Спектральные свойства нелинейных поверхностных поляритонов среднего ИК-диапазона в структуре «полупроводник - слоистый метаматериал»

Спектральные свойства нелинейных поверхностных поляритонов среднего ИК-диапазона в структуре «полупроводник - слоистый метаматериал»

Автор: Паняев Иван Сергеевич, Санников Дмитрий Германович

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 2 т.41, 2017 года.

Бесплатный доступ

Рассмотрены спектральные свойства поверхностных TM-волн (поляритонов) в направляющей структуре на основе узкозонного полупроводника (n-InSb) и слоистой нанокомпозитной среды (метаматериала) в среднем ИК-диапазоне (5÷20 мкм). Метаматериал обладает слабой гиротропией и содержит намагниченные до насыщения слои висмут-содержащего феррит-граната (BLIG, Lu3-xBixFe5-yGayO12) и галлий-гадолиниевого граната (GGG, Gd3Ga5O12). Решения дисперсионных уравнений исследованы для случаев линейного и нелинейного откликов полупроводника. Для аналитического описания нелинейного отклика структуры использованы «одноосное» (продольное) и «двуосное» описания, получены дисперсионные спектры для константы распространения, полевые и энергетические характеристики поляритонов и проведен их сравнительный анализ. Найдены области появления солитоноподобных волновых полей поверхностных поляритонов в каждом из использованных методов описания системы. Показано, что «одноосная» модель может стать непригодной для построения полей и потоков электромагнитной энергии в структурах на основе сред с кубической нелинейностью.

Еще

Поверхностные поляритоны, нелинейность, слоистый метаматериал, полупроводник, диэлектрическая проницаемость

Короткий адрес: https://sciup.org/14059550

IDR: 14059550   |   DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-2-183-191

Список литературы Спектральные свойства нелинейных поверхностных поляритонов среднего ИК-диапазона в структуре «полупроводник - слоистый метаматериал»

