Периодическая структура в фоточувствительной композитной пленке при возбуждении предельной ТЕ₀ моды подложки

Описаны свойства фоточувствительной тонкопленочной композиции AgCl-Ag и ее способность к генерации периодической структуры (ПС) под действием линейно поляризованного лазерного пучка. Отмечена связь в развитии ПС с волноводными свойствами системы пленка-подложка. Особое внимание уделено случаю развит...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2015
Hauptverfasser:	Агеев, Л.А., Белошенко, К.С., Резникова, В.М.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2015
Schriftenreihe:	Физическая инженерия поверхности
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108723
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Периодическая структура в фоточувствительной композитной пленке при возбуждении предельной ТЕ₀ моды подложки / Л.А. Агеев, К.С. Белошенко, В.М. Резникова // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 2. — С. 243-249. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-108723
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1087232016-11-15T03:03:10Z Периодическая структура в фоточувствительной композитной пленке при возбуждении предельной ТЕ₀ моды подложки Агеев, Л.А. Белошенко, К.С. Резникова, В.М. Описаны свойства фоточувствительной тонкопленочной композиции AgCl-Ag и ее способность к генерации периодической структуры (ПС) под действием линейно поляризованного лазерного пучка. Отмечена связь в развитии ПС с волноводными свойствами системы пленка-подложка. Особое внимание уделено случаю развития ПС при возбуждении рассеянным светом предельной ТЕ₀ моды подложки. Для «толстых» (≥1 мм) подложек и тонких пленок (меньше толщины отсечки ТЕ₀ моды пленки) ПС всегда развивается за счет возбуждения предельной моды подложки. При этом, измерения угла дифракции от ПС дает возможность найти показатель преломления подложки. Показано, что такая же ситуация сохраняется и для «тонкой» (≈0,1 мм) подложки, несмотря на то, что в ней хорошо выражена дискретность других ТЕm мод. Надано опис властивостей фоточутливої тонкоплівкової композиції AgCl-Ag і її спроможності до генерації періодичної структури (ПС) під дією лінійно поляризованого лазерного пучка. Відзначено зв’язок у розвитку ПС із хвилеводними властивостями системи плівка-підкладка. Особлива увага приділена випадку, коли ПС створюється при збудженні розсіяним світлом граничної ТЕ₀ моди підкладки. Для «товстих» (≥1 мм) підкладок і тонких плівок (менших товщини відсічки моди плівки) ПС завжди розвивається за рахунок збудження граничної моди підкладки. При цьому, виміри кута дифракції від ПС дають можливість знайти показник заломлення підкладки. Показано, що ця ситуація зберігається і для «тонкої» (≈0,1 мм) підкладки, незважаючи на те, що у ній добре спостерігається дискретність інших ТЕm мод. The properties of the thin film of the photosensitive composition and its ability to generate a periodic structure (PS) by a linearly polarized laser beam were reported. It was found the correlation between the developments of PS and the waveguide properties of the film-substrate system. Particular attention was paid to the case of PS by the excitation of the scattered light of limit mode of the substrate. For the «thick» (1 mm) substrates and thin films (less than the thickness of the cut-off mode of film) PS is always developing due to the excitation of the limit mode of the substrate. At the same time, measuring of the diffraction angle from the PS gives possibility to find the refractive index of the substrate. It is shown that the same situation takes place also for «thin» (0.1 mm) of the substrate, despite the fact that the discreteness other modes is well expressed. 2015 Article Периодическая структура в фоточувствительной композитной пленке при возбуждении предельной ТЕ₀ моды подложки / Л.А. Агеев, К.С. Белошенко, В.М. Резникова // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 2. — С. 243-249. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108723 535.32/58;539.216.2 ru Физическая инженерия поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Описаны свойства фоточувствительной тонкопленочной композиции AgCl-Ag и ее способность к генерации периодической структуры (ПС) под действием линейно поляризованного лазерного пучка. Отмечена связь в развитии ПС с волноводными свойствами системы пленка-подложка. Особое внимание уделено случаю развития ПС при возбуждении рассеянным светом предельной ТЕ₀ моды подложки. Для «толстых» (≥1 мм) подложек и тонких пленок (меньше толщины отсечки ТЕ₀ моды пленки) ПС всегда развивается за счет возбуждения предельной моды подложки. При этом, измерения угла дифракции от ПС дает возможность найти показатель преломления подложки. Показано, что такая же ситуация сохраняется и для «тонкой» (≈0,1 мм) подложки, несмотря на то, что в ней хорошо выражена дискретность других ТЕm мод.
