Том 23, номер 08, статья № 6

Аннотация:

Рассмотрены теоретические аспекты экстремальной фокусировки оптического поля в пространственную область с субволновыми размерами при использовании для этих целей изолированных сферических частиц нано- и микрометровых размеров. Представлены результаты численных расчетов интенсивности оптического поля у поверхности наносфер ряда металлов, находящихся в средах с различным показателем преломления, при облучении частиц лазерным излучением в широком спектральном диапазоне. Показано, что с уменьшением радиуса частицы происходят увеличение относительной интенсивности оптического поля поверхностных плазмонов и сокращение зоны нанофокусировки поля. Проведено сравнение полученных данных с результатами расчетов для наночастиц золота и алюминия, находящихся в воде. Численные расчеты иллюстрируют влияние толщины оболочки композитных наночастиц (диэлектрическое ядро и металлическая оболочка) на интенсивность оптического поля плазмонных мод. Исследован вопрос о локальных оптических фокусах прозрачной микрочастицы ("фотонных наноструях"). Установлено, что варьирование размера микронной частицы, ее оптических свойств и параметров лазерного излучения позволяет эффективно управлять амплитудными и пространственными характеристиками области "фотонной наноструи".

Ключевые слова:

поверхностный плазмон, металлическая наночастица, субдифракционная фокусировка излучения, фотонная наноструя

Список литературы:

1. Sugiura T., Kawata S., Okada T. Fluorescence imaging with a laser trapping scanning near-field optical microscope // J. of Microscopy. 1999. V. 194. Pt. 2/3. P. 291-294.
2. Denk W., Pohl D.W. Near-field optics: Microscopy with nanometer-size fields // J. Vac. Sci. and Technol. B. 1991. V. 9. Iss. 2. P. 510-513.
3. Lyshevski S.E. Nano- and micro-electromechanical systems: fundamentals of nano- and microengineering. CRC Press, 2005. 722 p.
4. Katawa S. Near-Field Optics and Surface Plasmon Polaritons. Berlin; N.Y.: Springer, 2001. 210 p.
5. Симовский К.Р., Третьяков С.А., Viitanen A.J. Субволновое изображение в сверхлинзе плазмонных наносфер // Письма в ЖТФ. 2007. Т. 33. Вып. 6. C. 76-82.
6. Neeves A.E., Birnboin M.H. Composite structures for the enhancement of nonlinear-optical susceptibility // J. Opt. Soc. Amer. B. 1989. V. 6. Iss. 4. P. 787-796.
7. Ferrand P., Wenger J., Devilez A., Pianta M., Stout B., Bonod N., Popov E., Rigneault H. Direct imaging of photonic nanojets // Opt. Express. 2008. V. 16. N 10. P. 6930-6940.
8. Chen Z., Taflove A., Backman V. Photonic nanojet enhancement of backscattering of light by nanoparticles: A potential novel visible-light ultramicroscopy technique // Opt. Express. 2004. V. 12. N 7. P. 1214-1220.
9. Devilez A., Stout B., Bonod N., Popov E. Spectral analysis of three-dimensional photonic jets // Opt. Express. 2008. V. 16. N 18. P. 14200-14212.
10. Heifetz A., Simpson J.J., Kong S.-C., Taflove A., Backman V. Subdiffraction optical resolution of a gold nanosphere located within the nanojet of a Mie-resonant dielectric microsphere // Opt. Express. 2007. V. 15. N 25. P. 17334-17342.
11. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986. 662 с.
12. Ehrenreich H., Philipp H.R., Segall B. Anisotropy corrections to the valence band in the magnetic field // Phys. Rev. 1963. V. 132. N 5. P. 1918-1928.
13. Granqvist C.G., Hunderi O. Optical properties of ultrafine gold particles // Phys. Rev. B. 1977. V. 16. N 8. P. 3513-3538.
14. Kreibig U., Fragstein C.V. The limitation of electron mean free path in small silver particles // Z. Physik. A. 1969. V. 224. P. 307-323.
15. Хлебцов Н.Г., Богатырев В.А., Дыкман Л.А., Мельников А.Г. Спектральные свойства коллоидного золота // Оптика и спектроскопия. 1996. Т. 80. № 1. С. 128-137.
16. Pinchuk A., von Plessen G., Kreibig U. Influence of interband electronic transitions on the optical absorption in metallic nanoparticles // J. Appl. Phys. D. 2004. V. 37. N 22. P. 3133-3139.
17. Lynch D.W., Hunter W.R. Handbook of Optical Constants of Solids / Ed. by E.D. Palik. N.Y.: Academic, 1985. 286 р.
18. Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и математическими таблицами / Под ред. М. Абрамовица и И. Стиган. М.: Наука, 1979. 832 с.
19. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Зуев В.Е., Кабанов А.М., Погодаев В.А. Нелинейная оптика атмосферного аэрозоля. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. 260 с.
20. Averitt R.D., Westcott S.L., Halas N.J. Linear optical properties of gold nanospheres // J. Opt. Soc. Amer. B. 1999. V. 16. N 10. P. 1824-1832.
21. Lin A.W.H., Lewinski N.A., Lee M.-H., Drezek R.A. Reflectance spectroscopy of gold nanoshells: computational predictions and experimental measurements // J. of Nanoparticle Res. 2006. V. 8. N 5. P. 681-692.
22. Stout B., Andraud C., Stout S., Lafait J. Absorption in multiple scattering systems of coated spheres // J. Opt. Soc. Amer. A. 2003. V. 20. N 6. P. 1050-1059.