Распространение света в неоднородных коллоидных фотонных кристаллах

• Автор: Романов, Сергей Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 424 с. : ил.

Оглавление
Введение
Общая характеристика работы
Глава 1. Фотонные кристаллы
1.1. Свойства фотонных кристаллов
1.2. Метод разложения по плоским волнам
1.3. Методы матриц передач и матриц рассеяния
1.4. Направленность распространения света в фотонном кристалле
1.5. Обзор основных методов приготовления 3-мерных фотонных
кристаллов
Глава 2. Приготовление тонкопленочных коллоидных кристаллов и структур на
их основе
2.1. Введение
2.2. Кристаллизация пленок опалов
2.3. Коллоидная кристаллизация в условиях механических вибраций
2.4. Сравнительный анализ поверхности пленок опала с различной степенью кристалличности
2.4.1. Фурье анализ СЭМ изображений решетки сфер на поверхности опала
2.4.2. Модель сфер-антиподов
2.5. Дифракция излучения как метод исследования структуры образца
2.5.1. Дифракция света на решетке опала
2.5.2. Пространственное упорядочение решетки опала
2.6. Интерпретация роли шумовой активации в упорядочении решетки
2.7. Приготовление композитных опалов
2.7.1. Газофазный синтез
2.7.2. Заполнение полостей опалов смачивающими жидкостями
2.7.3. Жидкофазный синтез полупроводников в полостях опала
2.7.4. Модификация сфер опала
2.7.5. Металло-органический синтез полупроводников в опалах (МОСУБ)
2.7.6. Техника контролируемого введения наночастиц в опалы
2.8. Приготовление инвертированных опалов
2.8.1. Приготовление ТЮ2-опала методом жидкофазной реакции
2.8.2. Приготовление 8п82-опала газофазной реакцией
2.8.3. Приготовление 2пО-опала молекулярным наслаиванием
2.9. Приготовление коллоидных кристаллов методом Лэнгмюра-Блоджетт
2.10. Приготовление фотонных гетерокристаллов
2.10.1. Гетерокристаллы на основе разницы показателя преломления
2.10.1. Фотонные гетерокристаллы на основе разницы диаметров сфер
2.11. Приготовление гибридных металло-диэлектрических кристаллов
2.11.1. Гибридные кристаллы на плоской металлической пленке
2.11.2. Гибридные кристаллы с профилированной металлической пленкой
2.11.3. Гибридные гетеро-кристаллы
2.12. Разупорядоченные монослои сфер
Основные результаты
Глава 3. Распространение света в токопленочных самоорганизующихся и принудительно собранных коллоидных кристаллах
3.1. Методика измерения спектров пропускания и отражения
3.2 Сравнение спектров слабоупорядоченных объемных опалов и упорядоченных пленок опала
3.3. Зависимость спектров опала от направления распространения и поляризации света
3.4. Брэгговское приближение к описанию резонансов в спектрах опалов
3.5. Дисперсия резонансов в ГистХ- и Г1АУ-сечениях зоны Бриллюэна решетки опала
3.6. Сходство спектров пропускания однослойных и многослойных коллоидных кристаллов
3.7. Монослой сфер - от Ми резонансов к дифракционным резонансам
3.8 Спектры пропускания опала и фотонная энергетическая структура
3.9. Параметры резонансов в спектрах пропускания токопленочного опала
3.10. Поляризационная анизотропия оптического отклика
3.10.1. Поляризационная анизотропия резонансов в отражении
3.10.2. Поляризационная анизотропия резонансов в пропускании
3.10.3. Спектрально-угловвая зависимостьполяризационной анизотропии
3.10.4. Неприменимость 1-мерной модели к описанию поляризационной анизотропии
3.10.5. Критический угол дифракции в коллоидных кристаллах
3.11. Смешивание поляризаций света в опале
3.12. Азимутальная зависимость резонансов в пропускании опалов
3.13. Азимутальная симметрия спектров пропускания пленок опала
Основные результаты
Глава 4. Рассеяние света в пленочных опалах
4.1. Введение
4.2. Методика измерений
4.3. Упорядоченность решетки опала и спектр рассеяния вперед
4.4. Спектры рассеяния вперед и назад при нормальном падении света на пленку
4.5. Особенности рассеяния назад
4.6. Вероятность рассеяния
4.7. Индикатрисы рассеяния
4.8. Азимутальная анизотропия спектров рассеяния вперед
4.9. Рассеяние наклонно-падающего луча
Основные результаты
Глава 5. Распространение света в гетерогенных фотонных кристаллах
5.1. Введение
5.2. Фотонные гетерокристаллы на основе разницы показателя преломления
5.3. Фотонные гетерокристаллы на основе разницы параметра решетки
5.3.1 Двухслойные фотонные гетерокристаллы на основе пленок опалов
5.3.2. 2-мерная модель гетеро-кристалла
5.3.3. Рассеяние света в двухслойных фотонных гетерокристаллах
5.4. Трехслойные фотонные гетерокристаллы
5.5. Спектроскопия рассеянного в 3-слойных гетерокристаллах света
5.6. Потери света в фотонных гетерокристаллах
5.6.1. Потери в 3-слойном фотонном гетерокристалле

обычным средам, если нет соответствующих изочастот, возможно полное отражение при малых углах падения волны из свободного пространства на ФК и прохождение при больших углах падения. Этот пример показывает отличие рефракции в ФК и однородном диэлектрике.
Таблица 1.1. Сопоставление характеристик ФК и полупроводников
Электромагнитные П волны Волны дО Бройля фотонные кристаллы электронные кристаллы о) | Е положительный / положительная масса индекс / (состояния электронов) фотонная ’ электронная запрещенная зона запрещенная зона отрицательный / (отрицательная масса индекс / | (состояния дырок) приближение приближение эффективного индекса эффективной массы
Частота со Энергия электрона Е = Ьсо
Волновой вектор к Квазиимпульс к
Г рупповая скорость волны = gradkffl Скорость электрона
Дисперсионная характеристика <у(к) Дисперсионная харак-теристика £(к)
Полоса пропускания Энергетическая зона
Фотонная щель Запрещенная зона
Изочастота Изоэнергетическая поверхность
Локализованные моды Примесные или поверхностные уровни
При увеличении контраста ПП антипересечения будут занимать все большую часть изочастот, ограничивая распространение света в ФК. Указывается, что в этом случае блоховские волны будут представлять собой композицию прошедших и дифрагированных волн, полученных с учетом не только одно вектора обратной решетки, но набора таких векторов. Поэтому упрощенная модель РисЛ.бг нарушается и направления распространения света надо находить численными методами. Аналогичную изочастоте форму имеет поверхность Ферми в полупроводниках. Сопоставляя характеристики ФК и полупроводниковых кристаллов, можно, казалось бы, вывести представление о ФК, как о полупроводнике для фотонов (Таблица 1.1). Наиболее значимое расхождение, подрывающее эту аналогию, это заполнение фотонами всех состояний выше и ниже ФЩ. Это обстоятельство, как и невозможность для фотона поменять свою энергию без переизлучения атомами вещества, показывает, что физика ФК не является репликой физики полупроводников.
Тем не менее, указанную аналогию можно использовать при рассмотрении некоторых частных характеристик ФК, не связанных с изменением частоты/энергии носителей. Например, эффективный ПП, если выводить его из кри-