ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ФОТОННО-КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МЕТАЛЛОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ ОПАЛОВ
ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ФОТОННО-КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МЕТАЛЛОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ ОПАЛОВ
DOI
10.33286/2075-8693-2021-51-89-99
Авторы
Ханин Самуил Давидович, д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой физики Военной академии связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного, e-mail: sinklit@mail.ru.
Ванин Александр Иванович, д-р физ.-мат. наук, доцент, профессор кафедры прикладной информатики и моделирования Псковского государственного университета, e-mail: a.ivanin@mail.ru.
Кумзеров Юрий Александрович, д-р физ.-мат. наук, заведующий лабораторией Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН, e-mail: yu.kumzerov@mail.ioffe.ru.
Соловьёв Владимир Гаевич, д-р физ.-мат. наук, профессор, профессор кафедры физики Военной академии связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного, профессор кафедры физики Псковского государственного университета, e-mail: solovyev_v55@mail.ru.
Цветков Александр Витальевич, аспирант кафедры физики Псковского государственного университета, e-mail: aleksandr23031994@gmail.com. Яников Михаил Владимирович, канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры физики Псковского государственного университета, e-mail: losthighway@mail.ru.
Ключевые слова
фотонные кристаллы, опалы, поверхностные плазмон-поляритоны, металлодиэлектрические системы, резонанс Фано
Аннотация
Исследовано распространение электромагнитных волн в металлодиэлектрических системах на основе опалов. Обнаружено аномальное пропускание и поглощение света гибридными плазмонно-фотонными слоистыми гетероструктурами, связанные с возбуждением поверхностных плазмон-поляритонов, распространяющихся вдоль границ раздела металл − диэлектрик. В качестве объяснения положения максимумов в спектрах отражения нанокомпозитов, полученных путем заполнения опаловой матрицы металлом с помощью метода электротермодиффузии, выступает брэгговская дифракция, а асимметричной формы спектральных кривых – резонанс Фано.
Литература
1. Joannopoulos J. D., Meade R. D., Winn J. N. Photonic Crystals: Molding the Flow of Light. Princeton University Press, 2008. 286 p.
2. Photonic crystals: Advances in design, fabrication, and characterization / Edited by K. Busch, S. Lölkes, R. B. Wehrspohn, H. Föll. Wiley-VCH, 2004. 354 p.
3. Astratov V. N., Bogomolov V. N., Kaplyanskii A. A., Prokofiev A. V., Samoilovich L. A., Samoilovich S. M., Vlasov Yu. A. Optical spectroscopy of opal matrices with CdS embedded in its pores: Quantum confinement and photonic band gap effects // Il Nuovo Cimento. 1995. Vol. 17D, no. 11–12. P. 1349–1354. 4. Алиев Г. Н., Голубев В. Г., Дукин А. А., Курдюков Д. А., Медведев А. В., Певцов А. Б., Сорокин Л. М., Хатчисон Дж. Структурные, фотонно-кристаллические и люминесцентные свойства композита опал-эрбий // Физика твердого тела. 2002. Т. 44, № 12. С. 2125–2032.
5. Горелик В. С. Оптические и диэлектрические свойства наноструктурированных фотонных кристаллов, заполненных сегнетоэлектриками и металлами // Физика твёрдого тела. 2009. Т. 51, № 7. С. 1252–1258.
6. Долганов П. В., Масалов В. М., Сухинина Н. С., Долганов В. К., Емельченко Г. А. Инвертированный опал на основе полимерного наполнителя и трансформация его оптических характеристик // Физика твердого тела. 2014. Т. 56, № 4. С. 717–721.
7. Балакирев В. Г., Богомолов В. Н., Журавлёв В. В., Кумзеров Ю. А., Петрановский В. П., Романов С. Г., Самойлович Л. А. Трехмерные сверхрешетки в матрицах опалов // Кристаллография. 1993. Т. 38, № 3. С. 111–120.
8. Veisman V. L., Romanov S. G., Solovyev V. G., Yanikov M. V. Optical properties of nanostructured silver, embedded by electro-thermo-diffusion in opal photonic crystal // Environment. Technology. Resources : Proceedings of the 10th International Scientific and Practical Conference. Rēzekne, Latvia, 2015. Vol. 1. P. 230–231.
9. Cvetkov A. V., Gerbreders V. I., Khanin S. D., Lukin A. E., Ogurcovs A. S., Romanov G., Solovyev V. G., Vanin A. I., Yanikov M. V. Structure and Optical Properties of Hybrid Metal-Dielectric Colloidal Photonic Crystals // Environment. Technology. Resources : Proceedings of the 11th International Scientific and Practical Conference. Rezekne, Latvia, 2017. V. III. P. 37–40.
10. Ванин А. И., Лукин А. Е., Романов С. Г., Соловьев В. Г., Ханин С. Д., Яников М. В. Оптические свойства металлодиэлектрических структур на основе фотонно-кристаллических опаловых матриц // Физика твёрдого тела. 2018. Т. 60, № 4. С. 770–773.
