Генерация бесселевых плазмон-поляритонов в метаматериалах

  • Нгуен Фам Куинь Ань Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Светлана Николаевна Курилкина Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; Институт физики им. Б. И. Степанова НАН Беларуси, пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Развита теория генерации бесселевых плазмон-поляритонов в структуре, содержащей слой одноосного метаматериала, отделенного от подложки внешней среды дополнительными изотропными диэлектрическими слоями. Получено и проанализировано дисперсионное уравнение для случаев симметричной и асимметричной структур. Показано, что если гиперболический метаматериал обладает экстремально большой анизотропией, то в структуре возможна генерация бесселева плазмон-поляритона, продольная компонента вектора электрической напряженности которого монотонно возрастает внутри слоя метаматериала. Установлена зависимость условий возбуждения бесселевых плазмон-поляритонов от толщины дополнительных слоев структуры. Показано, что внедрение дополнительного (промежуточного или защитного) слоя в структуру обусловливает уменьшение центрального максимума бесселева плазмон-поляритона, при этом оно оказывается тем более заметно, чем толще указанный слой. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых приборов и устройств тестирования поверхностей, основанных на применении бесселевых плазмон-поляритонов.

Биографии авторов

Нгуен Фам Куинь Ань, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

аспирант кафедры физической оптики и прикладной информатики физического факультета. Научный  руководитель – С. Н. Курилкина

Светлана Николаевна Курилкина, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; Институт физики им. Б. И. Степанова НАН Беларуси, пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; профессор кафедры физической оптики и прикладной информатики физического факультета БГУ, главный научный сотрудник Института физики им. Б. И. Степанова НАН Беларуси

Литература

  1. Pendry J. B. Negative refraction makes a Perfect Lens. Phys. Rev. Lett. 2000. Vol. 85, issue 18. P. 3966–3969. DOI: 10.1103/PhysRevLett.85.3966.
  2. Fang N., Lee H., Sun C., et al. Sub-diffraction-limited optical imaging with a silver superlens. Science. 2005. Vol. 308.P. 534–537. DOI: 10.1126/science.1108759.
  3. Pendry J. B., Schuring D., Smith D. R. Controlling Electromagnetic Fields. Science. 2006. Vol. 312. P. 1780–1782. DOI: 10.1126/science.1125907.
  4. Shelby R. A., Smith D. R., Schultz S. Experimental Verification of a Negative Index of Refraction. Science. 2001. Vol. 292.P. 77–79. DOI: 10.1126/science.1058847.
  5. Drachev V. P., Podolsky V.A., KildishevA. V. Hyperbolic metamaterials: new physics behind a classical problem. Opt. Express.2013. Vol. 21. P. 15048–15064. DOI: 10.1364/OE.21.015048.
  6. Durnin J. Exact solutions for nondiffracting beams. J. Opt. Soc. Am. 1987. Vol.A4. P. 651– 654. DOI: 10.1364/JOSAA.4.000651.
  7. Durnin J., Muceli J., Eberly J. H. Diffraction-free beams. Phys. Rev. Lett. 1987. Vol. 58. P. 1499–1501. DOI: 10.1103/Phys-RevLett.58.1499.
  8. Kurilkina S. N., Belyi V. N., Kazak N. S. Features of evanescent Bessel light beams formed in structures containing a dielectriclayer. Opt. Commun. 2010. Vol. 283. P. 3860–3868. DOI: 10.1016/j.optcom.2010.05.076.
  9. Zhan Q. Evanescent Bessel beam generation via surface plasmon resonance excitation by a radially polarized beam. Opt. Lett.2006. Vol. 31, issue 11. P. 1726–1728. DOI: 10.1364/OL.31.001726.
  10. Jiefeng X., Qing L., Jia W. Numerical simulation of evanescent Bessel beams and apodization of evanescent field in near-fieldoptical virtual probe. Proc. of the SPIE. 2005. Vol. 5636. P. 42–51. DOI: 10.1117/12.576458.
  11. Muhanna K. Al-Muhanna, Kurilkina S. N., Belyi V. N., et al. Energy flow patterns in an optical field formed by a superpositionof evanescent Bessel light beams. J. Optics. 2011. Vol. 13, issue 10. P. 105703. DOI: 10.1088/2040-8978/13/10/105703.
  12. Grosjean T., Courjon T. D., Labeke D. V. Bessel beams as virtual tips for near-field optics. J. Microscopy. 2003. Vol. 210.P. 319–323. DOI: 10.1046/j.1365-2818.2003.01163.x.
  13. Kano H., Nomura D., Shibuya H. Excitation of surface-plasmon polaritons by use of a zeroth-order Bessel beam. Appl. Opt.2004. Vol. 43. P. 2409–2411. DOI: 10.1364/AO.43.002409.
  14. Zapata-Rodriguez C. J., Vuković S., Belić M. R., et al. Nondiffracting Bessel plasmons. Opt. Express. 2011. Vol. 19.P. 19572–19581. DOI: 10.1364/OE.19.019572.
  15. Kurilkina S. N., Belyi V. N., Kazak N. S. Generation of Bessel surface plasmon-polaritons in a finite thickness metal film. Int.J. Opt. 2013. Vol. 2013. Article ID: 253692. DOI: 10.1155/2013/253692.
  16. Cai W., Shalaev V. Optical Metamaterials: Fundamentals and Applications. New York : Springer, 2010. DOI: 10.1007/978-1-4419-1151-3.
Опубликован
2019-01-20
Ключевые слова: бесселев плазмон-поляритон, метаматериал, металлодиэлектрическая среда, диэлектрическая проницаемость, анизотропия
Как цитировать
Ань, Н. Ф. К., & Курилкина, С. Н. (2019). Генерация бесселевых плазмон-поляритонов в метаматериалах. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 35-45. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/484
Выпуск
№ 2 (2018): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика наноструктур

Copyright (c) 2018 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).