format	Article
author	Агеев, Л.А. Белошенко, К.С. Резникова, В.М.
spellingShingle	Агеев, Л.А. Белошенко, К.С. Резникова, В.М. Периодическая структура в фоточувствительной композитной пленке при возбуждении предельной ТЕ₀ моды подложки Физическая инженерия поверхности
author_facet	Агеев, Л.А. Белошенко, К.С. Резникова, В.М.
author_sort	Агеев, Л.А.
title	Периодическая структура в фоточувствительной композитной пленке при возбуждении предельной ТЕ₀ моды подложки
title_short	Периодическая структура в фоточувствительной композитной пленке при возбуждении предельной ТЕ₀ моды подложки
title_full	Периодическая структура в фоточувствительной композитной пленке при возбуждении предельной ТЕ₀ моды подложки
title_fullStr	Периодическая структура в фоточувствительной композитной пленке при возбуждении предельной ТЕ₀ моды подложки
title_full_unstemmed	Периодическая структура в фоточувствительной композитной пленке при возбуждении предельной ТЕ₀ моды подложки
title_sort	периодическая структура в фоточувствительной композитной пленке при возбуждении предельной те₀ моды подложки
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2015
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108723
citation_txt	Периодическая структура в фоточувствительной композитной пленке при возбуждении предельной ТЕ₀ моды подложки / Л.А. Агеев, К.С. Белошенко, В.М. Резникова // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 2. — С. 243-249. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.
series	Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv	AT ageevla periodičeskaâstrukturavfotočuvstvitelʹnojkompozitnojplenkeprivozbuždeniipredelʹnojte0modypodložki AT belošenkoks periodičeskaâstrukturavfotočuvstvitelʹnojkompozitnojplenkeprivozbuždeniipredelʹnojte0modypodložki AT reznikovavm periodičeskaâstrukturavfotočuvstvitelʹnojkompozitnojplenkeprivozbuždeniipredelʹnojte0modypodložki
first_indexed	2025-07-07T21:58:33Z
last_indexed	2025-07-07T21:58:33Z
_version_	1837027047473414144
fulltext	Агеев Л. А., Белошенко К. С., Резникова В. М., 2015 © 243 УДК 535.32/58;539.216.2 ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА В ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ КОМПОЗИТНОЙ ПЛЕНКЕ ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ ПРЕДЕЛЬНОЙ ТЕ0 МОДЫ ПОДЛОЖКИ Л. А. Агеев, К. С. Белошенко, В. М. Резникова Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, Харьков Поступила в редакцию 27.05.2015 Описаны свойства фоточувствительной тонкопленочной композиции AgCl-Ag и ее способ- ность к генерации периодической структуры (ПС) под действием линейно поляризованного лазерного пучка. Отмечена связь в развитии ПС с волноводными свойствами системы плен- ка-подложка. Особое внимание уделено случаю развития ПС при возбуждении рассеянным светом предельной ТЕ0 моды подложки. Для «толстых» (≥1 мм) подложек и тонких пленок (меньше толщины отсечки ТЕ0 моды пленки) ПС всегда развивается за счет возбуждения пре- дельной моды подложки. При этом, измерения угла дифракции от ПС дает возможность найти показатель преломления подложки. Показано, что такая же ситуация сохраняется и для «тон- кой» (≈0,1 мм) подложки, несмотря на то, что в ней хорошо выражена дискретность других ТЕm мод. Ключевые слова: фоточувствительность, планарный волновод, волноводные моды, лазерное облучение, периодическая структура, показатель преломления. ПЕРІОДИЧНА СТРУКТУРА У ФОТОЧУТЛИВІЙ КОМПОЗИТНІЙ ПЛІВЦІ ПРИ ЗБУДЖЕННІ ГРАНИЧНОЇ ТЕ0 МОДИ ПІДКЛАДКИ Л. А. Агєєв, К. С. Білошенко, В. М. Рєзнікова Надано опис властивостей фоточутливої тонкоплівкової композиції AgCl-Ag і її спроможності до генерації періодичної структури (ПС) під дією лінійно поляризованого лазерного пучка. Відзначено зв’язок у розвитку ПС із хвилеводними властивостями системи плівка-підкладка. Осо- блива увага приділена випадку, коли ПС створюється при збудженні розсіяним світлом граничної ТЕ0 моди підкладки. Для «товстих» (≥1 мм) підкладок і тонких плівок (менших товщини відсічки моди плівки) ПС завжди розвивається за рахунок збудження граничної моди підкладки. При цьо- му, виміри кута дифракції від ПС дають можливість знайти показник заломлення підкладки. По- казано, що ця ситуація зберігається і для «тонкої» (≈0,1 мм) підкладки, незважаючи на те, що у ній добре спостерігається дискретність інших ТЕm мод. Ключові слова: фоточутливість, планарний хвилевод, хвилеводні моди, лазерне опро- мінювання, періодична структура, показник заломлення. THE PERIODIC STRUCTURE IN THE PHOTOSENSITIVE COMPOSITE FILM AT THE EXCITATION OF LIMIT TE0 MODE OF THE SUBSTRATE L. A. Ageev, K. S. Biloshenko, V. M. Rieznikova The properties of the thin film of the photosensitive composition and its ability to generate a periodic structure (PS) by a linearly polarized laser beam were reported. It was found the correlation between the developments of PS and the waveguide properties of the film-substrate system. Particular attention was paid to the case of PS by the excitation of the scattered light of limit mode of the substrate. For the «thick» (1 mm) substrates and thin films (less than the thickness of the cut-off mode of film) PS is always developing due to the excitation of the limit mode of the substrate. At the same time, measuring of the diffraction angle from the PS gives possibility to find the refractive index of the substrate. It is shown that the same situation takes place also for «thin» (0.1 mm) of the substrate, despite the fact that the discreteness other modes is well expressed. Keywords: photosensitivity, planar waveguide, waveguide modes, laser irradiation, periodic structure, refractive index. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА В ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ КОМПОЗИТНОЙ ПЛЕНКЕ... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2244 ВВЕДЕНИЕ В современной оптике большое внима- ние уделяется разработкам, исследовани- ям и применениям фотонных кристаллов (ФК). Среди них, в частности, выделяют планарные ФК, которые представляют собой пленочный диэлектрический волновод с пе- риодическим изменением диэлектрической проницаемости [1, 2]. Интересны также металлодиэлектрические композиции, в которых металл образует упорядоченные наноструктуры на поверхности планарно- го волновода [3–5]. Такие структуры созда- ются искусственно методами электронной литографии [3] и рассматриваются как пример метаматериалов [5] со свойства- ми планарных ФК геометрии 1D или 2D. Их главная особенность состоит в том, что свет возбуждает плазмоны в частицах мета- лла (локализованные плазмоны [6]) и часть энергии плазмонов передается в моды волновода. Оптические свойста, сходные с метал- лодиэлектрическими ФК, имеет фоточув- ствительная композиция AgCl-Ag, которая создается вакуумным термическим на- пылением на диэлектрическую подложку тонкой поликристаллической пленки AgCl и, затем, островковой пленки Ag на ее поверхность [7]. Прямая фоточувствитель- ность к действию интенсивного света связана с возбуждением локализованных плазмонов в малых частицах Ag, с фотоэффектом на этих частицах и с последующим ионным переносом массы Ag в минимумы действую- щего поля. В то же время, прозрачность AgCl определяет наличие в AgCl-Ag свойств асимметричного планарного волновода [8]. Облуче ние непрерывным линейно по ля- ризованным лазерным пучком (Е0 — направ ление поляризации) приводит к генерации периодической структуры (ПС), соз даваемой частицами Ag. Свойства ПС сходны со свойствами дифракционной ре- шетки, настроенной на ввод волноводной моды. Особый интерес представляет образо- вание ПС за счет возбуждения предельной ТЕ0 моды с постоянной распространения β = k·nS ( 2π = λ k — волновое число, λ — длина волны действующего пучка, nS — по- казатель преломления подложки). Ранее было показано, что эта мода определяет развитие