Оптические и оптомеханические взаимодействия в наноструктурных просветляющих и нанофокусирующих системах

• Автор: Шалин, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 354 с. : 22 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МЕТОД ИНТЕГРАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АТОМАРНЫХ СИСТЕМ И ПРОСТЕЙШИХ СТРУКТУР ИЗ НАНОЧАСТИЦ

1.1. Немагнитные среды

1.1.1. Поляризуемость двухуровневой квантовой системы

1.1.2. Полевые уравнения для непроводящей немагнитной среды

1.2. Магнитные среды

1.2.1. Квантовая поляризуемость магнитного диполя

1.2.2. Полевые уравнения для непроводящей магнитной среды

1.3. Атомарные системы I. Взаимодействие атомов с магнитными моментами в поле радиочастотного излучения

1.3.1. Действующие поля в системе из двух магнитных диполей

1.3.2. Линейные стационарные магнитные размерные резонансы в двухатомных наноструктурных объектах
1.3.3. Спиновый парамагнетизм в двухатомном наноструктурном объекте и магнитные размерные резонансы
1.4. Атомарные системы II. Поглощение света в смесях паров натрия с буферным газом Аг
1.4.1. Модель. Поглощение в парах натрия
1.4.2. Межатомное расстояние в димерах натрия
1.4.3. Поглощение в красной области спектра
1.5. Диэлектрические наиочастицы с примесными атомами
1.5.1. Основные уравнения
1.5.2. Расчет полей внутри и вне системы
1.5.3. Согласование координатных систем
1.5.4. Эффективные электрические поля
1.5.5. Уравнения магнитного поля

1.5.6. Электродинамический отклик системы
1.5.7. Показатель преломления системы
1.5.8. Электростатическое приближение
1.5.9. Оптические свойства трехчастичной структуры. Численное моделирование
1.6. Металлические наночастицы
1.6.1. Отражение и преломление плоской волны на поверхности металлической полубесконечной среды
1.6.2. Линейность и однородность оптической среды
1.6.3. Комплексный показатель преломления среды
1.6.4. Определение поляризуемости наночастиц на основе
размерно-корректируемых экспериментальных данных
1.6.5. Оптические резонансы в системе взаимодействующих металлических наношаров
ГЛАВА 2. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОСТРУКТУРНЫХ МОНОСЛОЕВ
2.1. Оптические свойства монослоев наночастиц в вакууме и
на подложке
2.1.1. Основные уравнения
2.1.2. Оптические поля внутри наноструктурного слоя
2.1.3. Оптические свойства системы
2.1.4. Интерференционное регулирование коэффициентов отражения и пропускания системы
2.1.5. Условие погашения отражения от подложки
2.1.6. Заключение
2.2. Оптические свойства монослоев паночастиц, внедренных в среду
2.2.1. Метод эффективных полей
2.2.2. Метод мнимой границы
2.2.3. Отражение и пропускание света композитной структурой
2.2.4. Эффективные параметры системы
2.2.5. Заключение
2.3. Дискретные просветляющие наноструктурные слои
2.3.1. Условия широкополосного просветления среды слоем упорядоченно расположенных нанообъектов
2.3.2. Численный расчет. Обсуждение результатов
2.3.3. Сравнение с существующими «градиентными» просветляющими покрытиями
2.3.4. Универсальность способа широкополосного просветления среды слоем нанополостей
2.3.5. Аппроксимационная модель универсальной широкополосной просветляющей наноструктуры
2.3.6. Заключение
2.4. Дискретные наноструктурные слои с эффектом свегоулавливания
2.4.1. Основные механизмы нерезонансного повышения поглощения света фотовольтаическим слоем
2.4.2. Локализация излучения
2.4.3. Погашение отражения
2.4.4. Интегральное поглощение света в рассматриваемой фотовольтаической структуре
2.4.5. Заключение
ГЛАВА 3. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТРЕХМЕРНЫХ НАНО-КОМПОЗИТОВ199
3.1. Упорядоченные нанокомпозиты
3.1.1. Основные уравнения
3.1.2. Метод «мнимой границы»
3.1.3. Взаимодействие излучения с диэлектрическими нанокомпозитами
3.1.4. Взаимодействие излучения с металлическими нанокомпозитами
3.1.5. Заключение
3.2. Неупорядоченные нанокомпозиты

единичным вектором п. Такой диполь характеризуется электрической поляризацией Р(г,/) = р(1)8(г - г0)п. В общем случае диполь с ориентацией п, также зависящей от времени, эквивалентен 3 линейным диполям, дипольные моменты которых ориентированы вдоль 3 взаимно перпендикулярных направлений. Согласно (1.34) электрический вектор Герца в данном случае равен
П. = &-Я1~с)-п, (1.42)

где Я - расстояние между точками г и г0.
Так как П„ =0, а Пе удовлетворяет всюду (кроме начала координат) однородному волновому уравнению для вакуума, выражения (1.36)—(1.39) сводятся к
Е = Б = гойтй Пе (1.43)
В = Н = —гЩ Пе. (1.44)

Теперь на основе полученных соотношений рассмотрим взаимодействие некоего произвольного тела с полем внешнего оптического излучения. Будем считать, что молекулы, составляющие тело, ведут себя в поле падающих волн подобно диполям. При этом излучаемые диполями волны действуют на любой другой диполь и определяют среднее измеряемое поле. Предположим, что диполи равномерно распределены по среде, и среднее значение их электрического момента в единице объёма Р будем рассматривать как основную величину. На самом же деле распределение молекул в среде никогда не бывает совершенно
равномерным (т.е. имеются флуктуации плотности) и, следовательно,
электрический момент отдельных частиц флуктуирует около среднего значения. Возникающие явления данная теория может объяснить, проводя расчеты несколько дальше, т.е. рассчитывая не только средние величины, но и их среднеквадратичные отклонения. Подобные расчеты важны для некоторых проблем, например для объяснения синего цвета неба [1].