Моделирование пропускания света в запрещенной зоне одномерного фотонного кристалла с активным слоем
А.В. Корюкин, А.А. Ахмадеев
Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия
Академия наук Республики Татарстан, Институт прикладных исследований, г. Казань, 420111, Россия
Аннотация
В статье рассмотрен процесс пропускания света одномерного гибридного фотон-плазмонного кристалла с буферным слоем. В результате моделирования были получены спектры, на которых особый интерес представлял пик пропускания в области длин волн запрещенной зоны фотонного кристалла. Изменение толщины и показателя преломления буферного слоя между фотонным кристаллом и слоем золота приводит к изменению длины волны этого пика. Увеличение толщины вызывает, в свою очередь, увеличение длины волны длину волны и меняет интенсивность пика, что говорит об перераспределение энергии в гибридной фотон-плазмонной моде. Управляя этими параметрами, можно контролировать оптические свойства гибридных фотон-плазмонных кристаллов.
Ключевые слова: таммовские плазмоны, фотонные кристаллы, металл-диэлектрические структуры
Литература
1. Barnes W.L., Dereux A., Ebbesen T. W. Surface plasmon subwavelength optics // Nature. – 2003. – V. 424. – P. 824–830. – doi: 10.1038/nature01937.
2. Homola J., Ye S.S., Gauglitz G. Surface plasmon resonance sensors: review // Sens. Actuators, B. – 1999. – V. 54, No 1–2. – P. 3–15. – doi: 10.1016/S0925-4005(98)00321-9.
3. Kneipp K., Kneipp H., Itzkan I., Dasari R.R., Feld M.S. Surface-enhanced Raman scattering and biophysics // J. Phys.: Condens. Matter. – 2002. – V. 14, No 18. – P. R597–R624. – doi: 10.1088/0953-8984/14/18/202.
4. Krasavin A.V., Zayats A.V., Zheludev N.I. Active control of surface plasmon-polariton waves // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. – 2005. – V. 7. – P. S85–S89. – doi: 10.1088/1464-4258/7/2/011.
5. Zayats A.V., Smolyaninov I.I. Near-field photonics: Surface plasmon polaritons and localized surface plasmons // J. Opt. A, Pure Appl. Opt. – 2003. – V. 5. – P. S16–S50. – doi: 10.1088/1464-4258/5/4/353.
6. Symonds C., Lheureux G., Hugonin J.P., Greffet J.J., Laverdant J., Brucoli G., Lemaitre A., Senellart P., Bellessa J. Confined Tamm plasmon lasers // Nano Lett. – 2013. – V. 13. – P. 3179–3184. – doi: 10.1021/nl401210b.
7. Zhang W.L., Wang F., Rao Y.J., Jiang Y. Novel sensing concept based on optical Tamm plasmon // Optic Express. – 2014. – V. 22. – P. 14524–14529. – doi: 10.1364/OE.22.014524.
8. Novotny L., Hecht B. Principles of Nano-Optics. – N. Y.: Cambridge Univ. Press, 2006. – 539 p.
9. Maier S. Plasmonics: Fundamentals and Applications. – Springer, 2007. – 224 p.
10. Kaliteevski M., Iorsh I., Brand S., Abram R.A., Chamberlain J.M., Kavokin A.V., Shelykh I.A. Tamm plasmon-polaritons: Possible electromagnetic states at the interface of a metal and a dielectric Bragg mirror // Phys. Rev. B. – 2007. – V. 76, No 16. – Art. 165415, P. 1–5. – doi: 10.1103/PhysRevB.76.165415.
11. Sasin M.E., Seisyan R.P., Kaliteevski M.A., Brand S., Abram R.A., Chamberlain J.M., Iorsh I.V., Shelykh I.A., Egorov A.Yu., Vasil'ev A.P., Mikhrin V.S., Kavokin A.V. Tamm plasmon-polaritons : first experimental observation // Superlattices Microstruct. – 2010. – V. 47, No 1. – P. 44–49. – doi: 10.1016/j.spmi.2009.09.003.
12. De Angelis F., Das G., Candeloro P., Patrini M., Galli M., Bek A., Lazzarino M., Maksymov I., Liberale C., Andreani L.C., Di Fabrizio E. Nanoscale chemical mapping using three-dimensional adiabatic compression of surface plasmon polaritons // Nat. Nanotechnol. – 2010. – V. 5. – P. 67–72. – doi: 10.1038/NNANO.2009.348.
13. Gazizov A.R., Zohrabi M., Kharintsev S.S., Salakhov M.Kh. Improvement of near-field enhancement with a grating-assisted gold tapered nanoantenna // J. Phys.: Conf. Ser. – 2016. – V. 714. – Art. 012010, P. 1–5. – doi: 10.1088/1742-6596/714/1/012010.
14. Yablonovitch E. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics // Phys. Rev. Lett. – 1987. – V. 58. – P. 2059–2062. – doi: 10.1103/PhysRevLett.58.2059.
