DE102013203761A1 - Magneto-optics with structured non-magnetic metals - Google Patents
Magneto-optics with structured non-magnetic metals Download PDFInfo
- Publication number
- DE102013203761A1 DE102013203761A1 DE201310203761 DE102013203761A DE102013203761A1 DE 102013203761 A1 DE102013203761 A1 DE 102013203761A1 DE 201310203761 DE201310203761 DE 201310203761 DE 102013203761 A DE102013203761 A DE 102013203761A DE 102013203761 A1 DE102013203761 A1 DE 102013203761A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- structured
- layer
- magnetic field
- layer system
- magnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/0136—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour for the control of polarisation, e.g. state of polarisation [SOP] control, polarisation scrambling, TE-TM mode conversion or separation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2202/00—Materials and properties
- G02F2202/36—Micro- or nanomaterials
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/10—Function characteristic plasmon
Abstract
Die Erfindung beschreibt die Auslegung einer Anordnung eines regelmäßig strukturierten unmagnetischen Einzel- oder Mehrschichtsystems mit mehreren Basiselementen in der Einheitszellen, bei dem für eine vorgegebene Wellenlänge der einfallenden elektromagnetischen Welle eine bestimmte Polarisation der reflektierten oder transmittierten Welle in Abhängigkeit von einem von außen angelegten Magnetfeld erreicht wird.The invention describes the design of an arrangement of a regularly structured non-magnetic single or multi-layer system with several basic elements in the unit cells, in which a certain polarization of the reflected or transmitted wave is achieved for a given wavelength of the incident electromagnetic wave depending on an externally applied magnetic field .
Description
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines strukturierten, unmagnetischen Einzel-und Mehrschichtsystems, speziell für die magnetooptische Kopplung von elektromagnetischen Wellen an das strukturierte, unmagnetische Einzel- und Mehrschichtsystem, sowie dessen Herstellung und Verwendung. The invention relates to an arrangement of a structured, non-magnetic single and multi-layer system, especially for the magneto-optical coupling of electromagnetic waves to the structured, non-magnetic single and multi-layer system, as well as its production and use.
Stand der TechnikState of the art
Strukturierte, unmagnetische Metalle, beispielsweise Drahtgitter-Polarisatoren (engl. wire grid polarizer, WGP), das sind Metalldrähte mit einer Sub-Wellenlängen-Periodizität, sind für ihre extreme Polarisationsempfindlichkeit bekannt. Structured non-magnetic metals, such as wire grid polarizers (WGP), which are metal wires with sub-wavelength periodicity, are known for their extreme polarization sensitivity.
Die WGPs zeigen eine hohe Reflektivität, wenn die einfallende elektromagnetische Welle so polarisiert ist, dass die Komponente des elektrischen Feldes parallel zu den Drähten des WPG zeigt, und eine hohe Transmission, wenn die einfallende elektromagnetische Welle so polarisiert ist, dass die Komponente des elektrischen Feldes senkrecht zu den Drähten des WPG zeigt. The WGPs exhibit high reflectivity when the incident electromagnetic wave is polarized such that the component of the electric field is parallel to the WPG wires, and high transmission when the incident electromagnetic wave is polarized such that the component of the electric field perpendicular to the wires of the WPG shows.
Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften und ihrer Kompaktheit sind WGPs derzeit von besonderem Anwendungsinteresse in Projektions- und Display-Geräten.Due to their special properties and compactness, WGPs are currently of particular application interest in projection and display devices.
Ladungsdichtewellen (Oberflächenplasmonen) werden an der Grenzfläche zwischen Metallschichten und dem umgebenden Medium, beispielsweise Luft oder ein anderes nichtmetallisches Material mit positivem Vorzeichen des Realteils der Dielektrizitätsfunktion beobachtet.Charge density waves (surface plasmons) are observed at the interface between metal layers and the surrounding medium, for example, air or other non-metallic material having a positive sign of the real part of the dielectric function.
