Введение к работе
Актуальность исследуемой проблемы. В последние годы поверхностные плазмоны привлекают большое внимание исследователей. Это связано с их применением в спектроскопии поверхности, оптической микроскопии, с созданием оптических датчиков различных физических величин [1-3]. Использование поверхностных плазмонов перспективно также для разработки электрически и оптически управляемых модуляторов света, в том числе жидкокристаллических [3-13]. В подавляющем большинстве работ рассматривался амплитудный режим модуляции света. В то же время в [1,14-18] показано, что при возбуждении поверхностных плазмонов методом нарушенного полного внутреннего отражения фаза отражённого р-поляризованного излучения весьма чувствительна к поверхностным свойствам отражающей структуры, особенно при углах падения, близких к углу оптимального возбуждения плазмонов.
Следовательно, настоящая проблема актуальна как с научной, так и практической точек зрения. С научной точки зрения представляет несомненный интерес исследование поведения фазы отражённого р-поляризованного излучения от слоистых структур, различных модификаций в условиях возбуждения поверхностных плазмонов. С практической точки зрения проведение исследований является необходимым при изучении возможности разработки различных устройств нового типа на поверхностных плазмонах: управляемых электрическими и оптическими сигналами пространственно-временных модуляторов света -как амплитудных, так и фазовых; сенсоров; бистабильных устройств и др.
Цель данной работы. Основной целью настоящей работы является теоретическое исследование поведения амплитуды и фазы отражённого р-поляризованного излучения от различных многослойных структур в условиях возбуждения поверхностных плазмонов.
Научная новизна результатов:
1.Впервые теоретически получены фазовые характеристики отраженного р-поляризованного излучения (Я = 0.6328мкм) в условиях возбуждения поверхностных плазмонов для ряда структур (стекло-металл-воздух, стекло-металл-диэлектрик, стекло-металл-диэлектрик-диэлектрик). При исследовании структуры в геометрии Кречмана обнаружено, что при добавлении дополнительного слоя диэлектрика в структуры с неоптимальным выбором параметров для возбуждения поверхностных плазмонов возможно получить структуру, оптимальную для возбуждения поверхностных плазмонов, R(6p)^min и соответствующей ей величины Ф(в,).
-
На основе точной математической модели разработаны методика и программа расчёта распределения угла наклона директора молекул в толще нематического жидкокристаллического слоя при приложенном к жидкокристаллическому слою напряжении.
-
Впервые рассчитаны зависимости амплитуды и фазы отражённого излучения (Я =0.6328мкм) от приложенного к жидкокристаллической структуре конфигурации Кречмана напряжения в условиях возбуждения поверхностных плазмонов.
-
Впервые теоретически исследовано явление оптической фазовой бистабильности в многослойных структурах с поверхностными плазмонами для р-поляризованного излучения (Я = 1.06мкм).
5.Впервые теоретически рассчитаны температурные зависимости амплитудного коэффициента отражения и фазы отражённого излучения (Я =0.6328мкм) в жидкокристаллических структурах в конфигурации Кречмана с поверхностными плазмонами.
6.Впервые теоретически рассчитаны угловые зависимости амплитудного коэффициента отражения и фазы р-поляризованного излучения (для различных длин волн: Я, =0.6328мкм; Я2 = 1.15 мкм) в слоистых структурах в геометрии Кречмана на основе двуокиси ванадия обеих фаз -полупроводниковой и металлической.
7. Теоретически исследовано влияние эффекта диффузионного растекания
носителей заряда в фотопроводнике, а также длины распространения поверхностных плазмонов на разрешающую способность оптически адресуемых пространственных модуляторов света на поверхностных плазмонах.
Обоснование и достоверность полученных в работе результатов. Достоверность полученных в работе результатов теоретических расчётов подтверждается их воспроизводимостью, соответствием результатам экспериментов других авторов.
Практическая значимость результатов. Полученные в работе результаты теоретических расчётов могут быть использованы при разработке и создании различных устройств на поверхностных плазмонах: модуляторов излучения, включая и оптически управляемых, датчиков
температуры, напряжения и различных химических веществ, биосенсоров и др.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1.При приложении напряжения к жидкокристаллической структуре на поверхностных плазмонах возникающие моды в структуре сильно искажают идеальную картину нарушения полного внутреннего отражения. Свойства мод можно использовать для эффективной амплитудной и фазовой модуляции р-поляризованного излучения.
2. В оптическом волноводе с нелинейным слоем возможно возникновение не только амплитудной, но и фазовой бистабильности при отражении р-поляризованного излучения от нелинейного волновода, причём фазовая бистабильность начинает проявлять себя при углах падения, меньших, чем углы падения, необходимые для наблюдения амплитудной бистабильности.
З.С увеличением длины волны падающего излучения изменения фазы отражённого р-поляризованного излучения при фазовом переходе 1-го
рода полупроводник-металл в V02 становятся более значимыми, чем изменения амплитуды.
4.Разрешающая способность оптически адресуемых жидкокристаллических пространственных модуляторов света на поверхностных плазмонах определяется не только диффузией (растеканием) носителей заряда, но и длиной распространения поверхностных плазмонов. Частотно-контрастная характеристика системы оптически адресуемых жидкокристаллических пространственных модуляторов света на поверхностных плазмонах может быть представлена в виде: T(v) = T(v, LD) T(v, Lsp), где T(v, LD) и T(v, LSP) являются частотно-контрастными характеристиками фотопроводника и системы считывания изображения, соответственно, в форме T(v, 1) = (1 + 4k2v2L2)-1.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:
1.международной научно-технической конференции "Проблемы и прикладные вопросы физики" (Саранск, апрель 1997);
2.международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс", Новосибирск, 21-25 апреля 1997.
З.регионапьной научно-практической конференции "Состояние и проблемы развития эколого-экономической системы Саратовской области" (Саратов, июнь 1997);
4.III Российской конференции по физике полупроводников "Полупроводники-97". (Доклад включён в программу конференции, декабрь 1997, Москва).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения и списка литературы (123 наименования), содержит 31 рисунок и изложена на 123 страницах машинописного текста.
