Библиографическое описание:Оптические микрорезонаторы с управляемой добротностью на основе связанных состояний в континууме : отчет о НИР / П. С. Панкин. - , 2022. - (Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами ; 22-22-00687). - Б. ц. - Текст : непосредственный.
Аннотация:С помощью метода трансфер-матрицы Берремана был выполнен численный расчет спектров пропускания и отражения двух типов микрорезонаторов при падении света под углом Брюстера. Первый микрорезонатор представляет собой два одинаковых фотонных кристалла, с анизотропным резонаторным слоем между ними. В анизотропном слое могут возбуждаться микрорезонаторные (дефектные) моды. Второй микрорезонатор включает дополнительно слой металла, покрывающий фотонный кристалл снаружи. При возбуждении на границе металл/фотонный кристалл таммовского плазмон-поляритона в структуре могут возбуждаться гибридные таммовские-микрорезонаторные моды. Выполнены расчёты спектров при повороте оптической оси анизотропного слоя относительно плоскости падения. Расчёты продемонстрировали возможность управления положением и шириной (добротностью) резонансных линий. Для определенных углов пространственной ориентации оптической оси, резонансные линии испытывают коллапс, свидетельствующий о реализации связанного состояния в континууме. Для исследуемых моделей была решена задача на собственные значения открытой системы и задача на связанные состояния в континууме. Аналитическое положение собственных частот резонансных мод согласуется с положением резонансных линий в спектрах рассеяния. Собственные частоты, отвечающие решениям задачи на связанные состояния в континууме, соответствуют положению коллапсов резонансных линий в спектрах рассеяния. Для системы, поддерживающей существование гибридных мод, была построена феноменологическая модель связанных осцилляторов (резонаторов) на основе временной теории связанных мод. Геометрические и материальные параметры структуры микрорезонаторов были оптимизированы для экспериментальной реализации. Оба типа микрорезонаторов были изготовлены на основе фотонных кристаллов из чередующихся слоёв нитрида и диоксида кремния, осажденных на стеклянную подложку, покрытую слоем проводящего прозрачного оксида ITO или AZO. Фотоннокристаллическое зеркало одного из резонаторов дополнительно было покрыто слоем золота для возбуждения в системе таммовского плазмон-поляритона. В качестве анизотропного материала в микрорезонаторах выступил слой нематического жидкого кристалла 5CB. Была собрана автоматизированная экспериментальная схема измерения спектров микрорезонаторов, и написана программа, управляющая через персональный компьютер всеми частями схемы: спектрометром, моторизованной платформой, генератором сигналов и мультиметром. Были измерены спектры пропускания и отражения образцов под углом Брюстера, при механическом повороте микрорезонатора, а также при приложении к нему внешнего напряжения. Измеренные спектры хорошо согласуются с рассчитанными, а положение измеренных резонансных линий и коллапсов хорошо согласуется с решением задачи на собственные значения и на связанные состояния в континууме соответственно. Нами было показано, что в микрорезонаторе с двумя одинаковыми фотонными кристаллами, величина добротности резко увеличивается при приближении к точке связанного состояния в континууме. Измеренное значение добротности меняется в диапазоне от 100 до 360, при изменении напряжения на величину 0.6В. В структуре, содержащей слой золота, наблюдалась раздвоенная резонансная линия в спектральной области существования таммовского плазмон-поляритона, что свидетельствует о возбуждении гибридных таммовских-микрорезонаторных мод. Впервые была продемонстрирована возможность эффективного электрического и механического управления не только положением, но и шириной резонансных линий. Таким образом, были экспериментально реализованы микрорезонаторы с управляемой добротностью на основе концепции связанных состояний в континууме.
Ключевые слова:связанное состояние в континууме, фотонный кристалл, микрорезонаторная мода, таммовский плазмон-поляритон, гибридные моды, дисперсионное уравнение, временная теория связанных мод, добротность, анизотропия, коэффициент связи, трансфер-матрица
