ИСТИНА

Проект направлен на прикладные исследования с целью разработки оптического устройства на основе фотонных кристаллов, являющегося сверхбыстрым узкополосным фильтром оптического излучения видимого и инфракрасного диапазона, с возможностью изменения его центральной частоты. Основой для данных устройств являются фотонные кристаллы. Принцип работы основан на возбуждении оптического таммовского состояния на границе раздела фотонный кристалл-металл, которое проявляется в появлении узкого максимума внутри фотонной запрещенной зоны в спектре коэффициента пропускания фотонного кристалла. Изменение параметров среды, в которой находится фотонный кристалл, существенно влияет на параметры возбуждения оптического таммовского состояния, что позволит добиться большой гибкости в перестройке спектрального положения максимума коэффициента пропускания.

The project is aimed to applied studies for developing an optical device based on photonic crystals, which is ultrafast narrow-band filter of visible and infrared optical radiation with a possibility of tuning central frequency. The base of this devices is photonic crystals on a substrate. Operating principle involves the excitement of an optical Tamm state at the interface of photonic crystal and metal, which shows as a narrow peak in transmission coefficient spectrum. Changing parameters of the media where photonic crystal is located one can significantly change parameters of the optical Tamm state. This can give a way of flexible tuning of the transmission peak spectral location.

Было проведено численное моделирование сверхбыстрых фильтров с использованием метода матриц распространения и метода конечных разностей во временной области. Были определены спектральные и временные характеристики сверхбыстрых фильтров. Определены наиболее оптимальные параметры структуры для изготовления образца-прототипа сверхбыстрого фильтра, в том числе: материалы, толщины, и показатели преломления слоев фильтра; толщина буферного слоя; толщина и материал слоя металла. Определены диапазоны перестройки области работы фильтра в зависимости от используемого набора параметров. Были изготовлены образцы-прототипы сверхбыстрых узкополосных фильтров на основе фотонных кристаллов, представляющие собой систему фотонный кристалл-полупрозрачная металлическая пленка. Образцы были изготовлены методом термического напыления и охарактеризованы методами эллипсометрии и сканирующей электронной микроскопии. Были определены толщины и показатели преломления слоев фотонных кристаллов образцов-прототипов и установлено, что в пределах погрешности они совпадают с результатами численного моделирования. Были измерены частотно-угловые спектры образцов прототипов и проведено их сравнение с результатами численного моделирования. Было показано, что изготовленные образцы-прототипы фотоннокристаллических структур поддерживают возбуждение таммовского плазмон-поляритона, что позволяет говорить о возможности дальнейших исследований сверхбыстрой динамики таммовских плазмонов в этих образцах. Методом измерения кросс-корреляционных функций лазерных импульсов, отражённых от образцов фотонный кристалл-металлическая плёнка, было определено время жизни таммовского плазмон-поляритона. Были исследованы поляризационные и угловые зависимости времени жизни. Показано, что время релаксации ТПП зависит от угла падения и поляризации излучения. Характерные значения времени жизни составляют 311 и 291 фс при угле падения 7 для s и p поляризации падающего излучения соответственно и 431 и 221 фс при угле падения 45 для s и p поляризации падающего излучения соответственно. Полученные данные позволяют говорить о перспективности применения таммовских плазмон-поляритонов для создания сверхбыстрых устройств фотоники, реализующих фемтосекундное полностью оптическое переключение сигнала. В качестве дальнейших шагов необходимо изучение влияния само- и наведенного воздействия на оптические свойства таммовского плазмон-поляритона.