(44-2) 11 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Резонансные характеристики пропускающих оптических фильтров на основе структур металл/диэлектрик/металл
Д.В. Нестеренко 1,2

1 ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,
443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151,
2 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

 PDF, 994 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-681

Страницы: 219-228.

Аннотация:
В работе исследуются резонансные характеристики мод резонатора Фабри–Перо, поддерживаемых слоистыми структурами металл/диэлектрик/металл, в случае поглощающих сред для падения света, близкого к нормальному. Аппроксимации поля на основе точного решения и модели передачи поля в рамках теории связанных мод позволили соотнести резонансные линии в спектрах структуры к классу резонансов Фано и Лоренца и получить аналитические выражения для константы распространения и усиления поля моды, ширины, высоты и наклона резонансных линий как функции параметров структуры. Оценка характеристик поля для измеренных спектров пропускания структур с потерями на основе алюминия и кварца позволила однозначно соотнести пики в спектрах возбуждения мод Фабри–Перо. Описание фундаментальных характеристик резонансов Фабри–Перо может найти применение в сенсорике, оптоинформатике.

Ключевые слова:
резонаторы, оптические резонансы, мода Фабри–Перо, слоистые структуры, аппроксимация.

Цитирование:
Нестеренко, Д.В. Резонансные характеристики пропускающих оптических фильтров на основе структур металл/диэлектрик/металл / Д.В. Нестеренко // Компьютерная оптика. – 2020. – Т. 44, № 2. – С. 219-228. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-681.

Благодарности:
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН (соглашение №007-ГЗ/Ч3363/26) в части постановки задачи и Российского фонда фундаментальных исследований (номера проектов 18-29-20006 и 18-07-00613) в частях теоретического, численного и экспериментального исследований.

