Методы измерения глубины проникновения поля терагерцевых поверхностных плазмон-поляритонов в воздух

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Предложены и апробированы два метода измерения глубины проникновения поля поверхностных плазмон-поляритонов (ППП) с использованием квазимонохроматического терагерцевого излучения новосибирского лазера на свободных электронах (λ = 141 мкм): зондовый метод с модуляцией излучения обтюратором или модуляцией дифрагирующей доли поля ППП колебаниями внедренного в него зонда и метод экранирования, регистрирующего интенсивность ППП, прошедших под металлическим экраном. В обоих методах для уменьшения доли паразитных засветок от объемных волн предлагается использовать излом поверхности образца или элементы преобразования (излучения в ППП и обратно) цилиндрической формы. Результаты экспериментов по оценке глубины проникновения поля ППП в воздух обоими методами согласуются между собой. Выявлены достоинства и недостатки этих методов, а также условия их применения при работе с образцами, содержащими и не содержащими диэлектрическое покрытие.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Д. Кукотенко

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: V.D.Kukotenko@inp.nsk.su
Россия, 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 11

В. В. Герасимов

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный университет

Email: V.D.Kukotenko@inp.nsk.su
Россия, 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 11; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 1

А. Г. Лемзяков

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук; Центр коллективного пользования “Сибирский кольцевой источник фотонов” Института катализа им. Г. К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук

Email: V.D.Kukotenko@inp.nsk.su
Россия, 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 11; 630559, Новосибирская обл., р. п. Кольцово, просп. Никольский, 1