15. Joannopoulos J.D., Johnson S.G., Winn J.N., Meade R.D. Photonic Crystals: Molding the Flow of Light. – Princeton: Princeton Univ. Press, 2008. – 286 p.
16. Ding B., Pemble M.E., Korovin A.V., Peschel U., Romanov S.G. Three-dimensional photonic crystals with an active surface: Gold film terminated opals // Phys. Rev. B. – 2010. – V. 82. – Art. 035119, P. 1–9. – doi: 10.1103/PhysRevB.82.035119.
17. Lopez-Garcia M., Galisteo-Lopez J.F., Blanco A., Sanchez-Marcos J., Lopez C., Garcia-Martin A. Enhancement and directionality of spontaneous emission in hybrid self-assembled photonic-plasmonic crystals // Small. – 2010. – V. 6, No 16. – P. 1757–1761. – doi: 10.1002/smll.201000216.
18. Lopez-Garcia M., Galisteo-Lopez J.F., Blanco A., Lopez C., Garcia-Martin A. High degree of optical tunability of self-assembled photonic-plasmonic crystals by filling fraction modification // Adv. Funct. Mater. – 2010. – V. 20. – P. 4338–4343. – doi: 10.1002/adfm.201001192.
19. Ding B., Bardosova M., Pemble M.E., Korovin A.V., Peschel U., Romanov S.G. Broadband omnidirectional diversion of light in hybrid plasmonic-photonic heterocrystals // Adv. Funct. Mater. – 2011. – V. 21. – P. 4182–4192. – doi: 10.1002/adfm.201100695.
20. Romanov S.G., Korovin A.V., Regensburger A., Peschel U. Hybrid colloidal plasmonic-photonic crystals // Adv. Mater. – 2011. – V. 23. – P. 2515–2533. – doi: 10.1002/adma.201100460.
21. Galisteo-Lopez J.F., Lopez-Garcia M., Blanco A., Lopez C. Studying light propagation in self-assembled hybrid photonic-plasmonic crystals by fourier microscopy // Colloidal Nanoplasmonics. – 2012. – V. 28. – P. 9174–9179. – doi: 10.1021/la300448y.
22. Chen Y., Zhang D., Zhu L., Wang R., Wang P., Ming H., Badugu R., Lakowicz J.R. Tamm plasmon- and surface plasmon-coupled emission from hybrid plasmonic-photonic structures // Optica. – 2014. – V. 1, No 6. – P. 407–413. – doi: 10.1364/OPTICA.1.000407.
23. Liu T-l., Russel K.J., Cui S., Hu E.L. Two-dimensional hybrid photonic/plasmonic crystal cavities // Opt. Express. – 2014. – V. 22, No 7. – P. 8219–8225. – doi: 10.1364/OE.22.008219.
24. Lin T., Lin J., Guo J., Kan H. Suppression of photonic bandgap reflection by localized surface plasmons in self-assembled plasmonic-photonic crystals // Adv. Opt. Mater. – 2015. – V. 3. – P. 1470–1475. – doi: 10.1002/adom.201500168.
25. Frederich H., Wen F., Laverdant J., Coolen L., Schwob C., Maitre A. Isotropic broadband absorption by a macroscopic self-organized plasmonic crystal // Opt. Express. – 2011. – V. 19, No 24. – P. 24424–24433. – doi: 10.1364/OE.19.024424.
26. Afinogenov B.I., Bessonov V.O., Nikulin A.A., Fedyanin A.A. Observation of hybrid state of Tamm and surface plasmon-polaritons in one-dimensional photonic crystals // Appl. Phys. Lett. – 2013. – V. 103, No 6. – Art. 061112, P. 1–4. – doi: 10.1063/1.4817999.
Поступила в редакцию
07.12.17
Корюкин Артем Валерьевич, инженер кафедры оптики и нанофотоники; научный сотрудник
Казанский (Приволжский) федеральный университет
ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия
Академия наук Республики Татарстан, Институт прикладных исследований
ул. Баумана, д. 20, г. Казань, 420111, Россия
E-mail: akoryukin@gmail.com
Ахмадеев Альберт Азатович, кандидат физико-математических наук, инженер кафедры оптики и нанофотоники; научный сотрудник
Казанский (Приволжский) федеральный университет
ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия
Академия наук Республики Татарстан, Институт прикладных исследований
ул. Баумана, д. 20, г. Казань, 420111, Россия
Для цитирования: Корюкин А.В., Ахмадеев А.А. Моделирование пропускания света в запрещенной зоне одномерного фотонного кристалла с активным слоем // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2018. – Т. 160, кн. 1. – С. 89–99.
For citation: Koryukin A.V., Akhmadeev A.A. Calculation of the transmission peak at the band gap of one-dimensional photonic crystal with an active layer. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2018, vol. 160, no. 1, pp. 89–99. (In Russian)
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