ПС и в тех случаях, когда она не является вол- новодной модой пленки AgCl [9]. Практичес- кий интерес связан с тем, что дифракция на ПС в этом случае дает расщепление падающе- го пучка на симметричные планарные пучки вдоль границы с подложкой, визуализирует направление поляризации действующего пучка и позволяет измерить nS на малой пло- щадке при фокусировке пучка [10]. В настоящей работе рассматривается во- прос о причинах эффективного действия указанной моды при индуцировании ПС и приведены результаты эксперимента, выполненного для подтверждения этой эффективности. СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ ПЛЕНОК AgCl-Ag В композиции AgCl-Ag прозрачная во всем видимом диапазоне спектра поликристал- лическая пленка AgCl с показателем пре- ломления n находится на диэлектрической подложке (стекло , n S) и , с другой стороны, контактирует с воздухом (n0 = 1). Cоотношение n > nS > n0 соответствует струк- туре асимметричного волновода [8]. Наличие поглощающего островкового слоя Ag на по- верхности AgCl не учитываем. Будем рассматривать развитие ПС при возбуждении ТЕ0 моды. Постоянная ра- спространения волноводной моды пленки равна: β = k·n·sinθ, где, в приближении геометрической оптики: θ — угол падения на границы внутри пленки зигзагообразной волны, формирующей моду. Вместо β используем эффективный показа- тель преломления моды: nef = n·sinθ. При изменении толщины h пленки nef из- меняется в пределах: nS ≤ nef ≤ n, (1) где nef → n при h → ∞. Характеристическое уравнение для волноводных TEm мод пленки запишем в виде: Л. А. АГЕЕВ, К. С. БЕЛОШЕНКО, В. М. РЕЗНИКОВА ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 245 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 arctg arctg λ = × π −  − −  × + + π  − −  ef ef ef s ef ef h n n n n n m n n n n . (2) Для каждой моды с индексом m сущес- твуют минимальные толщины mh (толщины отсечек), начиная с которых мода может су- ществовать; условие отсечек nef = nS и mh равны: 2 2 22 2 1 arctg 2  −λ  = + π  −π −   ef m efef n h m n nn n .(3) Для предельной ТЕ0 моды 0=m , nef = nS и ее толщина отсечки для AgCl (n = 2,06, λ = 650 нм) равна h0 = 51 нм. Зарождение ПС в AgCl-Ag при действии лазерного пучка начинается из-за действия на пленку затравочной моды при рэлеевском рассеянии пучка на малых центрах рассея- ния и за счет интерференции пучка с модой. Фоточувствительность приводит к нако- плению частичек Ag в минимумах интер- ференции. Дальнейшее развитие ПС идет по механизму положительной обратной связи — ПС усиливает моду, контрастность интерференции увеличивается и ПС про- должает расти до стадии насыщения про- цесса. При фотоструктурных превращениях, приводящих к массопереносу Ag, во время экспозиции изменяется коэффициент по- глощения и nef в композиции AgCl-Ag [11]. В стадии близкой к насыщению, когда прак- тически все серебро перенесено в минимумы интерференции, коэффициент поглоще- ния для λ действующего пучка стремится к нулю, а показатель преломления становится равным n AgCl. Указанные превращения про- являют себя в спектре поглощения и приво- дят к спектральному провалу («выжиганию дыры») в районе λ [12]. Отличие ПС от совершенной дифракцион- ной решетки определяется тем, что ПС со- стоит из набора микро-решеток (МР), развивающихся при возбуждении мод на отдельных центрах рассеяния. При наклонном падении индуцирующего пучка с компонентой kx = k·sinφ на плоскости плен- ки величины волновых векторов K МР ( 2π =K d , d — период МР) и моды β для S-поляризации (Е0 ⊥ плоскости падения) связаны условием [7]: k± = β ± kX . (4) Вектора МР в целом имеют преимуще- ственную ориентацию K0 Е0, но, из-за спон- танного характера рассеяния на отдельных центрах, вектора МР имеют некоторый угло- вой разброс относительно К0. Такое строе- ние ПС приводит, по мере развития ПС при нормальном падении пучка, к появлению и развитию в отраженном и проходящем свете полосы