Электродинамическое моделирование резонансных оптических структур Щербак Сергей Александрович

Короткий опис

Щербак, Сергей Александрович.
Электродинамическое моделирование резонансных оптических структур : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.04.07 / Щербак Сергей Александрович; [Место защиты: Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет]. - Санкт-Петербург, 2019. - 147 с. : ил.
Оглавление диссертациикандидат наук Щербак Сергей Александрович
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РЕЗОНАНСНЫЕ СТРУКТУРЫ: СВОЙСТВА, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА
1.1 Плазмонные свойства металлических наночастиц
1.1.1 Общие свойства и история поверхностных плазмонов
1.1.2 Основы теории рассеяния света сферическими наночастицами
1.1.3 Влияние формы, окружения и состава на плазмонные свойства наночастиц
1.1.4 Металлические наноостровки
1.2 Оптические характеристики диэлектрических микрорезонаторов с модами шепчущей галереи
1.2.1 Общие свойства МШГ
1.2.2 Методы расчёта характеристик резонаторов с МШГ
1.2.3 Методы модовой селекции в микродисковых резонаторах
1.2.4 Направленный вывод излучения из резонаторов с МШГ
1.3 Генерация второй гармоники металлическими наночастицами
1.3.1 Общие свойства ГВГ в однородных средах и наночастицах
1.3.2 Аналитические модели, описывающие ГВГ на металлических поверхностях
1.3.3 ГВГ сферическими слоистыми наночастицами
1.3.4 Экспериментальные исследования ГВГ наночастицами
1.3.5 ГВГ несимметричными наноструктурами: эксперименты и численные расчёты
Выводы к Главе I
ГЛАВА II. ПЛАЗМОННЫЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНООСТ-РОВКОВ
2.1 Квазистатическая полуаналитическая модель плазмонных свойств металлических наноостровков формы усечённой сферы, расположенных на диэлектри-
ческой подложке и покрытых слоем диэлектрика конечной толщины
2.1.1 Постановка задачи
2.1.2 Формулировка модели
2.1.3 Результаты
2.1.4 Сравнение с экспериментом
2.1.5 Приближённые формулы
2.2 Генерация второй оптической гармоники золотыми наноостровковыми плёнками с покрытием диоксида титана
2.2.1 Экспериментальные данные
2.2.2 Объяснение эффекта
2.3 За пределами квазистатического приближения: численное моделирование плазмонных наночастиц
2.3.1 Зависимость ППР от радиуса; квадрупольный резонанс
2.3.2 ППР в парах наночастиц
Выводы к Главе II
ГЛАВА III. ОПТИЧЕСКИЕ МОДЫ ШЕПЧУЩЕЙ ГАЛЕРЕИ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРАХ ДИСКОВОЙ, КОЛЬЦЕВОЙ И RACETRACK ФОРМЫ
3.1 Методология решения задачи
3.2 Отличительные особенности МШГ в racetrack резонаторах
3.2.1 Моды классических кольцевых резонаторов
3.2.2 Моды первого радиального порядка в racetrack резонаторах
3.2.3 Моды второго радиального порядка в racetrack резонаторах
3.2.4 Собственные моды в стадионобразных резонаторах
3.2.5 Локализация мод в racetrack резонаторах
3.2.6 Трёхмерный случай: сравнение с экспериментом
3.3 Микродисковые резонаторы с диэлектрическим покрытием
3.3.1 Однородное покрытие
3.3.2 Покрытие конечной толщины
3.4 Оптическая связь МШГ микродиска с модами диэлектрической наносферы
3.4.1 Зависимость от положения наносферы
3.4.2 Зависимость от радиуса наносферы
Выводы к Главе III
ГЛАВА IV. ГЕНЕРАЦИЯ ВТОРОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ГАРМОНИКИ СФЕРИЧЕСКИМИ НАНОЧАСТИЦАМИ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ЯДРОМ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКОЙ
4.1 Формулировка модели
4.1.1 Электромагнитные поля на основной частоте
4.1.2 Нелинейные источники
4.1.3 Нелинейные электромагнитные поля
4.2 Результаты
4.2.1 Частицы без покрытия
4.2.2 Серебряные частицы с диэлектрическим покрытием
4.2.3 Золотые частицы с диэлектрическим покрытием
Выводы к Главе IV
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение A. Полное решение задачи Ми для частиц ядро-оболочка
Приложение B. Вычисление полной оптической мощности волны ВГ
Приложение C. Диэлектрические функции используемых металлов
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА, В КОТОРЫХ ПРЕДСТАВЛЕНО ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ
МШГ - мода шепчущей галереи
ГВГ - генерация второй гармоники
ВГ - вторая гармоника
ППР - поверхностный плазмонный резонанс
АСМ - атомно-силовой микроскоп
СЭМ - сканирующий электронный микроскоп
DDA - Discrete dipole approximation - приближение дискретных диполей
FEM - Finite Elements Method - метод конечных элементов
FDTD - Finite Difference Time Domain - метод конечных разностей во временной области
NSOM - Near-field Scanning Optical Microscope - ближнепольный сканирующий микроскоп