(43-2) 09 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Особенности усиления электромагнитного поля и увеличение плотности фотонных состояний в растительных фотоннокристаллических структурах
Шабанов А.В., Коршунов М.А., Буханов Е.Р.

Институт физики им. Л.В. Киренского, ФИЦ КНЦ СО РАН, Россия, г. Красноярск,

ФИЦ КНЦ СО РАН, Россия, г. Красноярск

 PDF, 1077 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-2-231-237

Страницы: 231-237.

Аннотация:
Проведены расчёты с использованием метода трансфер матриц одномерных фотонных кристаллов с низким контрастом и разнопериодными асимметричными структурами. Такие структуры были найдены во многих растениях. При состыковке двух последовательно соединённых подрешёток с разными периодами отмечается увеличение амплитуды электромагнитного поля и плотности фотонных состояний внутри структуры и их изменение в зависимости от асимметрии толщин подрешёток.

Ключевые слова:
фотонный кристалл, дефектная мода, фотонная запрещённая зона, слоистые периодические структуры, плотность фотонных состояний.

Цитирование:
Шабанов, А.В. Особенности усиления электромагнитного поля и увеличение плотности фотонных состояний в растительных фотонно-кристаллических структурах/ А.В. Шабанов, М.А. Коршунов, Е.Р. Буханов // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 2. – С. 231-237. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-2-231-237.