рассеяния, ось которой стро- го ориентирована \|\| E0, а также, при узком параллельном падающем лазерном пучке, к растягиванию пучков дифракции вдоль Е0. При насыщении в развитии ПС преиму- щество имеют −K МР, период которых, как следует из (4), равен: sinφ   ef d n . (5) ПС в отражении дает дифракцию порядка «–1», которая, путем подбора нужного угла падения φ, позволяет выполнить условие ав- токоллимации (пучок дифракции направлен строго навстречу падающему пучку). При автоколлимации период d ПС равен: 2 sinφ    d . (6) Из (5) и (6) получаем формулу для изме- рений nef: nef = 3·sinφ. (7) Формула (7) дает возможность измерять эффективный показатель преломления моды, при возбуждении которой развивается ПС, а в случае действия предельной моды ТЕ0, когда nef = nS, получаем способ измерения показателя преломления диэлектрической подложки. Применение в измерениях ⊥ ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА В ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ КОМПОЗИТНОЙ ПЛЕНКЕ... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2246 гониометра с точностью отсчета углов 0,1° и при ручной установке условия автокол- лимации ошибка в измерении показателя преломления составляет ≈±0,003. Отме- тим, что ф. (7) позволяет измерять диспер- сию nS в пределах всей видимой области спектра (путем применения для облучения интенсивных S-поляризованных пучков от лазеров с разными λ) и требует только точ- ной установки угла автоколлимации φ. Как показывает опыт, измерения во многих слу- чаях могут выполняться на очень малой пло- щадке при фокусировке пучка [10]. ПС НА ПРЕДЕЛЬНОЙ МОДЕ ПОДЛОЖКИ В работе [9] показано, что развитие ПС определяется возбуждением TE0 моды с nef = nS и тогда, когда мода перестает быть волно- водной для пленки AgCl (при h ≤ h0), а пре- вращается в моду подложки. Такая же мода определяет развитие ПС в довольно широ- ком интервале малых h и для подложек с nS > n, т. е. когда волноводные моды в пленке вообще не существуют. И в том и в дру- гом случаях использовались многомодовые (m > 5000) подложки с толщиной hS ≈ 1,5 мм, в которых дискретный характер мод не дол- жен себя проявлять. Вопрос об эффективности действия на развитие ПС моды подложки с nef = nS, грани- чащей с дискретным спектром волноводных мод пленки, до сих пор почти не обсуждал- ся. В частности, остается не выясненной роль толщины подложки hS в этом случае. Подложку с nS и «малой» hS, при отсутствии пленки или с пленкой толщины h < h0, будем рассматривать как симметричный волновод, окруженный воздухом. При сформулированных условиях, обра- зование ПС в тонкой пленке AgCl-Ag нужно связывать с возбуждением мод подложки. На пленку при этом действует экспоненциально затухающее поле моды в направлении пленка-воздух. Рассматривая подложку как достаточно тонкий симметричный волновод, на поверх- ности которого находится пленка AgCl- Ag с h < h0, мы должны считать, что ПС в пленке развивается при рассеянии света в самой подложке. При этом, эксперименты на «толстых» подложках показывают, что при малых толщинах h AgCl всегда разви- тие ПС задается возбуждением предельной ТЕ0 моды подложки [9, 10]. Такой результат, в опреде ленной мере, просто объясняется при рассмот рении полубесконечной подлож- ки с диэлектрической пленкой на ее поверх- ности. Волна, рассеянная внутри подложки под предельным углом θ0 полного внутрен- него отражения для границы с воздухом (волна, задающая моду подложки ТЕ0), в со- ответствии с законом Снеллиуса не меняет θ0 при наличии диэлектрической пленки на подложке. Каждая ТЕm мода пленки при своей толщине отсечки hm имеет nef = nS, в соответ- ствии с неравенством (1). ЭКСПЕРИМЕНТ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ Достаточно «тонкая», изотропная ди элек- трическая подложка для эксперимента выбиралась так, чтобы она сохраняла жест- кость и плоско параллельность. Мы использо- вали покровные стекла для микропрепаратов (ГОСТ 6672-75) с показателем преломле- ния nD = 1,515· (λD = 589 нм) и площадью 18 × 18 мм. По наличию интерференционных полос в отраженном свете люминесцент- ной лампы, отбирались наиболее тонкие стекла. Ниже приведены данные для плас- тинки толщины hS = 113 мкм, измеренной интерференционным методом линий равно- го хроматического порядка [13]; оценочные расчеты ниже сделаны для hS = 100 мкм. На подложку вакуумным осаждением был нанесен слой AgCl толщины h ≈ 30 нм < h0 и затем островковая пленка Ag (≈8 нм). Образец облучался S-поляризованным пучком от полупроводникового лазера с λ = 650 нм, непрерывной мощностью Р ≈ 25 мВт, под углом падения φ = 30,3° в течении t ≈ 0,5 час. Схема облучения и реальная сцена возникающих в процессе световых пучков показаны на рис. 1 а, б. Рисунок соответству- ет условию автоколлимации, когда при диф- ракции на образовавшейся ПС центр пучка (4) в отражении от ПС направлен навстречу пучку падающему (2) и центр проходящего пучка дифракции (5) совпадает с продолже- нием отраженного лазерного пучка (7). При изменении φ пучки дифракции на экранах за- ймут другое положение из-за изменения nef Л. А. АГЕЕВ, К. С. БЕЛОШЕНКО, В. М. РЕЗНИКОВА ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 247 (ф. (7)). При автоколлимации (φ = 30,3°) из ф. (7) получаем nef = nS = 1,514 ± 0,003, что, с учетом дисперсии, совпадает с nS покров- ной стеклянной пластинки. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Уже в ранних экспериментах было показано, что в достаточно толстой пленке, в которой существуют волноводные моды пленки ТЕ0, ТЕ1, ТЕ2, ТЕ3, в индуцированной ПС при- сутствуют МР, связанные с возбуждением каждой из 4 мод [14]. Соответственно, на- блюдаются и дифракционные рефлексы от этих МР. Если представить себе пленку с h < h0 на тонкой подложке с малым числом мод подложки, то можно предположить, что ПС будет состоять из набора МР, развившихся на отдельных модах подложки. В этом случае ф. (7) позволит измерять nef, но не даст возмож- ности найти nS. Вопрос о наименьшей тол- щине hS подложки, при которой мода с nef = nS будет иметь преимущество в развитии МР по сравнению с другими модами не является простым и требует отдельного теоретическо- го и экспериментального рассмотрения. Ниже приведем некоторые данные для по- дложки с hS = 100 мкм, рассматривая ее как симметричный волновод, окруженный воз- духом. В этом случае характеристическое уравнение имеет вид: 2 2 22 2 1 2arctg 2  −λ  = + π  −π −   ef S S efS ef n h m n nn n , (8) 1 ≤ nef < nS, (9) где nef → nS при hS → ∞. Для λ = 0,65 мкм по- лное число ТЕm мод в подложке толщины hS = 100 мкм равно [8]: 22 1 350 − = = λ S Sh n M . С помощью ф. (8) найдем, как изменяется nef для мод разных индексов m в подложке заданной толщины hS. Результаты расчета показаны на рис. 2. Видно, что nef > 1,5 для всех мод с m < 50, а далее nef уменьшается с ростом m. Более подробные вычисления показывают, что моды с m ≤ 28 имеют nef ≥ 1,511, т. е. не более чем на –0,003 меньше истинного значения nS = 1,514. Чтобы получить дальнейшее существен- ное уменьшение количество ТЕm мод подлож- ки, нужно на порядок величины уменьшить ее толщину hS. При hS = 10 мкм число ТЕm мод уменьшится до М = 35. При этом расчеты по ф. (8) дают nef ≈ nS только для трех мод с m = 0, 1, 2. Если hS уменьшить еще в 10 раз, т. е. взять hS = 1 мкм, то при такой толщине будет 5 2 8 7 2 1φ 4 3 6 а б Рис. 1. Схема облучения (а) и реальная сцена обра- зующихся пучков (б). 1 — отверстие во фронталь- ном экране для лазерного пучка 2; 3 — образец на гониометре 8; 4 — полоса дифракции в отражении в положении автоколлимации; 5 — полоса дифракции на боковом экране в проходящем свете; 6 — пучки дифракции из торца образца для моды, образующей ПС; расщепление из-за малой толщины торца; 7 — пучок, отраженный от образца; поляризация пучка 2 по нормали к плоскости рис. 1 (а). nef 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0 50 100 150 200 250 300 350 m Рис. 2. Зависимость от индекса мод подложки. Расчет по ф. (8) для hS = 100 мкм ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА В ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ КОМПОЗИТНОЙ ПЛЕНКЕ... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2248 nef < nS уже и для ТЕ0 моды. Можно было бы провести эксперименты для таких случаев, используя в качестве подложки, например, подходящую (с nS ≈ 1,5) «свободную» поли- мерную пленку. Но в эксперименте для удер- жания «свободной» пленки толщины 10 мкм, а тем более в 1 мкм, неизбежно потребуется основа, например в виде мелкой сетки. Плен- ка в ячейках сетки не будет однородной по толщине, будет испытывать деформации и изменения своих свойств. В другом случае тонкую пленку, выполняющую роль волно- водной подложки для тонкопленочного ком- позита AgCl-Ag, можно нанести на «толстую» плоско параллельную диэлектрическую плас- тину. Но тогда изменится волноводная струк- тура в целом и ее нужно будет анализировать в терминах многослойного волновода, что может быть предметом нового исследования. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Эксперимент и вычисления показали, что тонкая (100 мкм) стеклянная подложка, не- смотря на существование в ней большого числа дискретных мод, дает правильный результат при измерении ее показателя пре- ломления с помощью ПС. В данном случае оказалось достаточным, чтобы примерно 30 мод с наименьшими индексами m имели nef. ≈ nS. Эффективность действия мод на развитие различных МР в ПС зависит от коэффициентов потерь для разных мод. В прозрачном волноводе потери, главным об- разом, связаны с экспоненциальным затуха- нием поля моды в окружающую среду. Такие потери растут с ростом индекса m моды. При развитии ПС и отдельных МР в ней следует учитывать, что рост МР происходит по меха- низму положительной обратной связи и при возбуждении мод с максимальной добротнос- тью, т. е. в первую очередь мод с наименьши- ми индексами m. ЛИТЕРАТУРА 1. Noda S. Photonic crystal technologies: Ex pe- riment // Optical Fiber Telecommunications Ed by / I. P. Kaminov, T. Li, A. E. Willner. 5th- ed. — Academic Press.— 2008. — P. 455–483. 2. Istrate E., Sargent E. H. Photonic crustal heterostructures and interfaces // Rev. of modern physics. — 2006. — Vol. 78, No. 2. — P. 455–481. 3. Linden S., Kuhl J., Giessen H. Controlling the Interaction between Light and Gold Nano- particles: Selective Suppression of Extinction // Phys. Rev. Lett. — 2001.— Vol. 86, No. 20. — Р. 4688–4691. 4. Гиппиус Н. А., Тиходеев С. Г., Крист А., Куль Й., Гиссен Х. Плазмон-волноводные по ляритоны в металлодиэлектрических фо тон но-кристаллических слоях // ФТТ. — 2005. — Т. 47, № 1. — С. 139–143. 5. Тиходеев С. Г., Гиппиус Н. А. Плазмон-по- ляритонные эффекты в наноструктуриро- ванных металл-диэлектрических фотонных кристаллах и метаматериалах // УФН. — 2009. — Т. 179, № 9. — С. 1003–1007. 6. Майер С. А. Плазмоника: теория и приложе- ния. — М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хао- тическая динамика», 2011. — 296 с. 7. Stefan A. Maier. Plasmonics: Fundamentals and Applications. — Springer, 2007. 8. Климов В. В. Наноплазмоника // УФН. — 2008. — Т. 178, № 8. — С. 875–880. 9. Ageev L. A., Miloslavsky V. K. Photoinduced effects in light-sensitive films // Optical En- gineering. — 1995. — Vol. 34, No. 4. — Р. 960–972. 10. Адамс М. Введение в теорию оптических вол- новодов. Пер. с англ. — М. Мир, 1984. — 512 с. 11. Adams M. J. An introduction to optical waveguides. John Wiley and Sons. Chichester- New York-Brisbane-Toronto, 1981. 12. Агеев Л. А., Блоха В. Б., Милослав- ский В. К. Фотоиндуцированные периоди- ческие структуры в пленках AgCl-Ag, обу- словленные излучательными ТЕ-модами // Опт. и спектр. — 1985. — Т. 59, № 6. — С. 1274–1280. 