Интенсивное лазерное воздействие в условиях предельной пространственной и временной локализации излучения

• Автор: Смирнов, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Глава 1. Введение

1.1. Поверхностные электромагнитные волны

История плазмонных исследований

Поверхностные плазмон-поляритоны

Двухмерные фотонные кристаллы

Фотонные оптические устройства

1.2. Взаимодействие вещества с ультракоротким мощным лазерным излучением

Оптический пробой

Лазер-кластерное взаимодействие

1.3. Общая характеристика работы

Глава 2. Поверхностные поляритонные моды ближнеполыюго зонда

2.1. Поверхностные поляритонные моды цилиндрического ближнеполыюго зонда
2.2. Преобразование падающего излучения в цилиндрические поверхностные
поляритоны
2.3. Резонансные поверхностные поляритоны цилиндрического трехслойного
волновода в дальнем ИК диапазоне
2.4. Цилиндрические поверхностные плазмон-поляритоны в среде с пространственно неоднородной диэлектрической проницаемостью
2.5. Резонансные моды поверхностных плазмон-поляритонов конического
ближнеполыюго зонда
Заключение
Глава 3. Исследование свойств и структуры поля поверхностных электромагнитных возбуждений оптического диапазона
3.1. Радиальные цилиндрические поверхностные электромагнитные волны
3.2. Локализация оптического излучения с помощью ПЭВ
3.3. Интерференционные геометрии двухмерных фотонных структур
3.4. Возбуждение поверхностных плазмон-поляритонов при ультракоротких
воздействиях
Заключение

Глава 4. Нарушение зарядового равновесия в твердом теле под действием сверхкоротких импульсов и его роль в субмикронной реструктуризации кристаллической решетки
4.1. Динамика разлета наночастицы, полностью ионизированной мощным ультракоротким лазерным импульсом
Описание модели
Возбуждение электронного ансамбля и эмиссия электронов под действием
импульса
Нарушение зарядового равновесия и движение тяжелых частиц
Численное моделирование динамики разлета ионов
Обсуждение и выводы
4.2. Деструкция наночастицы, частично ионизированной мощным ультракоротким лазерным импульсом
Описание модели
«Континуальное» приближение
Численное моделирование
Обсуждение и выводы
Заключение
Приложение 1. Методика расчета интерференции цилиндрических поверхностных
электромагнитных волн в двухмерных фотонных кристаллах
Приложение 2. Методика расчета разлета ионов в процессе "кулоновского взрыва"
Благодарности
Список литературы

Глава 1. Введение
1.1. Поверхностные электромагнитные волны
История плазмонных исследований
В 1704 Ньютон наблюдал явление полного внутреннего отражения в опыте с контактом поверхности полностью отражающей призмы и выпуклой линзой. Таким образом, он открыл эванесцентные электромагнитные поля (или ближние поля), хотя и не представлял себе саму концепцию поля [1]. Зеннек в 1907 и Зоммерфельд в 1909 продемонстрировали теоретически, что электромагнитная волна в радиодиапазоне частот возникает на границе раздела двух сред, из которых одна является «диэлектриком с потерями» или металлом, а другая средой без потерь [2-5]. В 1936 Фано предположил, что поверхностные электромагнитные волны ответственны за возникновение аномальных эффектов в дифракционном спектре металлических решеток (аномалии Вуда) [6-8]. Ритчи в 1957 показал теоретическое существование поверхностных плазмовых возбуждений на поверхности металла [9]. В 1958 Штерн и Феррелл указали на то, что поверхностные электромагнитные волны на металлической поверхности вызывают взаимодействие электромагнитного излучения с поверхностными плазмонами. Ими было впервые получено дисперсионное соотношение для поверхностных электромагнитных волн на поверхностях металлов [10]. Поуэлл и Сван (1960) наблюдали возбуждение поверхностных плазмонов на тонкой металлической фольге с помощью электронов [11]. Отто в 1969 разработал метод по наблюдению взаимодействия объемных электромагнитных волн и поверхностных электромагнитных волн на оптических частотах [12,13]. Кречманн и Рейтер модифицировали геометрию Отто в том же году [14], и на сегодняшний день их геометрия является самой широко используемой в устройствах по возбуждению поверхностных электромагнитных волн. В последующие годы сильный интерес к этой области исследований привел к публикации большого числа работ. Хороший обзор исследований до начала восьмидесятых приведен в книге Аграновича [15]. После этого периода интерес к этой области исследований несколько спал. Изобретение сканирующих зондовых методов привело к возникновению целого ряда новых подходов к исследованию поверхностных плазмонов, но это датируется уже девяностыми годами, когда систематические открытия привели к возрождению интереса к исследованию поверхностных плазмонов.

пгцг -ЬК п л. IV
Ж0 =1,Ж, =0, ІГ„ = д у ”-2 ,ь = к02е0/іехр(±%, К„=Х(+1)Р^7’
п(п + 2т) сі <ірр
где ш - порядок моды, р - магнитная проницаемость среды.

со„
(в)

Рис. 2.15. Диэлектрическая кривая для цилиндрических поверхностных плазмонов при убывающей функции диэлектрической проницаемости:
нормализованная частота со!со от нормализованного волнового числа q!k ,
со =1015с ', Re(£)»-1, р0 =200нм.