Многоволновая дифракция в фотоннокристаллических структурах : спектроскопия отражения и пропускания света

• Автор: Федотов, Владимир Григорьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Фотонные кристаллы

1.1. Основные свойства и применение фотонных кристаллов

1.2. Опалоподобные фотоннокристаллические структуры

1.3. Оптическая спектроскопия трёхмерных фотонных кристаллов

1.4. Выводы
Глава 2. Диэлектрическая функция опалоподобной структуры и энергетический спектр фотонных состояний в приближении “пустой решётки”
2.1. Дисперсионные кривые собственных состояний электромагнитного поля в приближении слабой пространственной модуляции диэлектрической проницаемости
2.2. Анализ системы дисперсионных кривых и вклад собственных мод в формирование оптических спектров
2.3. Модель опалоподобной структуры и расчёт форм-факторов методом Монте-Карло
2.4. Эффекты спекания и применимость приближения Рэлея-Ганса при расчёте форм-факторов
2.5. Выводы
Глава 3. Энергетический спектр собственных мод в фотонном кристалле в приближении трёхзонного смешивания с учётом границ раздела
3.1. Методы расчёта фотонной зонной структуры и распределения электромагнитного поля
3.2. Теория динамической дифракции в случае высокого диэлектрического контраста и модель трёхзонного смешивания
3.3. Эффекты многоволновой дифракции в формировании энергетического спектра собственных состояний фотонного кристалла
3.4. Энергетические спектры собственных мод электромагнитного ПОЛЯ в пространственно ограниченном фотонном кристалле и в бесконечной фотоннокристаллической среде
3.5. Выводы
Глава 4. Отражение света от полубесконечного фотонного кристалла: механизмы формирования спектров
4.1. Состояния поляризации собственных электромагнитных мод и граничные условия
4.2. Эффекты многоволновой дифракции в спектрах отражения опалоподобных фотонных кристаллов
4.3. Оптические спектры в приближении трёхзонного смешивания и в рамках полного электродинамического расчёта
4.4. Отражение света от двумерного фотонного кристалла с гексагональной решёткой
4.5. Выводы
Глава 5. Спектроскопия отражения и пропускания света тонкими фотоннокристаллическими плёнками
5.1. Новые интерференционные эффекты в спектрах опалоподобных фотонных кристаллов
5.2. Зависимости спектров брэгговского отражения и пропускания от углов падения света
5.3. Азимутальная осевая симметрия оптических спектров отражения и пропускания
5.4. Спектры отражения и пропускания фотоннокристаллических гетероструктур
5.5. Выводы
Заключение
Список литературы

Введение
В настоящее время пристальное внимание исследователей привлекают пространственно периодические твердотельные структуры, диэлектрическая проницаемость которых промодулирована с периодом, сравнимым с длиной волны света. Такие структуры, получившие название фотонных кристаллов, обладают рядом необычных свойств. Повышенный интерес к фотонным кристаллам связан с возможностью эффективного управления распространением света внутри таких структур, а также с новыми перспективными приложениями в фотонике, лазерной технике и оптоэлектронике, использующими наноструктурированные материалы. Являясь нетривиальными объектами научного поиска, фотонные кристаллы позволяют проводить важные по своей научной значимости исследования, касающиеся фундаментальных проблем, связанных с взаимодействием света с конденсированной средой. Возможность использования фотонных кристаллов как в качестве объектов фундаментальных научных исследований, так и практических целях определяет актуальность работы.
Среди фотонных кристаллов особое место занимают опалоподобные структуры [1]. Начиная с того момента, когда было экспериментально показано существование фотонных стоп-зон в опалах [2], такие структуры часто рассматриваются в качестве модельных трёхмерных фотонных кристаллов [3]. В частности, на инвертированных опалоподобных структурах впервые для фотонных кристаллов наблюдались эффекты многоволновой дифракции света [4]. Позднее такие эффекты изучались в целом ряде работ (смотри, например, [5]). Существенный прогресс в понимании механизмов формирования контуров брэгговского отражения света был достигнут с использованием простых аналитических подходов [6 - 8], основанных на идеях теории динамической дифракции света. Однако при этом рассматривались только модели полубесконечных

что для описания наблюдаемых в оптических спектрах явлений достаточно учитывать только вектора обратной решётки С000 , Сш и С||Т.
Подобная ситуация соответствует приближению трёхзонного смешивания [7]. Отвечающие такому приближению дисперсионные зависимости приведены на рис. 2.3. При этом кривая 1 соответствует дифракции света на системе латеральных плоскостей (111), а кривая 2 -дифракции на системе наклонных плоскостей (111). В случае приближения трёхзонного смешивания существуют три точки пересечения дисперсионных кривых, в которых в энергетическом спектре могут возникать особенности. На рис. 2.3 такие точки схематически помечены кружками.

Рис. 2.3. Дисперсионные кривые собственных мод в опалоподобном фотонном кристалле для модели трёхзонного смешивания в приближении “пустой решётки”.
Точка “а” пересечения дисперсионных кривых 0 и 1 при увеличении угла падения # сдвигается в область высоких частот, а точка “è” минимума дисперсионной кривой 2 смещается в низкочастотную область спектра.