  • Агранович, В.М. Поверхностные поляритоны. Электромагнитные волны на поверхностях и границах раздела сред/В.М. Агранович, Д.Л. Миллс. -Москва: Наука, 1985. -525 с.
  • Дмитрук, Н.Л. Поверхностные поляритоны в полупроводниках и диэлектриках/Н.Л. Дмитрук, В.Г. Литовченко, В.Л. Стрижевский. -Киев: Наукова думка, 1989. -376 с.
  • Nonlinear surface electromagnetic phenomena/ed. by H.-E. Ponath, G.I. Stegeman. -Amsterdam: Elsevier Science, 1991. -654 p. -ISBN: 978-0-444-88359-9.
  • Haus, J.W. Fundamentals and applications of nanophotonics/J.W. Haus. -Amsterdam: Woodhead Publishing, 2016. -426 p. -ISBN: 978-1-78242-464-2.
  • All-optical signal processing: Data communication and storage applications/ed. by S. Wabnitz, B. Eggleton. -New York: Springer, 2015. -512 p. -ISBN 978-3-319-14992-9.
  • Maier, S.A. Plasmonics: Fundamentals and applications/S.A. Maier. -New York: Springer US, 2007. -224 p. -ISBN: 978-0-387-33150-8.
  • Boardman, A.D. Nonlinear waves in solid state physics/A.D. Boardman, M. Bertolotti, T. Twardowski. -New York, London: Plenum Press, 1990. -508 p. -ISBN: 978-0-306-43811-0.
  • Shadrivov, I.V. Nonlinear surface waves in left-handed materials/I.V. Shadrivov, A.A. Sukhorukov, Yu.S. Kivshar, A.A. Zharov, A.D. Boardman, P. Egan//Physical Review E. -2004. -Vol. 69, Issue 1. -016617. - DOI: 10.1103/PhysRevE.69.016617
  • Bludov, Y.V. Nonlinear TE-polarized surface polaritons on grapheme/Y.V. Bludov, D.A. Smirnova, Yu.S. Kivshar, N.M.R. Peres, M.I. Vasilevsky//Physical Review B. -2014. -Vol. 89, Issue 3. -035406 (6 p.). - DOI: 10.1103/PhysRevB.89.035406
  • Panyaev, I.S. Four-layer nanocomposite structure as an effective optical waveguide switcher for near-IR regime/I.S. Panyaev, N.N. Dadoenkova, Yu.S. Dadoenkova, I.A. Rozhleys, M. Krawczyk, I.L. Lyubchanckii, D.G. Sannikov//Journal of Physics D: Applied Physics. -2016. -Vol. 49, Issue 43. -435103. - DOI: 10.1088/0022-3727/49/43/435103
  • Panyaev, I.S. Dispersive properties of optical TM-Type surface polaritons at a nonlinear semiconductor-nanocomposite (BLIG/GGG) interface/I.S. Panyaev, D.G. Sannikov//Journal of Optical Society of America B. -2016. -Vol. 33, Issue 2. -P. 220-229. - DOI: 10.1364/JOSAB.33.000220
  • Паняев, И.С. Оптические поверхностные поляритоны TM-типа на границе нелинейный полупроводник -нанокомпозит/И.С. Паняев, И.А. Рожлейс, Д.Г. Санников//Физика твердого тела. -2016. -Т. 58, № 3. -С. 577-584.
  • Smirnov, Y.G. Guided electromagnetic waves propagating in a plane dielectric waveguide with nonlinear permittivity/Y.G. Smirnov, D.V. Valovik//Physical Review A. -2015. -Vol. 91, Issue 1. -013840. - DOI: 10.1103/PhysRevA.91.013840
  • Agranovich, V.M. Dielectric permeability and influence of external fields on optical properties of superlattices/V.M. Agranovich//Solid State Communications. -1991. -Vol. 78, Issue 8. -P. 747-750. - DOI: 10.1016/0038-1098(91)90856-Q
  • Ю, П. Основы физики полупроводников/П. Ю, М. Кардона; пер. с англ. -Москва: Физматлит, 2002. -560 c. -ISBN: 5-9221-0268-0.
  • Басс, Ф.Г. Высокочастотные свойства полупроводников со сверхрешётками/Ф.Г. Басс, А.А. Булгаков, А.Г. Тетервов. -Москва: Наука, 1989. -288 с. -ISBN: 5-02-014021-Х.
  • Хаджи, П.И. К теории нелинейных p-поляризованных поверхностных волн/П.И. Хаджи, Е.С. Киселева//Журнал технической физики. -1988. -Т. 58, Вып. 6. -С. 1063-1070.
  • Ахмедиев, Н.Н. Новый класс нелинейных поверхностных волн -асимметричные моды в симметричной слоистой структуре/Н.Н. Ахмедиев//Журнал экспериментальной и теоретической физики. -1982. -Т. 83, № 2. -С. 545-553.
  • Boardman, A.D. TE waves at an interface between linear gyromagnetic and nonlinear dielectric media/A.D. Boardman, M.M. Shabat, R.F. Wallis//Journal of Physics D: Applied Physics. -1991. -Vol. 24, Issue 10. -P. 1702-1707. - DOI: 10.1088/0022-3727/24/10/002