А. К. Никитин

Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук

Email: V.D.Kukotenko@inp.nsk.su
Россия, 117342, Москва, ул. Бутлерова, 15

Список литературы

  1. Zhang H.C., Zhang L.P., He P.H., Xu J., Qian C., Garcia-Vidal F.J., Cui T.J. // Light Sci. Appl. 2020. V. 9. P. 113. https://doi.org/10.1038/s41377-020-00355-y
  2. Berger C.E.H., Kooyman R.P.H., Greve J. // Rev. Sci. Instrum. 1994. V. 65. P. 2829. https://doi.org/10.1063/1.1144623
  3. Maier S.A. Plasmonics: Fundamentals and Applications. New York: Springer, 2007.
  4. Mynbaev D.K., Sukharenko V. // Proc. ICCDCS-2014. IEEE. 2014. P. 1. https://doi.org/10.1109/ICCDCS.2014.7016180
  5. Pang X., Ozolins O., Jia S. et al. // J. Lightwave Technol. 2022. V. 40. P. 3149. https://doi.org/10.1109/JLT.2022.3153139
  6. Pechprasarn S., Somekh M.G. // J. Microsc. 2012. V. 246. P. 287. https://doi.org/10.1111/j.1365-2818.2012.03617.x
  7. Sengupta K., Nagatsuma T., Mittleman D.M. // Nat. Electron. 2018. V. 1. P. 622. https://doi.org/10.1038/s41928-018-0173-2
  8. Sorger V.J., Oulton R.F., Ma R.-M., Zhang X. // MRS Bulletin. 2012. V. 37. P. 728. https://doi.org/10.1557/mrs.2012.170
  9. Gerasimov V.V., Nikitin A.K., Lemzyakov A.G., Azarov I.A., Kotelnikov I.A. // Appl. Sci. 2023. V. 13. P. 7898. https://doi.org/10.3390/app13137898
  10. Zhang X., Xu Q., Xia L., Li Y., Gu J., Tian Z., Ouyang C., Han J., Zhang W. // Adv. Photon. 2020. V. 2. P. 1. https://doi.org/10.1117/1.AP.2.1.014001
  11. Ordal M.A., Long L.L., Bell R.J., Bell S.E., Bell R.R., Alexander R.W., Ward C.A. // Appl. Opt. 1983. V. 22. P. 1099. https://doi.org/10.1364/AO.22.001099
  12. Pandey S., Liu S., Gupta B., Nahata // Photon. Res. 2013. V. 1. P. 148. https://doi.org/10.1364/PRJ.1.000148
  13. Gerasimov V.V., Nikitin A.K., Lemzyakov A.G., Azarov I.A., Kotelnikov I.A. // Appl. Sci. 2023. V. 13. P. 7898. https://doi.org/10.3390/app13137898
  14. Gerasimov V.V., Knyazev B.A., Nikitin A.K., Zhizhin G.N. // Appl. Phys. Lett. 2011. V. 98. 171912. https://doi.org/10.1063/1.3584130
  15. Auston D.H., Cheung K.P. // J. Opt. Soc. Am. B. 1985. V. 2. P. 606. https://doi.org/10.1364/JOSAB.2.000606
  16. Zhou D., Parrott E.P.J., Paul D.J., Zeitler J.A. // J. Appl. Phys. 2008. 104. 053110. https://doi.org/10.1063/1.2970161
  17. Han P.Y., Tani M., Usami M., Kono S., Kersting R., Zhang X.-C. // J. Appl. Phys. 2001. V. 89. P. 2357. https://doi.org/10.1063/1.1343522
  18. Isaac T.H., Barnes W.L., Hendry E. // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 93. 241115. https://doi.org/10.1063/1.3049350
  19. Nazarov M.M., Shkurinov A.P., Garet F., Coutaz J.-L. // IEEE Trans. THz Sci. Technol. 2015. V. 5. P. 680. https://doi.org/10.1109/TTHZ.2015.2443562
  20. Nikitin A.K., Khitrov O.V., Gerasimov V.V., Khasanov I.S., Ryzhova T.A. // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1421. 012013. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1421/1/012013
  21. Gerasimov V.V., Vanda V., Lemzyakov A., Ivanov A., Azarov I., Nikitin A. // SPIE: Beijing, China, November 26. 2023. P. 11. https://doi.org/10.1117/12.2687247
  22. Gerasimov V.V., Nikitin A.K., Lemzyakov A.G. // Instrum. Exp. Tech. 2023. V. 66. P. 423. https://doi.org/10.1134/S0020441223030053
  23. Mathar R.J. // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2007. V. 9. P. 470. https://doi.org/10.1088/1464-4258/9/5/008
  24. Gerasimov V.V., Knyazev B.A., Lemzyakov A.G., Nikitin A.K., Zhizhin G.N. // J. Opt. Soc. Am. B 2016. V. 33. P. 2196. https://doi.org/10.1364/JOSAB.33.002196
  25. Jeon T.-I., Grischkowsky D. // App. Phys. Lett. 2006. V. 88. 061113. https://doi.org/10.1063/1.2171488
  26. Gong M., Jeon T.-I., Grischkowsky D. // Opt. Express. 2009. V. 17. P. 17088. https://doi.org/10.1364/OE.17.017088
  27. Герасимов В.В., Жижин Г.Н., Князев Б.А., Котельников И.А., Митина Н.А. // Изв. РАН. Сер. физ. 2013. T. 77. C. 1333. https://doi.org/10.7868/S0367676513090147
  28. Shevchenko O.A., Vinokurov N.A., Arbuzov V.S., Chernov K.N., Davidyuk I.V., Deichuly O.I., Dementyev E.N., Dovzhenko B.A., Getmanov Ya.V., Gorbachev Ya.I., Knyazev B.A., Kolobanov E.I., Kondakov A.A., Kozak V.R., Kozyrev E.V. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2019. V. 83. P. 228.
  29. Koteles E.S., McNeill W.H. // Int. J. Infrared Milli Waves. 1981. V. 2. P. 361. https://doi.org/10.1007/BF01007040
  30. Knyazev B.A., Gerasimov V.V., Nikitin A.K., Azarov I.A., Choporova Yu.Yu. // J. Opt. Soc. Am. B. 2019. V. 36. P. 1684. https://doi.org/10.1364/JOSAB.36.001684
  31. https://www.tydexoptics.com/ru/
  32. Gerasimov V.V., Nikitin A.K., Lemzyakov A.G., Azarov I.A. // Photonics. 2023. V. 10. P. 917. https://doi.org/10.3390/photonics10080917
  33. Knyazev B.A., Cherkassky V.S., Choporova Y.Yu., Gerasimov V.V., Vlasenko M.G., Dem’yanenko M.A., Esaev D.G. // J. Infrared Milli. Terahz. Waves. 2011. V. 32. P. 1207. https://doi.org/10.1007/s10762-011-9773-x
  34. Palik E.D. Handbook of Optical Constants of Solids V. 1. Cambridge: Academic Press, 2016.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема экспериментальной установки для измерения поля ППП зондовым методом при применении одного из двух типов модуляции детектируемого излучения: колебаниями зонда 7 или механическим обтюратором 2.

Скачать (133KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Принципиальная схема измерения поля ППП методом экранирования.

Скачать (123KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схема экспериментальной установки для измерения поля ППП методом экранирования.

Скачать (82KB)
Метаданные
5. Рис. 4. а – Схемы структур образцов: x – расстояние от входного торца образца, z – расстояние от зонда до поверхности образца, – глубина проникновения поля ППП в воздух, d – толщина покровного слоя ZnS, E и H – напряженности электрического и магнитного полей ППП соответственно; б и в – геометрия профилей образцов, используемых в зондовом методе и методе экранирования соответственно.

Скачать (84KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость полезного сигнала S, пропорционального интенсивности рассеянных зондом ППП, от приложенного к зонду напряжения U.

Скачать (67KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость величины регистрируемого сигнала S от расстояния z между зондом и образцом. Использовалась модуляция гармоническими колебаниями зонда с частотой 30 Гц и амплитудой а = 50 мкм. Уровень шума составлял 0.01 мВ.

Скачать (75KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость регистрируемого сигнала S от расстояния между зондом и образцом z при модуляции пучка излучения НЛСЭ обтюратором с частотой 30 Гц. Уровень шума составлял 0.3 мВ.

Скачать (75KB)
Метаданные
9. Рис. 8. а – Зависимость сигнала S, порожденного прошедшими под экраном ППП, от расстояния z между экраном и образцом; б – производная dS/dz от экспериментальной зависимости S(z) на рис. а (точки), экспоненциальная аппроксимация (сплошная линия). Использовалась модуляция излучения НЛСЭ обтюратором с частотой 30 Гц.

Скачать (129KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025