Особенности усиления электромагнитного поля и увеличение плотности фотонных состояний в растительных фотонно-кристаллических структурах

Особенности усиления электромагнитного поля и увеличение плотности фотонных состояний в растительных фотонно-кристаллических структурах

Автор: Шабанов Александр Васильевич, Коршунов Михаил Анатольевич, Буханов Евгений Романович

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 2 т.43, 2019 года.

Бесплатный доступ

Проведены расчёты с использованием метода трансфер матриц одномерных фотонных кристаллов с низким контрастом и разнопериодными асимметричными структурами. Такие структуры были найдены во многих растениях. При состыковке двух последовательно соединённых подрешёток с разными периодами отмечается увеличение амплитуды электромагнитного поля и плотности фотонных состояний внутри структуры и их изменение в зависимости от асимметрии толщин подрешёток.

Фотонный кристалл, дефектная мода, фотонная запрещённая зона, слоистые периодические структуры, плотность фотонных состояний

Короткий адрес: https://sciup.org/140243283

IDR: 140243283

Список литературы Особенности усиления электромагнитного поля и увеличение плотности фотонных состояний в растительных фотонно-кристаллических структурах

  • Mirkovic, T. Light absorption and energy transfer in the antenna complexes of photosynthetic organisms/T. Mirkovic, E.E. Ostroumov, J.M. Anna, R. van Grondelle, Govindjee, G.D. Scholes//Chemical Reviews. -2017. -Vol. 117, Issue 2. -P. 249-293.
  • Буханов, Е.Р. Оптические процессы в фотосинтезе/Е.Р. Буханов, М.А. Коршунов, А.В. Шабанов//Сибирский лесной журнал. -2018. -№ 5. -С. 19-32. - DOI: 10.15372/SJFS20180502
  • Jacobs, M. Photonic multilayer structure of Begonia chloroplasts enhances photosynthetic efficiency/M. Jacobs, M. Lopez-Garcia, O.-P. Phrathep, T. Lawson, R. Oulton, H.M. Whitney//Nature Plants. -2016. -Vol. 24, Issue 16162. -P. 1-6.
  • Hébant, C. Ultrastructural basis and developmental control of blue iridescence in Selaginella leaves/C. Hébant, D.W. Lee//American Journal of Botany. -1984. -Vol. 71, Issue 2. -P. 216-219.
  • Ghaffar, R. Adaptive responses of mature giant chloroplasts in the deep-shade lycopod Selaginella erythropus to prolonged light and dark periods/R. Ghaffar, M. Weidinger, B. Mahnert, M. Schagerl, I. Lichtscheidl//Plant, Cell and Environment. -2018. -Vol. 41. -P. 1791-1805. - DOI: 10.1111/pce.13181
  • Glover, B.J. Structural colour and iridescence in plants: the poorly studied relations of pigment colour/B.J. Glover, H.M. Whitney//Annals of Botany. -2010. -Vol. 105. -P. 505-511. -DOI: 10. 1093/aob/mcq007.
  • Whitney, H.M. Contributions of iridescence to floral patterning/H.M. Whitney, M. Kolle, R. Alvarez-Fernandez, U. Steiner, B.J. Glover//Communicative & Integrative Biology. -2009. -Vol. 2. -P. 230-232. -
  • DOI: 10.4161/cib.2.3.8084
  • Pao, S.-H. Lamelloplasts and minichloroplasts in Begoniaceae: iridescence and photosynthetic functioning/S.-H. Pao, P.-Y. Tsai, C.-I. Peng, P.-J. Chen, C.-C. Tsai, E.-C. Yang, M.-C. Shih, J. Chen, J.-Y. Yang, P. Chesson, C.-R. Sheue//Journal of Plant Research. -2018. -Vol. 131, Issue 4. -P. 655-670. -
  • DOI: 10.1007/s10265-018-1020-2
  • Thomas, K.R. Function of blue iridescence in tropical understorey plants/K.R. Thomas, M. Kolle, H.M. Whitney, B.J. Glover, U. Steiner//Journal of The Royal Society Interface. -2010. -Vol. 7. -P. 1699-1707. -
  • DOI: 10.1098/rsif.2010.0201
  • Vignolini, S. Pointillist structural colour in Pollia fruit/S. Vignolini, P.J. Rudall, A.V. Rowland, A. Reed, E. Moyroud, R.B. Faden, J.J. Baumberg, B.J. Glover, U. Steiner//Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. -2012. -Vol. 109, Issue 39. -P. 15712-15715. -
  • DOI: 10.1073/pnas.1210105109
  • Lopez-Garcia, M. Light-induced dynamic structural color by intracellular 3D photonic crystals in brown algae/M. Lopez-Garcia, N. Masters, H.E. O’Brien, J. Lennon, G. Atkinson, M.J. Cryan, R. Oulton, H.M. Whitney//Science Advances. -2018. -Vol. 4, Issue 4. -eaan8917. -
  • DOI: 10.1126/sciadv.aan8917
  • Allen, W.A. Interaction of isotropic light with a compact plant leaf/W.A. Allen, H.W. Gausman, A.J. Richardson, J.R. Thomas//Journal of the Optical Society of America. -1969. -Vol. 59, Issue 10. -P. 1376-1379. -