Литература:
  1. Mirkovic, T. Light absorption and energy transfer in the antenna complexes of photosynthetic organisms / T. Mirkovic, E.E. Ostroumov, J.M. Anna, R. van Grondelle, Govindjee, G.D. Scholes // Chemical Reviews. – 2017. – Vol. 117, Issue 2. – P. 249-293.
  2. Буханов, Е.Р. Оптические процессы в фотосинтезе / Е.Р. Буханов, М.А. Коршунов, А.В. Шабанов // Сибирский лесной журнал. – 2018. – № 5. – С. 19-32. – DOI: 10.15372/SJFS20180502.
  3. Jacobs, M. Photonic multilayer structure of Begonia chloroplasts enhances photosynthetic efficiency / M. Jacobs, M. Lopez-Garcia, O.-P. Phrathep, T. Lawson, R. Oulton, H.M. Whitney // Nature Plants. – 2016. – Vol. 24, Issue 16162. – P. 1-6.
  4. Hébant, C. Ultrastructural basis and developmental control of blue iridescence in Selaginella leaves / C. Hébant, D.W. Lee // American Journal of Botany. – 1984. – Vol. 71, Issue 2. – P. 216-219.
  5. Ghaffar, R. Adaptive responses of mature giant chloroplasts in the deep-shade lycopod Selaginella erythropus to prolonged light and dark periods / R. Ghaffar, M. Weidinger, B. Mahnert, M. Schagerl, I. Lichtscheidl // Plant, Cell and Environment. – 2018. – Vol. 41. – P. 1791-1805. – DOI: 10.1111/pce.13181.
  6. Glover, B.J. Structural colour and iridescence in plants: the poorly studied relations of pigment colour / B.J. Glover, H.M. Whitney // Annals of Botany. – 2010. – Vol. 105. – P. 505-511. – DOI: 10. 1093/aob/mcq007.
  7. Whitney, H.M. Contributions of iridescence to floral patterning / H.M. Whitney, M. Kolle, R. Alvarez-Fernandez, U. Steiner, B.J. Glover // Communicative & Integrative Biology. – 2009. – Vol. 2. – P. 230-232. – DOI: 10.4161/cib.2.3.8084.
  8. Pao, S.-H. Lamelloplasts and minichloroplasts in Begoniaceae: iridescence and photosynthetic functioning / S.-H. Pao, P.-Y. Tsai, C.-I. Peng, P.-J. Chen, C.-C. Tsai, E.-C. Yang, M.-C. Shih, J. Chen, J.-Y. Yang, P. Chesson, C.-R. Sheue // Journal of Plant Research. – 2018. – Vol. 131, Issue 4. – P. 655-670. – DOI: 10.1007/s10265-018-1020-2.
  9. Thomas, K.R. Function of blue iridescence in tropical understorey plants / K.R. Thomas, M. Kolle, H.M. Whitney, B.J. Glover, U. Steiner // Journal of The Royal Society Interface. – 2010. – Vol. 7. – P. 1699-1707. – DOI: 10.1098/rsif.2010.0201.
  10. Vignolini, S. Pointillist structural colour in Pollia fruit / S. Vignolini, P.J. Rudall, A.V. Rowland, A. Reed, E. Moyroud, R.B. Faden, J.J. Baumberg, B.J. Glover, U. Steiner // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. – 2012. – Vol. 109, Issue 39. – P. 15712-15715. – DOI: 10.1073/pnas.1210105109.
  11. Lopez-Garcia, M. Light-induced dynamic structural color by intracellular 3D photonic crystals in brown algae / M. Lopez-Garcia, N. Masters, H.E. O’Brien, J. Lennon, G. Atkinson, M.J. Cryan, R. Oulton, H.M. Whitney // Science Advances. – 2018. – Vol. 4, Issue 4. – eaan8917. – DOI: 10.1126/sciadv.aan8917.
  12. Allen, W.A. Interaction of isotropic light with a compact plant leaf / W.A. Allen, H.W. Gausman, A.J. Richardson, J.R. Thomas // Journal of the Optical Society of America. – 1969. – Vol. 59, Issue 10. – P. 1376-1379. – DOI: 10.1364/JOSA.59.001376.
  13. Witt, H.T. Primary acts of energy conservation in the functional membrane of photosynthesis / H.T. Witt. – In: Bioenergetics of Photosynthesis / ed. by Govindjee. –  New York: Academic Press, 1975. – P. 493-554.
  14. Witt, H.T. Energy conversion in the functional membrane of photosynthesis. Analysis by light pulse and electric pulse methods. The central role of the electric field / H.T. Witt // Biochimica et Biophysica Acta. – 1979. – Vol. 505, Issues 3-4. – P. 355-427.
  15. Елисеева, С.В. Поля и спектры одномерного фотонного кристалла с дефектом инверсионного типа / С.В. Елисеева, В.А. Остаточников, Д.И. Семенцов // Компьютерная оптика. – 2012. – T. 36, № 1. – C. 14-20.
  16. Doskolovich, L.L. Spatial differentiation of optical beams using phase-shifted Bragg grating / L.L. Doskolovich, D.A. Bykov, E.A. Bezus, V.A. Soifer // Optics Letters. – 2014. – Vol. 39, Issue 5. – P. 1278-1281. – DOI: 10.1364/OL.39.001278.
  17. Bykov, D.A. Optical computation of the Laplace operator using phase-shifted Bragg grating / D.A. Bykov, L.L. Doskolovich, E.A. Bezus, V.A. Soifer // Optics Express. – 2014. – Vol. 22, Issue 21. – P. 25084-25092. – DOI: 10.1364/OE.22.025084.
  18. Golovastikov, N.V. Spatial optical integrator based on phase-shifted Bragg gratings / N.V. Golovastikov, D.A. Bykov, L.L. Doskolovich, E.A. Bezus // Optics Communications. – 2015. – Vol. 338. – P. 457-460. – DOI: 10.1016/j.optcom.2014.11.007.
  19. Nasedkina, Y.F. Transformation of a Gaussian pulse when interacting with a one-dimensional photonic crystal with an inversion defect / Y.F. Nasedkina, S.V. Eliseeva, D.I. Sementsov // Photonics and Nanostructures – Fundamentals and Applications. – 2016. – Vol. 19. – P. 31-38.
  20. Dadoenkova, Yu.S. Reshaping of Gaussian light pulses transmitted through one-dimensional photonic crystals with two defect layers / Yu.S. Dadoenkova, N.N. Dadoenkova, I.L. Lyubchanskii, D.I. Sementsov // Applied Optics. – 2016. – Vol. 55. – P. 3764-3770.
  21. Abram, R.A. A study of a phase formalism for calculating the cumulative density of states of one-dimensional photonic crystals / R.A. Abram, A.A. Greshnov, S. Brand, M.A. Kaliteevski // Journal of Modern Optics. – 2017. – Vol. 64, Issue 15. – P. 1501-1509.
  22. Шабанов, А.В. Исследование  эктромагнитного поля в одномерных фотонных кристаллах с дефектами / А.В. Шабанов, М.А. Коршунов, Е.Р. Буханов // Компьютерная оптика. – 2017. – Т. 41, №5. – С. 680-686. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-5-680-686.
  23. Bendickson, J.M. Analytic expressions for the electromagnetic mode density in finite, one-dimensional, photonic band-gap structures / J.M. Bendickson, J.P. Dowling, M. Scalora // Physical Review E. – 1996. – Vol. 53. – P. 4107-4121.
  24. Шабанов, В.Ф. Оптика реальных фотонных кристаллов. Жидкокристаллические дефекты, неоднородности / В.Ф. Шабанов, С.Я. Ветров, А.В. Шабанов. – Новосибирск: Издательство СО РАН, 2005. – 209 c. – ISBN: 5- 7692-0737-X.
  25. Vats, N. Theory of fluorescence in photonic crystals / N. Vats, S. John, K. Busch // Physical Review A. – 2002. – Vol. 65. – 043808.
  26. Schmidtkea, J. Fluorescence of a dye-doped cholesteric liquid crystal film in the region of the stop band: theory and experiment / J. Schmidtkea, W. Stille // The European Physical Journal B. – 2003. – Vol. 31. – P. 179-194. – DOI:  10.1140/epjb/e2003-00022-x.
  27. D’Aguanno, G. Density of modes and tunneling times in finite one-dimensional photonic crystals: A comprehensive analysis / G. D’Aguanno, N. Mattiucci, M. Scalora, M.J. Bloemer, A.M. Zheltikov // Physical Review E. – 2004. – Vol. 70. – 016612.
  28. D’Aguanno, G. Photonic band edge effects in finite structures and applications to x2 interactions / G. D’Aguanno, M. Centini, M. Scalora, C. Sibilia, Y. Dumeige, P. Vidakovic, J.A. Levenson, M.J. Bloemer, C.M. Bowden, J.W. Haus, M. Bertolotti // Physical Review E. – 2001. – Vol. 64. – 016609.
  29. Kirchhoff, H. Dynamic control of protein diffusion within the granal thylakoid lumen / H. Kirchhoff, C. Hall, M. Wood, M. Herbstova, O. Tsabari, R. Nevo, D. Charuvi, E. Shimoni, Z. Reich // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. – 2011. – Vol. 108, Issue 50. – P. 20249-20253.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20