Разработка наноструктурированных метаматериалов для сверхбыстрой модуляции состояния поляризации фемтосекундных лазерных импульсовНИР

Источник финансирования НИР

ФЦП: Федеральная целевая программа, Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 – 2013 годы

Этапы НИР

# Сроки Название
1 14 сентября 2012 г.-31 декабря 2012 г. Выбор направления исследований, разработка принципов сверхбыстрого управления состоянием поляризации оптического излучения при помощи метаматериалов. Дизайн, изготовление и статическая оптическая характеризация обрацзов метаматериалов
Результаты этапа: В рамках первого этапа работ по проекту был проведен анализ научно- технической литературы по теме проекта, и сделаны выбор и обоснование принятого направления исследований и способов решения поставленных задач. Были изготовлены образцы анизотропных и хиральных метаматериалов методами электронно-лучевой литографии и литографии ионным пучком, была проведена характеризация качества их поверхности методами атомно-силовой и электронной микроскопии. К изготовленным образцам относятся (а) одномерные плазмонные решетки со значениями периода от 400 до 1500 нм, изготовленные методом лазерной интерференционной литографии, и (б) массивы золотых одновитковых наноспиралей с характерным размером около 300 нм, изготовленных методом трехстадийной электронно-лучевой литографии. Была построена модель на основе анизотропно возбуждаемого плазмонного Фано-резонанса и определена возможность и эффективность управления состоянием поляризации света при помощи метаматериалов на временных масштабах десятков фемтосекунд. Построенная модель сверхбыстрого отклика среды предсказывает максимальное значение скорости преобразования состояния поляризации, равное 70 пс−1. Была собрана и отъюстирована оптическая схема динамической эллипсометрии для измерения компонент матрицы Джонса метаматериалов. Установка была протестирована на объектах с известными значениями величин линейного дихроизма, линейного двулучепреломления и кругового двулучепреломления. Были получены первые данные измерений поляризационных свойств образцов хиральных и анизотропных метаматериалов. Обнаружены значительные анизотропные эффекты, связанные с сильной дисперсией анизотропно-возбуждаемых поверхностных плазмон-поляритонов. Анизотропия образцов была охарактеризована путем определения величины фазовой задержки, вносимой в одну из собственных линейных поляризаций. Для образца золотых нанополос, расположенных с периодом 330 нм, поддерживающего возбуждение локальных плазмон-поляритонов, максимальная фазовая задержка составляет 0.13π, перепад фазовой задержки вблизи резонанса составляет 0.13π, максимальная частотная дисперсия фазовой задержки 0.006 нм−1; добротность резонанса 7.3, рассчитанное время жизни ЛП составляет 3 фс. Для образца нанощелей в пленке золота, расположенных с периодом 330 нм, поддерживающего возбуждение распространяющихся плазмон-поляритонов, максимальная фазовая задержка составляет 0.88π, перепад фазовой задержки вблизи резонанса составляет 0.5π, максимальная частотная дисперсия фазовой задержки 0.15 нм−1; добротность резонанса 27, рассчитанное время ПП составляет 20 фс. Для образца периодически модулированной поверхности золота с периодом модуляции 1500 нм, поддерживающего возбуждение распространяющихся плазмон-поляритонов, максимальная фазовая задержка составляет 1.8π, перепад фазовой задержки вблизи резонанса составляет 1.8π, максимальная частотная дисперсия фазовой задержки 0.24нм−1; добротность резонанса 90, рассчитанное время жизни ПП составляет 65 фс. Перепад фазовой задержки при перестройке длины волны позволяет использовать изученные образцы в качестве волновых пластин с различной фазовой задержкой между собственными поляризациями. Также, благодаря угловой дисперсии положения резонансов бегущих ПП, возможно использовать образцы в качестве волновых пластин, перестройка фазовой задержки в которых осуществляется при помощи изменения угла падения света на образец. Если такая “волновая пластина” имеет диапазон перестройки фазовой задержки [0,π], то она способна осуществлять произвольное преобразование состояния поляризации, то есть перевести наперед заданное состояние поляризации света, падающего на образец, в наперед заданное путем подбора углов ориентации образца. Использование подобных структур позволяет осуществлять произвольное преобразование состояния поляризации, поскольку для некоторых из изготовленных образцов перестройка фазовой задержки производится в диапазоне, покрывающем [0, π] на протяжении узкого спектрального диапазона [см. Shcherbakov et al. Phys. Rev. B 82, 193402 (2010)]. На основе поляриметрических данных определен рабочий диапазон длин волн: 700-1600 нм для образцов нанорешеток и 880-920 нм для образцов наноспиралей. Полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности наблюдения сверхбыстрой модуляции состояния поляризации в полученных наноструктурах, исследования которой предполагается на следующем этапе выполнения работ.
2 1 января 2013 г.-14 декабря 2013 г. Разработка наноструктурированных метаматериалов для сверхбыстрой модуляции состояния поляризации фемтосекундных лазерных импульсов
Результаты этапа: 1. Модель взаимодействия поляризованных фемтосекундных лазерных импульсов с анизотропными и хиральными метаматериалами. Оценка возможности и эффективности управления состоянием поляризации света при помощи метаматериалов на временных масштабах десятков фемтосекунд. 2. Опытные образцы анизотропных и хиральных метаматериалов. Результаты характеризации их топорафических характеристик 3. Оптическая схема динамической эллипсометрии для измерения компонент матрицы Джонса метаматериалов. 4. Результаты измерения статических поляризационных свойств образцов хиральных и анизотропных метаматериалов. Рабочий диапазон длин волн и состояний поляризации. 5. Оптическая схема корреляционной спектроскопии фемтосекундных лазерных импульсов титан- сапфирового лазера длительностью не короче 10 фс. 6. Результаты измерений корреляционных свойств лазерных импульсов, взаимодействующих с образцами метаматериалов. 7. Результаты корреляционной спектроскопии динамики состояния поляризации фемтосекундных импульсов, взаимодействующих с образцами метаматериалов. 8. Результаты патентных исследований, проведенных по ГОСТ Р15.011-96.

Прикрепленные к НИР результаты

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".