  • DOI: 10.1364/JOSA.59.001376
  • Witt, H.T. Primary acts of energy conservation in the functional membrane of photosynthesis/H.T. Witt. -In: Bioenergetics of Photosynthesis/ed. by Govindjee. -New York: Academic Press, 1975. -P. 493-554.
  • Witt, H.T. Energy conversion in the functional membrane of photosynthesis. Analysis by light pulse and electric pulse methods. The central role of the electric field/H.T. Witt//Biochimica et Biophysica Acta. -1979. -Vol. 505, Issues 3-4. -P. 355-427.
  • Елисеева, С.В. Поля и спектры одномерного фотонного кристалла с дефектом инверсионного типа/С.В. Елисеева, В.А. Остаточников, Д.И. Семенцов//Компьютерная оптика. -2012. -T. 36, № 1. -C. 14-20.
  • Doskolovich, L.L. Spatial differentiation of optical beams using phase-shifted Bragg grating/L.L. Doskolovich, D.A. Bykov, E.A. Bezus, V.A. Soifer//Optics Letters. -2014. -Vol. 39, Issue 5. -P. 1278-1281. -
  • DOI: 10.1364/OL.39.001278
  • Bykov, D.A. Optical computation of the Laplace operator using phase-shifted Bragg grating/D.A. Bykov, L.L. Doskolovich, E.A. Bezus, V.A. Soifer//Optics Express. -2014. -Vol. 22, Issue 21. -P. 25084-25092. -
  • DOI: 10.1364/OE.22.025084
  • Golovastikov, N.V. Spatial optical integrator based on phase-shifted Bragg gratings/N.V. Golovastikov, D.A. Bykov, L.L. Doskolovich, E.A. Bezus//Optics Communications. -2015. -Vol. 338. -P. 457-460. -
  • DOI: 10.1016/j.optcom.2014.11.007
  • Nasedkina, Y.F. Transformation of a Gaussian pulse when interacting with a one-dimensional photonic crystal with an inversion defect/Y.F. Nasedkina, S.V. Eliseeva, D.I. Sementsov//Photonics and Nanostructures -Fundamentals and Applications. -2016. -Vol. 19. -P. 31-38.
  • Dadoenkova, Yu.S. Reshaping of Gaussian light pulses transmitted through one-dimensional photonic crystals with two defect layers/Yu.S. Dadoenkova, N.N. Dadoenkova, I.L. Lyubchanskii, D.I. Sementsov//Applied Optics. -2016. -Vol. 55. -P. 3764-3770.
  • Abram, R.A. A study of a phase formalism for calculating the cumulative density of states of one-dimensional photonic crystals/R.A. Abram, A.A. Greshnov, S. Brand, M.A. Kaliteevski//Journal of Modern Optics. -2017. -Vol. 64, Issue 15. -P. 1501-1509.
  • Шабанов, А.В. Исследование эктромагнитного поля в одномерных фотонных кристаллах с дефектами/А.В. Шабанов, М.А. Коршунов, Е.Р. Буханов//Компьютерная оптика. -2017. -Т. 41, №5. -С. 680-686. -
  • DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-5-680-686
  • Bendickson, J.M. Analytic expressions for the electromagnetic mode density in finite, one-dimensional, photonic band-gap structures/J.M. Bendickson, J.P. Dowling, M. Scalora//Physical Review E. -1996. -Vol. 53. -P. 4107-4121.
  • Шабанов, В.Ф. Оптика реальных фотонных кристаллов. Жидкокристаллические дефекты, неоднородности/В.Ф. Шабанов, С.Я. Ветров, А.В. Шабанов. -Новосибирск: Издательство СО РАН, 2005. -209 c. -ISBN: 5-7692-0737-X.
  • Vats, N. Theory of fluorescence in photonic crystals/N. Vats, S. John, K. Busch//Physical Review A. -2002. -Vol. 65. -043808.
  • Schmidtkea, J. Fluorescence of a dye-doped cholesteric liquid crystal film in the region of the stop band: theory and experiment/J. Schmidtkea, W. Stille//The European Physical Journal B. -2003. -Vol. 31. -P. 179-194. -
  • DOI: 10.1140/epjb/e2003-00022-x
  • D’Aguanno, G. Density of modes and tunneling times in finite one-dimensional photonic crystals: A comprehensive analysis/G. D’Aguanno, N. Mattiucci, M. Scalora, M.J. Bloemer, A.M. Zheltikov//Physical Review E. -2004. -Vol. 70. -016612.
  • D’Aguanno, G. Photonic band edge effects in finite structures and applications to x2 interactions/G. D’Aguanno, M. Centini, M. Scalora, C. Sibilia, Y. Dumeige, P. Vidakovic, J.A. Levenson, M.J. Bloemer, C.M. Bowden, J.W. Haus, M. Bertolotti//Physical Review E. -2001. -Vol. 64. -016609.
  • Kirchhoff, H. Dynamic control of protein diffusion within the granal thylakoid lumen/H. Kirchhoff, C. Hall, M. Wood, M. Herbstová, O. Tsabari, R. Nevo, D. Charuvi, E. Shimoni, Z. Reich//Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. -2011. -Vol. 108, Issue 50. -P. 20249-20253.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp