Численный анализ функциональных свойств 3D-резонатора плазмонного нанолазера с учетом нелокальности и наличия призмы методом дискретных источников
Автор: Еремин Юрий Александрович, Лопушенко Владимир Васильевич
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 3 т.45, 2021 года.
Бесплатный доступ
Рассматривается влияние эффекта нелокальности на оптические характеристики ближнего поля резонатора плазмонного нанолазера. На основе метода дискретных источников строится компьютерная модель, позволяющая проводить анализ характеристик ближнего поля слоистой наночастицы, располагающейся на прозрачной подложке в активной среде. При этом учет нелокальности плазмонного металла осуществляется в рамках модели обобщенного нелокального отклика. Исследуется возбуждение частицы как распространяющейся, так и неизлучающей волной. Установлены «оптимальные» направления внешнего возбуждения. Оказалось, что возбуждение неизлучающей волной ведет к большей интенсивности ближнего поля. Показано, что учет эффекта нелокальности в плазмонном металле существенно снижает коэффициент усиления поля.
Плазмонный нанолазер, эффект нелокальности, метод дискретных источников
Короткий адрес: https://sciup.org/140257393
IDR: 140257393 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-790
Список литературы Численный анализ функциональных свойств 3D-резонатора плазмонного нанолазера с учетом нелокальности и наличия призмы методом дискретных источников
- Климов, В.В. Наноплазмоника / В.В. Климов. - М.: Физматлит, 2010. - 480 с. - ISBN: 978-5-9221-1205-5.
- Barbillon, G. Plasmonics and its applications / G. Barbillon // Materials. - 2019. - Vol. 12. - 1502. - DOI: 10.3390/ma12091502.
- Xu, D. Quantum plasmonics: new opportunity in fundamental and applied photonics. Review / D. Xu, X. Xiong, L. Wu, X.F. Ren, C.E. Png, G.C. Guo, Q. Gong, Y.F. Xiao // Advances in Optics and Photonics. - 2018. - Vol. 10, Issue 4. - P. 70Э-756. - DOI: 10.1364/A0P.10.000703.
- Stockman, M.I Roadmap on plasmonics / M.I. Stockman, K. Kneipp, S.I. Bozhevolnyi, S. Saha, A. Dutta, J. Ndukaife, N. Kinsey, H. Reddy, U. Guler, V.M. Shalaev, A. Boltasseva, B. Gholipour, H.N.S. Krishnamoorthy, K.F. MacDonald, C. Soci, N.I. Zheludev, V. Savinov, R. Singh, P. Groß, C. Lienau, M. Vadai, M.L. Solomon, D.R. Barton III, M. Lawrence, J.A. Dionne, S.V. Boriskina, R. Esteban, J. Aizpurua, X. Zhang, S. Yang, D. Wang, W. Wang, T.W. Odom, N. Accanto, P.M. de Roque, I.M. Hancu, L. Piatkowski, N.F. van Hulst, M.F. Kling // Journal of Optics. - 2018. - Vol. 20, Issue 4. - 043001. -DOI: 10.1088/2040-8986/aaa114.
- Kalambate, P.K. Core@shell nanomaterials based sensing devices: A review / K. Kalambate, Dhanjai, Z. Huang, Y. Li, Y. Shen, M. Xie, Y. Huang, A.K. Srivastava // Trends in Analytical Chemistry. -2019. - Vol. 115. - P. 147-161. -DOI: 10.1016/j.trac.2019.04.002.
- Izadiyan, Z. Green fabrication of biologically active magnetic core-shell Fe3O4/Au nanoparticles and their potential anticancer effect / Z. Izadiyan, K. Shameli, M. Miyake, S.Y. Teow, S.C. Peh, S.E. Mohamad, S.H.M. Taib // Materials Science and Engineering: C. - 2019. - Vol. 96. - P. 5157. - DOI: 10.1016/j.msec.2018.11.008.
- Xu, L. Surface plasmon nanolaser: Principle, structure, characteristics and applications / L. Xu, F. Li, Y. Liu, F. Yao, S. Liu // Applied Sciences. - 2019. - Vol. 9, Issue 5. - 861. - DOI: 10.3390/app9050861.
- Solowan, H.-P. Facile design of a plasmonic nanolaser / H.-P. Solowan, C. Kryschi // Condensed Matter. - 2017. -Vol. 2, Issue 1. - 8. - DOI: 10.3390/condmat2010008.
- Sudarkin, A.N. Excitation of surface electromagnetic wave on the boundary of a metal with an amplified medium / A.N. Sudarkin, P.A. Demkovich // Soviet Physics: Technical Physics. - 1988. - Vol. 34. - 764.
- Bergman, D.J. Surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation: Quantum generation of coherent surface plasmons in nanosystems / D.J. Bergman, M.I. Stockman // Physical Review Letters. - 2003. -Vol. 90. - 027402. - DOI: 10.1103/PhysRevLett.90.027402.
- Protsenko, I.E. Dipole nanolaser / I.E. Protsenko, A.V. Uskov, A. Zaimidoroga, V.N. Samoilov, E.P. O'Reilly // Physical Review A. - 2005. - Vol. 71. - 063812. - DOI: 10.1103/PhysRevA.71.063812.
- Noginov, M.A. Demonstration of spaser-based nanolaser/ M.A. Noginov, G. Zhu, A.M. Belgrave, [et al.] // Nature.-2009. - Vol. 460. - 1110. - DOI: 10.1038/nature08318.
