и меридиональной конфигурации
3.2. Волноводные моды магнитного слоя в полярной и меридиональной конфигурации
3.3. Квазиволноводные моды магнитоплазмонного кристалла
3.4. Меридиональный интенсивностный эффект в плазмонном кристалле
3.4.1. Теория меридионального интенсивностного эффекта в плазмонном кристалле
3.4.2. Численное моделирование меридионального интенсивностного эффекта в плазмонном кристалле
3.5. Эффект Фарадея в магнитоплазмонном кристалле
3.5.1. Теория эффекта Фарадея в магнитоплазмонном
кристалле
3.5.2. Численное моделирование эффекта Фарадея в плазмонном
кристалле
Глава 4. Управление ближним и дальним оптическим полем в магнитоплазмонных структурах, намагниченных в экваториальной конфигурации
4.1. Магнитоплазмоны и волноводные моды магнитного слоя в экваториальной конфигурации
4.1.1. Магнитоплазмоны на границе двух сред и волноводные
моды магнитного слоя
4.1.2. Магнитотазмоны в тонкой металлической пленке
4.2. Управляемое туннелирование магнитоплазмона
4.2.1. Туннелирование магнитоплазмона через толстую пленку
4.2.2. Туннелирование магнитоплазмона через тонкую пленку
4.2.3. Общие свойства магнитоплазмонного туннелирования
4.3. Резонансное усиление экваториального эффекта Керра при возбуждении плазмонов и квазиволноводных мод в
магнитоплазмонных кристаллах
4.4. Влияние плазмонных мод типа Фабри-Перо на оптические и магнитооптические свойства плазмонных кристаллов
4.4.1. Теория вертикальных плазмонных мод типа Фабри-Перо
4.4.2. Теория горизонтальных плазмонных мод типа Фабри-Перо
4.4.3. Численный расчет оптических и магнитооптических характеристик металло-диэлектрической решетки
Заключение
Приложения
Приложение 1. Принятые соглашения
Приложение 2. Свойства пространственной симметрии квазиволноводных мод магнитоплазмонного кристалла

достигал 45° при толщине структуры 15 мкм, что в 20 раз меньше, чем для однородной среды. Пропускание при этом составляло 98%.
Экспериментальное исследование МФК началось в 1999 году [28]. М.Иноуе и др. исследовали структуры вида (МУ'МОЛгП 1)а, представляющие собой магнитный слой, заключенный в диэлектрический резонатор, В качестве магнитных материалов использовались Со и ВпБуЮ, а в качестве немагнитных - 8Ю2, 81И и Та205.
Экспериментальные данные хорошо согласовывались с теоретическими предсказаниями.
Дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования [33-36] показали, что в одномерных ФК возможно достижение угла Фарадея 44° при пропускании 97% и полной толщине структуры от 5 до 15 мкм, а оптимизацией структуры (например, подбором числа дефектов)
достигается изменение ширины рабочего спектра.
Выдающиеся резонансные оптические и магнитооптические свойства магнитных фотонных кристаллов открывают новые пути их применения в интегральной оптике: в качестве оптических изоляторов, затворов, циркуляторов, модуляторов, а также датчиков магнитного поля и т.д. [37].
Свойства МФК сильно зависят от используемых материалов. Для высокой эффективности устройств требуются вещества с высоким удельным фарадеевским вращением и низким поглощением в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне. Оптимальным выбором здесь
являются висмут- и церий-замещенные железоиттриевые гранаты [7]. Пленки из этих материалов для МФК могут быть изготовлены разными способами: жидкофазной эпитаксией, эпитаксией из паровой фазы,
радиочастотным напылением и другими. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.
Пленки, полученные эпитаксией из паровой фазы, имеют хорошие оптические свойства. Этому методу свойственна умеренная скорость