Модовая структура и нелинейные эффекты в резонансных и нерезонансных фотонных кристаллах

• Автор: Иорш, Иван Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 114 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Отрицательная рефракция в фотонных кристаллах
1.1 Отрицательное преломление света (обзор)
1.2 Отрицательное преломление в одномерных фотонных кристаллах
1.2.1 Метод расчета
1.2.2 Сопоставление с результатами численного моделирования
1.2.3 Обсуждение и выводы
1.3 Отрицательное преломление света на призме, сделанной из двумерного фотонного кристалла
1.3.1 Методика расчета
1.3.2 Результаты численного моделирования
1.3.3 Сопоставление теории с экспериментальными данными
1.4 Краткие итоги
2 Взаимодействие экситонов в квантовых ямах с собственными
модами одномерного фотонного кристалла
2.1 Взаимодействие экситонов
с электромагнитным полем в резонаторах и фотонных кристаллах (обзор)
2.2 Модовая структура периодического массива квантовых ям, помещенного в слои одномерного фотонного кристалла
2.3 Параметрическое усиление в системе периодически упорядоченных квантовых ям, помещенных в слои одномерного фотонного кристалла

2.3.1 Параметрическое усиление экситон-поляритонов
2.3.2 Описание эксперимента
2.3.3 Трехуровневая модель параметрического усиления
2.4 Краткие итоги
3 Металлодиэлектрические слоистые метаматериалы
3.1 Металлодиэлектрические слоистые
метаматериалы (обзор)
3.2 Поверхностные состояния на границе металлодиэлектрических
метаматериалов
3.3 Нелинейные поверхностные состояния на границе металлодиэлектрического
метаматериала и вакуума
3.4 Время спонтанной эмиссии диполя, помещенного в
металлодиэлектрический
метаматериал
3.4.1 Спонтанное излучение. Фактор Парселла в различных системах
3.4.2 Время спонтанной эмиссии диполя, помещенного в
металлодиэлектричекий метаматериал
3.5 Связанные Таммовские плазмоны
3.6 Краткие итоги
Заключение
Список литературы

Введение
Характер взаимодействия света с веществом существенно меняется в структурированных средах, таких как фотонные кристаллы [1] или метаматериалы [2]. В случае видимого или инфракрасного диапазона частот характерный размер модуляции диэлектрической проницаемости составляет десятки-сотни нанометров, и интенсивное развитие нанотенологий в последние десятилетие позволило перейти от теоретических исследований в данной области к экспериментальным, а также к созданию новых оптоэлектронных приборов. На основе фотоных наноструктур могут быть созданы материалы с отрицательным эффективным показателем преломления [3] и различные оптические компоненты, такие как плоские линзы Веселаго, способные фокусировать изображение на размерах меньше длины волны [4].
Фотонные кристаллы с активными компонентами, способными излучать или поглощать свет, либо обладающих нелинейными свойствами, могут быть использованы для управления потоком света, создания нового типа источников и детекторов света, а также для создания систем оптической обработки информации. Особый интерес вызывают резонансные фотонные кристаллы, в которых имеет место резонансный оптический отклик, обусловленный взаимодействием света с экситонами или плазмонами. Взаимодействие света с экситонами в фотонном кристалле приводит к возникновению новых собственных мод системы, экситон-поляритонов которые обладают рядом интересных свойств. В частности, нелинейные эффекты в экситон-поляритонных системах могут проявляться при накачке 1 Вт/см2 [5], что на несколько порядков ниже, чем в

ДТГц)
Рис. 1.9: (а) - Спектральное разложение преломленных сигналов. Горизонтальными линиями сверху отмечены ширина первой и второй разрешенных зон, рассчитанные методом Комплексной зонной структуры. Из работы [А2].
металле. И в-третьих, существует некоторый обусловленный технологией разброс по размерам металлических колонок, образующих фотонный кристалл.
В результате, в разделе представлена концепция терагерцового фильтра на базе фотопнокристалл и ческой призмы, в которой реализуется отрицательная рефракция. Рассчитан точный дизайн прибора и приведены результаты эксперимента ним, которые согласуются с теоретическими результатами.