11. Ванин А. И., Кумзеров Ю. А., Романов С. Г., Соловьев В. Г., Ханин С. Д., Цветков А. В., Яников М. В. Передача и преобразование электромагнитного излучения фотонно-кристаллическими металлодиэлектрическими системами на основе опалов // Оптика и спектроскопия. 2020. Т. 128, № 12. С. 1919–1925. 12. Romanov S. G., Korovin A., Regensburger A., Peschel U. Hybrid colloidal plasmonic-photonic crystals // Advanced Materials. 2011. Vol. 23. P. 2515–2533.
13. Поверхностные поляритоны : Электромагнитные волны на поверхностях и границах раздела сред / под ред. В. М. Аграновича и Д. Л. Миллса. М. : Наука, 1985. 526 с.
14. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Посадский В. Н., Тяжлов В. С., Байкин А. В. Дефектная мода в СВЧ волноводных брэгговских структурах с металлическими штырями // Журнал технической физики. 2019. Т. 89, № 10. С. 1606–1610.
15. Maier S. A. Plasmonics: Fundamentals and Applications. Springer, N. Y., 2007. 223 p.
16. Петрин А. Б., Вольпян О. Д., Сигов А. С. Возбуждение поверхностных волн в плоскослоистых структурах и разработка модуляторов света // Журнал технической физики. 2018. Т. 88, № 3. С. 433–437.
17. Климов В. В. Наноплазмоника. М. : Физматлит, 2010. 480 с.
18. Алексеева Н. О., Вейсман В. Л., Лукин А. Е., Панькова С. В., Соловьев В. Г., Яников М. В. Экспериментальное исследование поверхностных свойств металлодиэлектрических наноструктур на основе опалов // Нанотехника. 2012. № 3 (31). С. 23–26.
19. Ванин А. И., Кумзеров Ю. А., Лукин А. Е., Соловьёв В. Г., Ханин С. Д., Яников М. В. Передача и преобразование электромагнитного излучения в фотонно-кристаллических структурах и металлодиэлектрических композиционных системах на основе опалов. Псков : Псков. гос. ун-т, 2017. 115 с.
20. Романов С. Г. Особенности дифракции света в упорядоченном монослое сфер // Физика твёрдого тела. 2017. Т. 59, № 7. С. 1329–1340.
21. Fano U. Effects of configuration interaction on intensities and phase shifts // Physical Review. 1961. Vol. 124. P. 1866–1878.
22. Rybin M. V., Khanikaev A. B., Inoue M., Samusev K. B., Steel M. J., Yushin G., Limonov M. F. Fano Resonance between Mie and Bragg Scattering in Photonic Crystals // Physical Review Letters. 2009. Vol. 103. P. 023901 (1–4).
23. Rybin M. V., Khanikaev A. B., Inoue M., Samusev A. K., Steel M. J., Yushin G., Limonov M. F. Bragg scattering induces Fano resonance in photonic crystals // Photonics and Nanostructures – Fundamentals and Applications. 2010. Vol. 8. P. 86–93.
24. Limonov M. F., Rybin M. V., Poddubny A. N., Kivshar Y. S. Fano resonances in photonics // Nature Photonics. 2017. Vol. 11. P. 543–554.
25. Ванин А. И., Соловьев В. Г. Моделирование резонанса Фано в наноструктурированном материале // VI Междунар. конф. по фотонике и информационной оптике : сб. науч. тр. М. : НИЯУ МИФИ, 2017. С. 140–141.
26. Ванин А. И., Панькова С. В., Соловьев В. Г., Цветков А. В., Яников М. В. Оптические свойства нанокомпозита Sn / опал // IX Междунар. конф. по фотонике и информационной оптике : сб. науч. тр. М. : НИЯУ МИФИ, 2020. С. 573–574.
27. Яников М. В., Вейсман В. Л., Гонян А. А., Соловьев В. Г., Цема Г. С. Получение и экспериментальное исследование оптических свойств наноструктурированного йода в пористой матрице опала // Вестн. Псков. гос. ун-та. Сер. : Естественные и физико-математические науки. 2013. Вып. 3. С. 165–169.
28. Il’inskii A. V., Aliev R. A., Kurdyukov D. A., Sharenkova N. V., Shadrin E. B., Golubev V. G. Opal-AgI photonic crystal controlled by the superionic phase transition // Physica status solidi (a). 2006. Vol. 203, no. 8. P. 2073–2077.
29. Богородицкий Н. Г., Волокобинский Ю. М., Воробьёв А. А., Тареев Б. М. Теория диэлектриков. М. ; Л. : Энергия, 1965. 344 с.
30. Васнецов М. В., Пасько В. А., Орлова Т. Н., Плутенко Д. А., Кудрявцева А. Д., Чернега Н. В. Деформация фотонной зоны в неидеальном фотонном кристалле синтетического опала // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2018. Т. 153, № 5. С. 698–711.
Для цитирования
Ханин С. Д., Ванин А. И., Кумзеров Ю. А., Соловьев В. Г., Цветков А. В., Яников М. В. Особенности распространения электромагнитного излучения в фотонно-кристаллических металлодиэлектрических системах на основе опалов // Техника радиосвязи. 2021. Выпуск 4 (51). С. 89–99. DOI: 10.33286/2075-8693-2021-51-89-99.