  • Joseph, R.I. Exact field decomposition for TM waves in nonlinear media/R.I. Joseph, D.N. Christodoulides//Optics Letters. -1987. -Vol. 12, Issue 10. -P. 826-828. - DOI: 10.1364/OL.12.000826
  • Boyd, R.W. Nonlinear Optics/R.W. Boyd. -3rd ed. -New York: Elsevier, 2008. -614 p. -ISBN: 978-0123694706.
  • Boardman, A.D. Exact theory of nonlinear p-polarized optical waves/A.D. Boardman, A.A. Maradudin, G.I. Stegeman, T. Twardowski, E.M. Wright//Physical Review A. -1987. -Vol. 35, Issue 3. -P. 1159-1164. - DOI: 10.1103/PhysRevA.35.1159
  • Wallenhorst, M. Enhancement of the nonreciprocal magneto-optic effect of TM modes using iron garnet double layers with opposite Faraday rotation/M. Wallenhorst, M. Niemöller, H. Dötsch, P. Hertel, R. Gerhardt, B. Gather//Journal of Applied Physics. -1995. -Vol. 77, Issue 7. -P. 2902-2905. - DOI: 10.1063/1.359516
  • Звездин, А.К. Магнитооптика тонких плёнок/А.К. Звездин, В.А. Котов. -Москва: Наука, 1988. -192 c. -ISBN: 5-02-013846-0.
  • Кринчик, Г.С. Физика магнитных явлений/Г.С. Кринчик. -Москва: Издательство Московского университета, 1976. -367 c.
  • Рандошкин, В.В. Прикладная магнитооптика/В.В. Рандошкин, А.Я. Червоненкис. -Москва: Энергоатомиздат, 1990. -320 c.
  • Hibiya, T. Growth and characterization of liquid-phase epitaxial bi-substituted iron garnet films for magneto-optic application/T. Hibiya, Y. Morishige, J. Nakashima//Japanese Journal of Applied Physics. -1985. -Vol. 24(1), Issue 10. -P. 1316-1319. - DOI: 10.1143/JJAP.24.1316
  • Wood, D.L. Optical properties of gadolinium gallium garnet/D.L. Wood, K. Nassau//Applied Optics. -1990. -Vol. 29, Issue 25. -P. 3704-3707. - DOI: 10.1364/AO.29.003704
  • Miller, D.A.B. Two beam optical signal amplification and bistability in InSb/D.A.B. Miller, S.D. Smith//Optics Communications. -1979. -Vol. 31, Issue 1. -P. 101-104. - DOI: 10.1016/0030-4018(79)90254-2
  • Ахманов, С.А. Физическая оптика/С.А. Ахманов, С.Ю. Никитин. -2-е изд. -Москва: Издательство МГУ, Наука, 2004. -656 с. -ISBN: 5-211-04858-X.
  • Wood, D.L. Effect of impurities on the optical properties of yttrium iron garnet/D.L. Wood, J.P. Remeika//Journal of Applied Physics. -1967. -Vol. 38, Issue 3. -P. 1038-1045. - DOI: 10.1063/1.1709476
  • Breckenridge, R.G. Electrical and optical properties of intermetallic compounds. I. Indium antimonide/R.G. Breckenridge, R.F. Blunt, W.R. Hosler, H.P.R. Frederikse, J.H. Becker, W. Oshinsky//Physical Review. -1954. -Vol. 96, Issue 3. -P. 571-575. - DOI: 10.1103/PhysRev.96.571
  • Уханов, Ю.И. Оптические свойства полупроводников/Ю.И. Уханов. -Москва: Наука, 1977. -368 c.
  • Maradudin, A.A. s-Polarized nonlinear surface polaritons/A.A. Maradudin//Zeitschrift für Physik B Condensed Matter. -1981. -Vol. 41, Issue 4. -P. 341-344. - DOI: 10.1007/BF01307323
  • Tomlinson, W.J. Surface wave at a nonlinear interface/W.J. Tomlinson//Optics Letters. -1980. -Vol. 5, Issue 7. -P. 323-325. - DOI: 10.1364/OL.5.000323
  • Белецкий, Н.Н. Новый нерезонансный тип нелинейных поверхностных поляритонов/Н.Н. Белецкий//Физика твёрдого тела. -1992. -Т. 34, № 5. -P. 1592-1598.
  • Дикштейн, И.Е. Нелинейные самолокализованные поверхностные магнитные поляритоны в ферромагнитной среде/И.Е. Дикштейн, Д.С. Никитов, С.А. Никитов//Физика твердого тела -1998. -Т. 40, № 10. -P. 1885-1889. - DOI: 10.1134/1.1130640
  • Albers, W.A. Jr. The physics of opto-electronic materials/W.A. Albers Jr. -New York: Plenum Press, 1971. -281 p. -ISBN: 978-1-4684-1949-8.
  • Boardman, A.D. Surface magneto-optic solitons/A.D. Boardman, M. Xie, K. Xie//Journal of Physics D: Applied Physics. -2003. -Vol. 36, Issue 18. -P. 2211-2217. - DOI: 10.1088/0022-3727/36/18/006
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp