ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Проект направлен на теоретическое исследование резонансных оптических свойств наноструктурированных фотонных систем и метаматериалов на основе диэлектриков, полупроводников и/или металлов. Основные фундаментальные цели проекта - исследовать: (1) характеристики оптического электро-дипольного излучения осциллирующего точечного диполя (классического аналога полупроводниковой квантовой точки), расположенного внутри резонансной фотонно-кристаллической слоистой структуры, например, массива наноантенн Яги-Уда или метаматериала: направленность излучения, фактор Пурселла (коэффициент усиления за счет резонатора), поляризационые характеристики излучения; (2) возможности усиления магнито-дипольного излучения в терагерцовом диапазоне за счет создания резонансных условий для его возбуждения; (3) возможность образования поверхностных (таммовских) резонансных мод на границе фотонного кристала и их взаимодействие с дефектными резонансными модами, локализованными в глубине фотонного кристалла; (4) характеристики фотонно-кристаллических структур с удвоением периода и возможность создания на их основе низкопороговых лазеров; (5) особенности поведения поверхностных плазмон-поляритонов в наноструктурированных системах металл/диэлектрик вблизи порога открытия нового диффракционного канала; (6) возможность создания плазмонных структур на поверхности жидкого металла (например, ртути), при возбуждении на ней поверхностных капиллярных волн; (7) резонансный акусто-оптический эффект на поверхности полупроводника и акусто-плазмонный эффект в тонкой металлической пленке; (8) электромагнитные моды шепчущей галереи в диэлектрических микроцилиндрах и микросферах и их возмущения.
1. Методом оптической матрицы рассеяния решена задача об излучении классического точечного электрического диполя, осциллирующего с заданными частотой и амплитудой и расположенного внутри произвольного фотонно-кристаллического слоя. Метод позволяет рассчитать диаграмму направленности излучения, коэффициент Пурселла (то есть, усиление или ослабление интенсивности излучения в результате взаимодействия с диэлектрическим окружением), а также эффективность излучения (то есть отношение изучаемого потока энергии к полным потерям излучателя). Показано, что использование электродинамического принципа взаимности позволяет существенно ускорить расчет по сравнению с прямым методом решения уравнений Максвелла для точечного источника. 2. Рассчитаны диаграмма направленности излучения, коэффициент Пурселла, а также эффективность излучения точечного электро-дипольного излучателя, расположенного внутри планарного массива наноантенн Яги-Уда из золотых наночастиц, в зависимости от пространственного положения излучателя внутри массива наноантенн и частоты осцилляций. Показано, что использование локализованных плазмонных резонансов в излучательном элементе наноантенны позволяет усилить излучательную эффективность (по сравнению с излучателем в свободном пространстве) более чем на 2 порядка. Использование нескольких синхронизованных излучателей в массиве наноантенн позволяет дополнительно управлять диаграммой направленности излучения. 3. Разработан метод расчета и управления степенью циркулярной поляризации фотолюминесценции квантовых точек, помещенных внутрь киральной фотонно-кристаллической структуры. Метод продемонстрирован на двух примерах: (а) планарном микрорезонаторе, верхнее брэгговское зеркало которого периодически пространственно промодулировано (на половину толщины) киральной структурой из гаммадионов, и (б) планарном GaAs/AlGaAs волноводе, верхняя обкладка которого представляет собой киральный фотонный кристалл. Рассчитанные в рамках метода спектры фотолюминесценции квантовых точек и поведение их степени циркулярной поляризации в зависимости от геометрических параметров обеих систем находятся в хорошем согласии с данными экспериментов. 4. Предложена оптимизированная геометрия структуры на основе кирально-модулированного волновода, в которой степень циркулярной поляризации фотолюминесценции квантовых точек может быть близка к 100% . 5. Теоретически исследованы оптические спектры фотонно-кристаллического слоя со сверхрешеткой. Структура состоит из золотого слоя на диэлектрике с массивами периодически-упорядоченных цилиндрических отверстий, образующих сверхрешетку с большим периодом. Проанализированы аномалии Вуда в оптических спектрах такой системы, построены упрощенные одномерные и двумерные модели, позволяющие качественно объяснить основные особенности в спектрах. Результаты расчета находятся в хорошем согласии с данными эксперимента. 6. Рассчитаны резонансные энергии и ширины резонансов таммовских поверхностных состоянии в фотонно-кристаллических слоях на основе макропористого кремния, отвечающие полюсам оптической матрицы рассеяния. Показано, что возникающие в фотонно-кристаллических слоях таммовские поверхностные состояния могут обладать отрицательной дисперсией. 7. Теоретически исследована возможность создания управляемых микрорезонаторов из макропористого кремния с активной областью в виде щели, заполненной жидким кристаллом и зеркалами на основе двумерных фотонных кристаллов, образованных гексагональными решетками воздушных цилиндрических пор. 8. Теоретически исследованы оптические свойства фотонно-кристаллических слоев из макропористого кремния с асимметричными внешними слоями. Показано, что вследствие потерь на диффузное рассеяние света на неоднородностях спектры коэффициентов отражения с разных сторон слоя оказываются различными, и это не противоречит принципу электродинамической взаимности. 9. 9. При помощи развитой ранее теории возмущений, основанной на использовании резонансных состояний открытых оптических систем, теоретически рассчитаны собственные комплексные частоты, пространственные распределения полей резонансных состояний планарных оптических структур, а также их спектры отражения и пропускания. Сравнение с точными результатами, которые в случае планарных структур могут быть получены методом матрицы переноса, доказывает хорошую сходимость и эффективность предложенной теории возмущений. 10. Метод резонансного суммирования (МРС), недавно предложенный нами для решения задач электродинамики и волновой оптики, обобщен для открытых планарных систем с наклонным падением света. Метод проиллюстрирован и проверен на примерах точно решаемых задач, таких как однородный диэлектрический слой в вакууме и слоистый Брэгговский микрорезонатор, для которых приведены явные аналитические выражения. Их сравнение с результатами МРС демонстрирует высокую точность и быструю сходимость МРС.
ИОФ РАН | Координатор |
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2012 г.-31 декабря 2012 г. | Резонансы в наноструктурированных фотонных системах - 2012 |
Результаты этапа: | ||
2 | 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. | Резонансы в наноструктурированных фотонных системах - 2013 |
Результаты этапа: | ||
3 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Резонансы в наноструктурированных фотонных системах - 2014 |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".