Плазмонные гетероструктуры и фотонные кристаллы с перестраиваемыми оптическими свойствами

• Автор: Белотелов, Владимир Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 301 с. : ил.

Светлой памяти моей мамы Белотеловой Нины Ивановны
Оглавление
Введение. Цели и задачи диссертационной работы
Глава I
Общие вопросы оптики и магнитооптики периодических нано-структурированных материалов и методы расчета
1. Магнитооптические свойства однородных сред
1.1.Описание магнитооптических эффектов в классической электродинамике
1.2.Магнитооптические поляризационные эффекты
1.3.Магнитооптические интенсивностные эффекты
1.4.Обратные магнитооптические эффекты
2. Усиление магнитооптических эффектов в фотонных кристаллах
2.1 .Фотонные кристаллы
2.2.Магнитные фотонные кристаллы
3. Поверхностные плазмон-поляритоны
3.1. Плазмон-поляритоиные волны в гладких пленках
3.2. Поверхностные плазмоны в металло-диэлектрических решетках
4. Магнитооптические эффекты в плазмонных структурах
4.1. Экваториальный эффект Керра
4.2. Поляризационные эффекты
5. Оптическое возбуждение электронов в благородных металлах
6. Методы расчета оптических свойств периодических наноструктур
6.1. Метод матриц переноса
6.2. Метод связанных мод в пространстве Фурье (ЯС¥А)
6.3. Метод матрицы рассеяния
6.4. Метод конечных разностей во временной области (РОТО)
Глава II
Магнитооптические интенсивностные эффекты в плазмонных кри-

сталлах
1. Двухслойная гстероструктура: [перфорированный металл]/[однородный магнитный диэлектрик]
2. Электромагнитные моды в немагнитном плазмонном кристалле
2.1. Волноводные моды и распространяющиеся плазмонные моды
2.2. Локализованные плазмонные моды в щелях, отверстиях и вблизи металлических полос
3. Магнитооптические эффекты в плазмонном кристалле, намагниченном в экваториальной конфигурации
3.1. Плазмонные и волноводные моды в слоистых структурах с поперечной намагниченностью
3.1.1. Дисперсия плазмон-поляритона на границе двух полубес-конечных сред
3.1.2. Волноводные моды и поверхностные плазмон-поляритоны
в металло-диэлектрической пленке с волноведущим слоем
3.2. Явление магнитооптической невзаимности в плазмонном кристалле
3.3. Матрица рассеяния и резонансы Фано
3.4. Экваториальный эффект Керра в плазмонном кристалле
3.4.1. Аналитическое рассмотрение
3.4.2. Электромагнитное моделирование
3.4.3. Зависимость экваториального эффекта Керра от толщины диэлектрической пленки. Влияние волноводных мод
3.5. Экспериментальное наблюдение экваториального эффекта Керра
3.5.1. Исследуемый образец и метод его изготовления
3.5.2. Экспериментальная установка и методика измерения
3.5.3. Гигантский экваториальный эффект Керра
3.5.4. Наблюдение экваториального эффекта Керра как метод исследования спектров поверхностных плазмонов
4. Магнитооптические эффекты в плазмонном кристалле, намагниченном в ме-

сколько других схожих одномерных фотонных материалов. Так, авторы [48-49] рассмотрели теоретически МФК, в котором на определенных частотах света наблюдается большое фарадеевское вращение и, вместе с тем коэффициент прохождения близок к единице. Такой МФК состоит из последовательных магнитных М (иттриевый феррит-гранат с замещением церием - Се:УЮ) и немагнитных N (гадолиний галлиевый гранат) слоев, причем порядок чередования обращается через несколько слоев. Иными словами, данный одномерный МФК содержит структурный дефект (рис. 1.6). Очередность магнитных и немагнитных слоев может быть представлена как (МУ)‘'(ЛГМ)6(М,),’(ЛГМ)“, где параметры а и Ъ подобраны оптимальным образом (по данным работы [48] а = 3, Ь = 4 ). Для дальнейшего очень существенным является то обстоятельство, что наибольшее увеличения магнитооптического эффекта возникает при толщинах слоев, равных четверти длины волны в слое. Это равносильно тому, что модуль волнового вектора излучения к = п/а, где а - период МФК. В описанной фотонной структуре был предсказан угол поворота плоскости поляризации света на 45° на расстоянии, равном всего 15 мкм, в то время как для той же однородной среды, указанный угол поворота достигается на расстоянии, в 200 раз большем.
Магнитные слои Немагнитные слои
Рис. 1.6: Схема одномерного МФК, состоящего из чередующихся магнитных и немагнитных слоев с дефектами чередования [48].