(45-2) 06 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Моделирование фокусировки лазерного излучения двухслойными диэлектрическими микроцилиндрами
А.А. Савельева 1,2, E.C. Козлова 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, 1311 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-820

Страницы: 208-213.

Аннотация:
Используя метод конечных разностей во временной области, реализованный в программном пакете FullWAVE, был промоделирован процесс фокусировки плоско поляризованного лазерного излучения с длиной волны 633 нм двухслойными диэлектрическими микроцилиндрами с круглым поперечным сечением 2 мкм. Было показано, что оболочка с более высоким показателем преломления (1,8 и 1,9), чем показатель преломления сердцевины, который равен 1,45, позволяет увеличить глубину фокуса в 2,57 раза, а также сместить область формирования фокального пятна вдоль оптической оси в направлении от границы микроцилиндра. Так же подобраны параметры микроцилиндра таким образом, что в процессе фокусировки формируется более компактное фокусное пятно, ширина по полуспаду интенсивности которого составляет 0,25 от длины волны излучения, с интен-сивностью в 1,4 раза выше, чем интенсивность в фокусе, формируемом однородным микроцилиндром.

Ключевые слова:
двухслойный диэлектрический микроцилиндр, фотонная наноструя, острая фокусировка, FDTD-метод.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 18-07-01380) в части «Моделирование для TE-поляризованного излучения» и (грант 18-29-20003) в части «Моделирование для TM-поляризованного излучения», а также 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 «Введение».

Цитирование:
Савельева, А.А. Моделирование фокусировки лазерного излучения двухслойными диэлектрическими микроцилиндрами / А.А. Савельева, Е.С. Козлова // Компьютерная оптика. – 2021. – Т. 45, № 2. – С. 208-213. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-820.

Citation:
Savelyeva AA, Kozlova ES. Simulation of laser light focusing with two-layer dielectric microcylinders. Computer Optics 2021; 45(2): 208-213. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-820.