- Zabolotskii, A.A. Collective fluorescence of composite na-noparticles / A.A. Zabolotskii, A.S. Kuch'yanov, F.A. Benimetskii, A.I. Plekhanov // Journal of Experimental and Theoretical Physics. - 2018. - Vol. 126. - P. 174-182. -DOI: 10.1134/S1063776118020097.
- Балыкин, В.И. Плазмонный нанолазер: современное состояние и перспективы / В.И. Балыкин // Успехи физических наук. - 2018. - Т. 188, № 9. - С. 935-963. -DOI: 10.3367/UFNr.2017.09.038206.
- Jackson, J.D. Classical Electrodynamics. / J.D. Jackson. -3rd ed. - New York: John Wiley, 1999. - 832 p. -ISBN: 0-471-30932-X.
- Garcia de Abajo, F.J. Nonlocal effects in the plasmons of strongly interacting nanoparticles, dimers, and waveguides / F.J. Garcia de Abajo // The Journal of Physical Chemistry C. - 2008. - Vol. 112. - P. 17983-17987. - DOI: 10.1021/jp807345h.
- Raza, S. Nonlocal optical response in metallic nanostruc-tures. Topical Review / S. Raza, S.I. Bozhevolnyi, M. Wubs, N.A. Mortensen // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2015. - Vol. 27. -183204. - DOI: 10.1088/09538984/27/18/183204.
- Еремин, Ю.А. Математические модели задач нанооп-тики и биофотоники на основе метода дискретных источников / Ю.А. Еремин, А.Г. Свешников // Журнал вычислительной математики и математической физики. - 2007. - Т. 47, № 2. - C. 266-284.
- Doicu, A. Acousticand electromagnetic scattering analysis using discrete sources / A. Doicu, Yu. Eremin, T. Wriedt. -San Diego: Academic Press, 2000. - 317 p. - ISBN: 0-12219740-2.
- Барышев, А.В. Анализ рассеивающих свойств кластера наночастиц в металической пленке методом дискретных источников / А.В. Барышев, Ю.А. Еремин // Компьютерная оптика. - 2011. - T. 35, № 3. - С. 311-319.
- Еремин, Ю.А. Математическая модель учета эффекта нелокальности плазмонных структур на основе метода дискретных источников / Ю.А. Еремин, А.Г. Свешников // Журнал вычислительной математики и математической физики. - 2018. - Т. 58, № 4. - С. 586-594. - DOI: 10.7868/S0044466918040099.
- Eremin, Yu. Discrete sources method for modeling the nonlocal optical response of a nonspherical particle dimmer / Yu. Eremin, A. Doicu, T. Wriedt // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2018. - Vol. 217. -P. 35-44. - DOI: 10.1016/j.jqsrt.2018.05.026.
- Eremin, Yu. A numerical method for analyzing the near field enhancement of non-spherical dielectric-core metallic-shell particles accounting for the non-local dispersion / Yu. Eremin, A. Doicu, T. Wriedt // Journal of the Optical Society of America A. - 2020. - Vol. 37, Issue 7. - P. 11351142. - DOI: 10.1364/JOSAA.392537.
- Еремин, Ю.А. Метод анализа влияния квантового эффекта нелокальности на характеристики плазмонного нанолазера / Ю.А. Еремин, А.Г. Свешников // Доклады Академии наук. - 2020. - Т. 490. - С. 24-28. - DOI: 10.31857/S2686954320010130.
- Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф. - М.: Наука, 1973.
- Johnson, P.B. Optical constants of the noble metals / P.B. Johnson, R.W. Christy // Physical Review B. - 1972. -Vol. 6. - 4370. - DOI: 10.1103/PhysRevB.6.4370.
- Liaw, J.-W. Comparison of Au and Ag nanoshells' metal-enhanced fluorescence / J.-W. Liaw, H.C. Chen, M.K. Kuo // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2014. - Vol. 146. - P. 321-330. - DOI: 10.1016/j.jqsrt.2014.02.025.
- Kupresak, M. Comparison of hydrodynamic models for the electromagnetic nonlocal response of nanoparticles / M. Kupresak, X. Zheng, G.A.E. Vandenbosch, V.V. Moshchalkov // Advanced Theory and Simulations. - 2018. - Vol. 1, Issue 12. - 1800076. - DOI: 10.1002/adts.201800076.
- Av§ar, D. Plasmonic responses of metallic/dielectric core-shell nanoparticles on a dielectric substrate / D. Av§ar, H. Erturk, M.P. Menguj // Materials Research Express. - 2019. - Vol. 6. - 065006. - DOI: 10.1088/2053-1591/ab07fd.
- Tserkezis, Ch. On the origin of nonlocal damping in plas-monic monomers and dimers / Ch. Tserkezis, W. Yan, W. Hsieh, G. Sun, J.B. Khurgin, M. Wubs, M.A. Mortensen // International Journal of Modern Physics B. - 2017. -Vol. 31. - 1740005. - DOI: 10.1142/S0217979217400057.
- Maack, J.R. Size-dependent nonlocal effects in plasmonic semiconductor particles / J.R. Maack, N.A. Mortensen, M. Wubs // Europhysics Letters. - 2017. - Vol. 119, Issue 1. - 17003. - DOI: 10.1209/0295-5075/119/17003.
Статья научная