Литература:
  1. Refki, S. Resolution enhancement of plasmonic sensors by metal–insulator–metal structures / S. Refki, S. Hayashi, H. Ishitobi, D.V. Nesterenko, A. Rahmouni, Y. Inouye, and Z. Sekkat // Annalen Der Physik. – 2018.– Vol. 530, Issue 4. – 1700411. – DOI: 10.1002/andp.201700411.
  2. Li, Z. Large-area, lithography-free super absorbers and color filters at visible frequencies using ultrathin metallic films / Z. Li, S. Butun, K. Aydin // ACS Photonics. – 2015. – Vol. 2, Issue 2. – P. 183-188.
  3. Refki, S. Anticrossing behavior of surface plasmon polariton dispersions in metal-insulator-metal structures / S. Refki, S. Hayashi, A. Rahmouni, D.V. Nesterenko, Z. Sekkat // Plasmonics. – 2015. – Vol. 11. – P. 443-440. – DOI: 10.1007/s11468-015-0047-7.
  4. Cui, Y. Plasmonic and metamaterial structures as electromagnetic absorbers / Y. Cui, Y. He, Y. Jin, F. Ding, L. Yang, Y. Ye, S. Zhong, Y. Lin, S. He // Laser Photonics Review. – 2014. – Vol. 8, Issue 4. – P. 495-520.
  5. Porto, J.A. Transmission resonances on metallic gratings with very narrow slits / J.A. Porto, F.J. Garcia-Vidal, J.B. Pendry // Physical Review Letters. – 1999. – Vol. 83. – P. 2845-2848.
  6. Garcia-Vidal, F.J. Transmission and focusing of light in one-dimensional periodically nanostructured metals / F.J. Garcia-Vidal, L. Martin-Moreno // Physical Review B. – 2002. – Vol. 66. – 155412.
  7. Belotelov, V.I. Fabry-Perot plasmonic structures for nanophotonics / V.I. Belotelov, A.N. Kalish, A.K. Zvezdin, A.V. Gopal, A.S. Vengurlekar // Journal of the Optical Society of America B. – 2012. – Vol. 29, Issue 3. – P. 294-299.
  8. Prêtre, Ph. Characterization of electro-optic polymer films by use of decal-deposited reflection Fabry-Perot microcavities / Ph. Prêtre, L.M. Wu, R.A. Hill, A. Knoesen // Journal of the Optical Society of America B – 1998. – Vol. 15, Issue 1. – P. 379-392.
  9. Fabry, C. Théorie et applications d’une nouvelle méthode de spectroscopie interférentielle / C. Fabry, A. Pérot // Annales de Chimie et de Physique. – 1899. – Vol. 16(7). – P. 115-144.
  10. Homola, J. Surface plasmon resonance sensors: review / J. Homola, S.S. Yee, G. Gauglitz // Sensors and Actuators B: Chemical. – 1999. – Vol. 54, Vol. 1-2. – P. 3-15.
  11. Nesterenko, D.V. Resolution estimation of the Au, Ag, Cu, and Al single- and double-layer surface plasmon sensors in the ultraviolet, visible, and infrared regions / D.V. Nesterenko, Z. Sekkat // Plasmonics. ‒ 2013. ‒ Vol. 8, Issue 4. ‒ P. 1585-1595. – DOI: 10.1007/s11468-013-9575-1.
  12. Katsidis, C.C. General transfer-matrix method for optical multilayer systems with coherent, partially coherent, and incoherent interference / C.C. Katsidis, D.I. Siapkas // Applied Optics. ‒ 2002. ‒ Vol. 41, Issue 19. ‒ P. 3978-3987.
  13. Vaughan, J.M. The Fabry-Perot interferometer: History, theory, practice and applications / J.M. Vaughan. – New York: Taylor & Francis Group, 1989. – 604 p.
  14. Born, M. Principles of optics / M. Born, E. Wolf. – 7th ed. – Cambridge: University Press, 2007. – 1200 p.
  15. Звелто, О. Принципы лазеров / О. Звелто; пер. с англ. – 4-е изд. – СПб.: Лань, 2008. – 720 с.
  16. Ismail, N. Fabry-Pérot resonator: spectral line shapes, generic and related Airy distributions, linewidths, finesses, and performance at low or frequency dependent reflectivity / N. Ismail, C.C. Kores, D. Geskus, M. Pollnau // Optics Express. – 2016. – Vol. 24, Issue 15. – P. 16366-16389.
  17. Pollnau, M. Counter-propagating modes in a Fabry–Perot-type resonator / M. Pollnau // Optics Letters. – 2018. – Vol. 43, Issue 20. – P. 5033-5036.
  18. He, Y. Reflection Airy distribution of a Fabry-Pérot resonator and its application in waveguide loss measurement / Y. He, D. Lu, L. Zhao // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 13. – P. 17876-17886.
  19. Nesterenko, D.V. Asymmetric surface plasmon resonances revisited as Fano resonances / D.V. Nesterenko, S. Hayashi, Z. Sekkat // Physical Review B. ‒ 2018. ‒ Vol. 97, Issue 23. ‒ 235437. – DOI: 10.1103/PhysRevB.97.235437.
  20. Нестеренко, Д.В. Оценка резонансных характеристик однослойных плазмонных сенсоров в жидких средах аппроксимацией Фано в видимом и инфракрасном диапазонах / Д.В. Нестеренко, Р.А. Павелкин, Ш. Хаяши // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 4. – С. 596-604. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-4-596-604.
  21. Nesterenko, D.V. Fano approximation for coupled modes in metal-dielectric multilayer structures / D.V. Nesterenko // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – Vol. 1368, Issue 5. – 052046. – DOI: 10.1088/1742-6596/1368/5/052046.
  22. McPeak, K.M. Plasmonic films can easily be better: Rules and recipes / K.M. McPeak, S.V. Jayanti, S.J.P. Kress, S. Meyer, S. Iotti, A. Rossinelli, D.J. Norris // ACS Photonics. – 2015. – Vol. 2, Issue 3. – P. 326-333.
  23. Malitson, I. Interspecimen comparison of the refractive index of fused silica / I. Malitson // Journal of the Optical Society of America A. – 1965. – Vol. 55, Issue 10. – P. 1205-1209.
  24. Kazanskiy, N.L. Plasmonic sensors based on Metal-insulator-metal waveguides for refractive index sensing applications: A brief review / N.L. Kazanskiy, S.N. Khonina, M.A. Butt // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. – 2020. – Vol. 117. – 113798. – DOI: 10.1016/j.physe.2019.113798.
  25. Soifer, V.A. Diffractive nanophotonics and advanced information technologies / V.A. Soifer // Herald of the Russian Academy of Sciences. – 2014. – Vol. 84, Issue 1. – P. 9-18. – DOI: 10.1134/ S1019331614010067.
  26. Emelyanov, S.V. Differentiating space–time optical signals using resonant nanophotonics structures / S.V. Emelyanov, D.A. Bykov, N.V. Golovastikov, L.L. Doskolovich, V.A. Soi­fer // Doklady Physics. – 2016. – Vol. 61(3). – P. 108-111. – DOI: 10.1134/S1028335816030022.
  27. Doskolovich, L.L. Resonant properties of composite structures consisting of several resonant diffraction gratings / L.L. Doskolovich, E.A. Bezus, D.A. Bykov, N.V. Golovastikov, V.A. Soifer // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 18. – P. 25814-25828. – DOI: 10.1364/OE.27.025814.

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