Резонансные состояния в нанооптике

Аннотация

Цель курса — дать практические знания в области резонансных оптических явлений в различных наноструктурированных средах.

Фотонные резонансные состояния, обнаруженные в 1902 г. Робертом Вудом как аномалии в спектрах отражения металлических дифракционных решеток и объясненные Уго Фано в 1941 г. возбуждением резонансным возбуждением поверхностных плазмон-поляритонов, в последние десятилетия попали в центр внимания фотоники. Оказалось, что фотонные резонансы определяют в значительной мере оптический отклик, как линейный, так и нелинейный, различных фотонных структур: фотонно-кристаллических слоев и метаповерхностей, как чисто диэлектрических, так и плазмонных (то есть, с участием металлических наноструктур), отдельных наночастиц и их кластеров. Понимание и умение управлять свойствами фотонных резонансов позволило не только продемонстрировать множество интересных фундаментальных эффектов, но и создать новые совершенно фантастические по эффективности практические устройства для управления светимостью, направленностью и состоянием поляризации источников света, в том числе лазеров, оптических наноантенн и решеток наноантенн, спектроскопии и нано-сенсорики, в том числе биосенсорики, нелинейных преобразователей света, и многое другое.

Данный теоретический курс посвящен свойствам резонансных фотонных состояний в нанооптике и современным методам их теоретического описания. Будут проанализированы способы нахождения полюсов матрицы рассеяния и соответствующих им резонансных собственных решений уравнений Максвелла, описано взаимодействие различных резонансов в составных фотонных системах.

Значительное внимание в курсе будет посвящено свойствам фотонных резонансов в различных фотонных системах: диэлектрических фотонно-кристаллических слоях и метаматериалах, наноплазмонных системах. В центре внимания здесь будут такие резонансные возбуждения как квазиволноводные моды, волноводные плазмон-поляритоны, экситонные поляритоны.

Определяющую роль в понимании свойств резонансных фотонных состояний играет симметрия материнской фотонной структуры. В частности, пространственная симметрия фотонно-кристаллического слоя определяет структуру и степень вырождения резонансных мод. Особый интерес в последнее время привлекают так называемые связанные состояния в континууме — резонансы, излучение которыми фотонов континуума, например, запрещено по симметрии. Такие состояния представляют особый интерес для фотоники, позволяя повысить добротность резонансов, увеличить локальное электромагнитное поле внутри фотонной структуры, и, как это ни парадоксально, усилить фотолюминесцентные свойства, например, фотонных структур, совместимых с современной кремниевой технологией.

Программа курса

Литература