Литература:
  1. Zhou, S. Effects of light polarization in photonic nanojet / S. Zhou // Optical and Quantum Electronics. – 2019. – Vol. 51. – 112.
  2. Котляр, В.В. Острая фокусировка светового поля с поляризационной и фазовой сингулярностью произвольного порядка / В.В. Котляр, С.С. Стафеев, А.А. Ковалёв // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 3. – С. 337-346. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-3-337-346.
  3. Хонина, С.Н. Сравнение фокусировки коротких импульсов в приближении Дебая / С.Н. Хонина, А.В. Устинов, С.Г. Волотовский // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 3. – С. 432-446. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-3-432-446.
  4. Досколович, Л.Л. Расчёт дифракционной линзы с фиксированным положением фокуса при нескольких заданных длинах волн / Л.Л. Досколович, Е.А. Безус, Д.А. Быков, Р.В. Скиданов, Н.Л. Казанский // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 6. – С. 946-955. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-6-946-955.
  5. Kallepalli, D.L. Ultra-high density optical data storage in common transparent plastics / D.L. Kallepalli, A.M. Alshehri, D.T. Marquez, L. Andrzejewski, J.C. Scaiano, R. Bhardwaj // Scientific Reports. – 2016. – Vol. 6. – 26163.
  6. Chenga, S. Optical manipulation of microparticles with the momentum flux transverse to the optical axis / S. Chenga, T. Xiab, M. Liua, S. Xua, S. Gaoa, G. Zhangc, S. Taob // Optics and Laser Technology. – 2019. – Vol. 113. – P. 266-272.
  7. Zhen, Z. An ultranarrow photonic nanojet formed by an engineered two-layer microcylinder of high refractive-index materials / Z. Zhen, Y. Huang, Y. Feng, Y. Shen, Z. Li // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 6. – P. 9178-9188.
  8. Darafsheh, A. Photonic nanojet properties of dielectric / A. Darafsheh, D. Bollinger // Proceedings of SPIE. – 2020. – Vol. 10106. – 101061U.
  9. Kozlova, E.S. Focusing of laser light by circular microcylinders with a metal shell / E.S. Kozlova, V.V. Kotlyar // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 201. – P. 36-41. – DOI: 10.1016/j.proeng.2017.09.648.
  10. Xing, H. Side-lobes-controlled photonic nanojet with a horizontal graded-index microcylinder / H. Xing, W. Zhou, Y. Wu // Optics Letters. – 2018. – Vol. 43, Issue 17. – P. 4292-4295.
  11. Liu, C.-Y. Geometric effect on photonic nanojet generated by dielectric microcylinders with non-cylindrical cross-sections / C.-Y. Liu, F.-C. Lin // Optics Communications. – 2016. – Vol. 380. – P. 287-296.
  12. Liu, C.-Y. Direct imaging of optimal photonic nanojets from core-shell microcylinders / C.-Y. Liu, K.-L. Hsiao // Optics Letters. – 2015. – Vol. 40, Issue 22. – P. 5303-5306.
  13. Cao, Y. Deep subwavelength-scale light focusing and confinement in nanohole-structured mesoscale dielectric spheres / Y. Cao, Z. Liu, O.V. Minin, I.V. Minin // Nanomaterials. – 2019. – Vol. 9, Issue 2. – 186.
  14. Wu, M. Creation of a longitudinally polarized photonic nanojet via an engineered microsphere / M. Wu, R. Chen, J. Ling, Z. Chen, X. Chen, R. Ji, M. Hong // Optics Letters. – 2017. – Vol. 42, Issue 7. – P. 1444-1447.
  15. Ruiz, C.M. Detection of embedded ultra-subwavelength-thin dielectric features using elongated photonic nanojets / C.M. Ruiz, J.J. Simpson // Optics Express. – 2010. – Vol. 18, Issue 16. – P. 16805-16812.
  16. Liu, C.-Y. Photonic nanojet induced modes generated by a chain of dielectric microdisks / C.-Y. Liu, C.-C. Li // Optik. – 2016. – Vol. 127. – P. 267-273.
  17. Liu, C. Periodical focusing mode achieved through a chain of mesoscale dielectric particles with a refractive index near unity / C. Liu, O.V. Minin, I.V. Minin // Optics Communications. – 2019. – Vol. 434. – P. 110-117.
  18. Astratov, V.N. Focusing microprobes based on integrated chains of microspheres / V.N. Astratov, A. Darafsheh, M.D. Kerr, K.W. Allen, N.M. Fried // PIERS Online. – 2010. – Vol. 6, Issue 8. – P. 793-797.
  19. Котляр, В.В. Фотонные струи, сформированные квадратными микроступеньками / В.В. Котляр, С.С. Стафеев, А.Ю. Фельдман // Компьютерная оптика. – 2014. – Т. 38, № 1. – С. 72-80. – DOI: 10.18287/0134-2452-2014-38-1-72-80.
  20. Huang, Y. Optimization of photonic nanojets generated by multilayer microcylinders with a genetic algorithm / Y. Huang, Z. Zhen, Y. Shen, C. Min, G. Veronis // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 2. – P. 1310-1325.
  21. Zhang, H. Enhanced subwavelength photonic nanojet focusing via a graded-index round-head microcylinder / H. Zhang // Optik. – 2020. – Vol. 203. – 163973.
  22. Kozlova, E.S. Comparative simulation of linear polarized light focusing by dielectric mycrocylinders with metallic coating / E.S. Kozlova, V.V. Kotlyar, A.A. Savelyeva // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – Vol. 1096. – 012102. – DOI: 10.1088/1742-6596/1096/1/012102.
  23. Julien, P. Detecting a zeptogram of pyridine with a hybrid plasmonic–photonic nanosensor / P. Julien, M. Jerome, G. Davy, B. Jean-Louis, P. Jerome // ACS Sensors. – 2019. – Vol. 4, Issue 3. – P. 586-594.
  24. Tenne, R. Super-resolution enhancement by quantum image scanning microscopy / R. Tenne, U. Rossman, B. Rephael, Y. Israel, A. Krupinski-Ptaszek, R. Lapkiewicz, Y. Silberberg, D. Oron // Nature Photonics. – 2019. – Vol. 13. – P. 116-122.
  25. Wei, J. High-speed maskless nanolithography with visible light based on photothermal localization / J. Wei, K. Zhang, T. Wei, Y. Wang, Y. Wu, M. Xiao // Scientific Reports. – 2017. – Vol. 7. – 43892.

© 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