13. Агеев Л. А., Милославский В. К., Тютюн- ник О. В., Эльашхаб Х. И. Определение показателя преломления диэлектриков с по мощью светоиндуцированных дифрак- ционных решеток // Журн. прикл. спектрос- копии. — 2001. — Т. 68, № 2. — С. 270–274. 14. Лымарь В. И., Милославский В. К., Аге- ев Л. А. Временная эволюция спонтанных решеток в тонких светочувствительных плен ках AgCl-Ag // Опт. и спектр. — 1997 — Т. 83, № 6. — С. 995–1000. 15. Агеев Л. А., Милославский В. К., Ну- реддин Ас саад Спектральные свойства Л. А. АГЕЕВ, К. С. БЕЛОШЕНКО, В. М. РЕЗНИКОВА ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 249 фотоиндуцированных периодических струк- тур в светочувствительных пленках AgCl-Ag // Опт. и спектр. — 1988 — Т. 65, № 1. — С. 147–154 16. Физика тонких пленок (под ред. Г. Хасса и Р. Э. Туна). — М.: Мир, 1970, С. 42–50, 440. 17. Агеев Л. А., Блоха В. Б., Милославский В. К. Свойства периодических структур, фотоин- дуцированных в тонкопленочной системе AgCl-Ag // Укр. физ. журн. — 1985. — Т. 30, № 4. — С. 511–516. LITERATURA 1. Noda S. Photonic crystal technologies: Experiment // Optical Fiber Telecommunications Ed by / I. P. Kaminov, T. Li, A. E. Willner. 5th- ed. — Academic Press. — 2008. — P. 455–483. 2. Istrate E., Sargent E. H. Photonic crustal heterostructures and interfaces // Rev. of modern physics. — 2006. — Vol. 78, No. 2. — P. 455–481. 3. Linden S., Kuhl J., Giessen H. Controlling the Interaction between Light and Gold Nano- particles: Selective Suppression of Extinction // Phys. Rev. Lett. — 2001. — Vol. 86, No. 20. — P. 4688–4691. 4. Gippius N. A., Tihodeev S. G., Krist A., Kul’ J., Gissen H. Plazmon-volnovodnye poly- aritony v metallodielektricheskih fotonno-kris- tallicheskih sloyah // FTT. — 2005. — Vol. 47, No. 1. — P. 139–143. 5. Tihodeev S. G., Gippius N. A. Plazmon- polyaritonnye effekty v nanostrukturirovannyh metall-dielektricheskih fotonnyh kristallah i metamaterialah // UFN. — 2009. — Vol. 179, No. 9. — P. 1003–1007. 6. Majer S. A. Plazmonika: teoriya i pri lo- zheniya. — M.-Izhevsk: NIC «Regu lyarnaya i ha oticheskaya dinamika», 2011. — 296 p. 7. Stefan A. Maier. Plasmonics: Fundamentals and Applications. — Springer, 2007. 8. Klimov V. V. Nanoplazmonika // UFN. — 2008. — Vol. 178, No. 8. — P. 875–880. 9. Ageev L. A., Miloslavsky V. K. Photoinduced effects in light-sensitive films // Optical Engineering. — 1995. — Vol. 34, No. 4. — P. 960–972. 10. Adams M. Vvedenie v teoriyu opticheskih volnovodov. Per. s angl. — M. Mir, 1984. — 512 p. 11. Adams M. J. An introduction to optical waveguides. John Wiley and Sons. Chichester- New York-Brisbane-Toronto, 1981. 12. Ageev L. A., Bloha V. B., Miloslavskij V. K. Fotoinducirovannye periodicheskie struk- tury v plenkah AgCl-Ag, obuslovlennye iz- luchatel’nymi TE-modami // Opt. i spektr. — 1985. — Vol. 59, No. 6. — P. 1274–1280. 13. Ageev L. A., Miloslavskij V. K., Tyu tyun- nik O. V., El’ashhab H. I. Opredelenie po- kazatelya prelomleniya dielektrikov s po- mosch’yu svetoinducirovannyh di frak cionnyh reshetok. // Zhurn. prikl. spektroskopii. — 2001. — Vol. 68, No. 2. — P. 270–274. 14. Lymar’ V. I., Miloslavskij V. K., Ageev L. A. Vremennaya evolyuciya spontannyh reshetok v tonkih svetochuvstvitel’nyh plenkah AgCl- Ag // Opt. i spektr. — 1997 — Vol. 83, No. 6. — P. 995–1000. 15. Ageev L. A., Miloslavskij V. K., Nureddin Assaad Spektral’nye svojstva foto induci- rovannyh periodicheskih struktur v sve- tochuvstvitel’nyh plenkah AgCl-Ag // Opt. i spektr. — 1988 — Vol. 65, No. 1. — P. 147– 154. 16. Fizika tonkih plenok (pod red. G. Hassa i R. E. Tuna). — M.: Mir, 1970, P. 42–50, 440. 17. Ageev L. A., Bloha V. B., Miloslavskij V. K. Svojstva periodicheskih struktur, foto indu- cirovannyh v tonkoplenochnoj sisteme AgCl- Ag // Ukr. fiz. zhurn. — 1985. — Vol. 30, No. 4. — P. 511–516.

Периодическая структура в фоточувствительной композитной пленке при возбуждении предельной ТЕ₀ моды подложки

Institution

Ähnliche Einträge