Поверхностные электромагнитные волны и нелинейная дифракция в фотонных кристаллах

• Автор: Соболева, Ирина Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Оглавление

Оглавление
Введение
Глава I

Обзор литературы

1. Фотонные кристаллы: основные понятия

1.1. Микроструктуры с фотонной запрещенной зоной: определение и основные понятия

1.2. Виды и способы изготовления фотонных кристаллов

1.3. Оптические эффекты в фотонных кристаллах

2. Поверхностные волны в фотонных кристаллах

2.1. Распространение поверхностных электромагнитных воли: основные понятия
2.2. Оптические свойства поверхностных поляритонов
2.3. Поверхностные электромагнитные волны в фотонных кристаллах
3. Эффект Гуса-Хенхен на поверхностях металлов и диэлектриков
3.1. Основные понятия
3.2. Экспериментальные особенности наблюдения эффекта Гуса-Хенхен
3.3. Усиление эффекта Гуса-Хенхен при отражении от поверхностей металлов
3.4. Усиление эффекта Гуса-Хенхен поверхностными волнами
в фотонных кристаллах
4. Нелинейная оптика в фотонных кристаллах
4.1. Описание генерации оптических гармоник в объеме и на поверхности нелинейных сред
4.2. Влияние дисперсии среды на эффективности генерации оптических гармоник
4.3. Фазовый квазисинхронизм при генерации второй гармоники в периодических средах
4.4. Нелинейная дифракция в периодических средах
5. Цели работы
Оглавление

Глава II
Поверхностные волны в одномерных фотонных кристаллах
1. Феноменологическое описание поверхностных волны в одномерных фотонных кристаллах методом матриц распространения
2. Поверхностные волны в одномерных фотонных кристаллах
2.1. Экспериментальные установки и образцы
2.2. Спектроскопия резонанса поверхностных электромагнитных волн в одномерных фотонных кристаллах
2.3. Оптическая микроскопия поверхностных электромагнитных волн в одномерных фотонных кристаллах
3. Исследование усиления флуоресценции красителя поверхностными волнами в одномерных фотонных кристаллах
3.1. Описание образцов и экспериментальной установки
3.2. Спектроскопия интенсивности флуоресценции красителя
3.3. Скорость выгорания красителя
Глава III
Эффект Гуса-Хенхен в одномерных фотонных кристаллах
1. Эффект Гуса-Хенхен при наличии поверхностных волн в одномерных фотонных кристаллах: расчет методом матриц распространения
2. Оценка величины эффекта Гуса-Хенхен из угловой спектроскопии отражения
2.1. Описание образцов и экспериментальной установки
2.2. Экспериментальные результаты
2.3. Оценка длины свободного пробега ПЭВ и сдвига Гуса-Хенхен из аппроксимации угловых спектров коэффициента отражения
3. Микроскопия эффекта Гуса-Хенхен
3.1. Экспериментальный подход к исследованию эффекта Гуса-Хенхен методом оптической микроскопии
3.2. Экспериментальные результаты
3.3. Интерпретация результатов
Оглавление
Глава IV
Нелинейная дифракция в искусственных опалах
1. Описание оптических свойств образцов искусственных опалов, исследование влияния иммерсии на проявление фотонной запрещенной зоны
1.1. Экспериментальные установки и образцы
1.2. Дифракция света в опалах при падении света в плоскости, перпендикулярной ростовой поверхности
1.3. Дифракция света в опалах при падении света в плоскости, параллельной ростовой поверхности
2. Описание нелинейной дифракции в трехмерных фотонных кристаллах методом Эвальда
3. Нелинейная дифракция второй и третьей оптических гармоник в образцах искусственных опалов
3.1. Экспериментальная установка
3.2. Угловые спектры интенсивности второй гармоники
3.3. Угловые спектры интенсивности третьей гармоники
3.4. Интерпретация полученных результатов
Заключение
Список литературы
Обзор литературы

аномалии Вуда [41] — эффекта, проявляющегося в виде минимума в спектре коэффициента отражения 0-го порядка дифракции в результате возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов другими порядками дифракции. Показано, что если аномалия Вуда вызвана возбуждением ПЭВ положительными порядками дифракции, наблюдается положительный сдвиг Гуса-Хенхен; если порядок дифракции отрицательный, то и сдвиг, в свою очередь, будет отрицательным. Получены зависимости величины положительного и отрицательного сдвигов от угла падения. Максимальная величина отрицательного сдвига составила ~ ЗОЛ, а положительного ~ 15Л.
Чувствительность величины сдвига Гуса-Хенхен к параметрам резонанса открывает возможности применения эффекта Гуса-Хенхен в оптических сенсорах. Например, предложено использовать эффект Гуса-Хенхен, наблюдающийся при отражении от металлической пленки, в сенсоре температуры [42]. Проведенный расчет показывает, что при изменении температуры среды, в которую помещена подложка с нанесенной серебряной пленкой, величина сдвига Гуса-Хенхен изменяется. Получены теоретические зависимости сдвигов от температуры при падении света под двумя разными углами, показывающие, что при падении под углом в меньшем, чем угол Брюстера 0ц. сдвиг ТМ-поляризованного луча пропорционален температуре, а при в > 9в зависимость обратно пропорциональна. Ожидаемая чувствительность такого сенсора к температуре составляет 1нм/1К. Эффект Гуса-Хенхен предложено также использовать для повышения чувствительности сенсоров на основе явления резонанса поверхностных плазмон-поляритонов [43]. В таких сенсорах по изменениям коэффициента отражения и спектрально-углового положения резонанса судят об изменениях показателя преломления слоя над поверхностью металла. В работе [43] в режиме реального времени исследовались зависимости сдвига Гуса-Хенхен при отражении от металлической пленки от коэффициента преломления исследуемой среды. В качестве исследуемой среды использовался раствор соли ЫаС1 в воде. Чувствительность сенсора составила 1,82 х 10-8 Ши/нм. Минимальное разрешение изменения сдвига составило 20 нм, таким образом, разрешение сенсора составило примерно 10~8 МП, что на один порядок лучше, чем у традиционных сенсоров на основе поверхностных плазмон-поляритонов.
3-4- Усиление эффекта Гуса-Хенхен поверхностными волнами в фотонных кристаллах
Значительный эффект Гуса-Хенхен ожидается в фотонных кристаллах и метаматериалах вблизи резонанса ПЭВ. Так, было показано, что в метамате-