Phänomenologisch wurden bisher keine magnetooptischen Effekte in (strukturierten) unmagnetischen Einzel- oder Mehrschichtsystemen festgestellt. Phenomenologically, no magneto-optical effects have been found in (structured) non-magnetic single or multi-layer systems.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Technische AufgabeTechnical task
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung eines strukturierten, unmagnetischen Einzel- oder Mehrschichtsystems anzugeben, bei dem für eine vorgegebene Wellenlänge der einfallenden elektromagnetischen Welle und einer bestimmten Stärke des Magnetfeldes am Ort jeder Einzelschicht des strukturierten, unmagnetischen Einzel- und Mehrschichtsystems eine bestimmte Polarisation der reflektierten oder transmittierten elektromagnetischen Welle erreicht wird. Die Erfindung beschreibt die Auslegung und die Herstellung des strukturierten, unmagnetischen Systems, um die „Ziel“-Polarisation der reflektierten oder transmittierten elektromagnetischen Welle zu erreichen. The object of the invention is to provide an arrangement of a structured, non-magnetic single or multi-layer system, in which for a given wavelength of the incident electromagnetic wave and a certain strength of the magnetic field at the location of each single layer of the structured, non-magnetic single and multi-layer system, a certain polarization reflected or transmitted electromagnetic wave is achieved. The invention describes the design and manufacture of the structured, non-magnetic system to achieve the "target" polarization of the reflected or transmitted electromagnetic wave.
Weiterhin werden mögliche Einsatzgebiete für dieses strukturierte, unmagnetische Einzel- oder Mehrschichtsystem angegeben.Furthermore, possible applications for this structured, non-magnetic single or multi-layer system are given.
Unter elektromagnetischen Wellen sind nicht nur Weißlicht, monochromatisches sichtbares, ultraviolettes oder Infrarot-Licht zu verstehen, sondern die Gesamtheit aller elektromagnetischen Wellen verschiedener Energien bzw. Frequenzen oder Wellenlängen. Under electromagnetic waves are not only white light, monochromatic visible, ultraviolet or infrared light to understand, but the totality of all electromagnetic waves of different energies or frequencies or wavelengths.
Nanostrukturierte Metallfilme zeigen bei Resonanzwellenlängen lokalisierte Oberflächenplasmonen mit stark überhöhter Nahfeld-Amplitude, wenn die lokalisierten Oberflächenplasmonen optisch angeregt werden. Nanostructured metal films exhibit localized surface plasmons at resonant wavelengths with greatly exaggerated near field amplitude as the localized surface plasmons are optically excited.
Die Resonanzwellenlängen der lokalisierten Oberflächenplasmonen von nanostrukturiertem Gold, Kupfer, Silber und Platin liegen im sichtbaren Spektralbereich. Optisch anregbare lokalisierte Oberflächenplasmonen von nanostrukturiertem Aluminium liegen im UV-Spektralbereich.The resonant wavelengths of the localized surface plasmons of nanostructured gold, copper, silver and platinum are in the visible spectral range. Optically excitable localized surface plasmons of nanostructured aluminum are in the UV spectral range.
Im Weiteren wird jede magnetfeldabhängige Änderung der Polarisationseigenschaften von transmittierten oder reflektierten elektromagnetischen Wellen als magnetooptischer Effekt in strukturierten unmagnetischen Einzel- oder Mehrschichtsystemen bezeichnet, wobei die magnetooptischen Effekte von der Größe und Richtung des Magnetfeldes am Ort der Einzelschichten des strukturierten unmagnetischen Einzel- oder Mehrschichtsystems abhängt.In the following, any magnetic field-dependent change in the polarization properties of transmitted or reflected electromagnetic waves is referred to as a magneto-optical effect in structured non-magnetic single or multi-layer systems, the magneto-optical effects depending on the size and direction of the magnetic field at the location of the individual layers of the structured non-magnetic single or multi-layer system.
Im Vakuum beträgt das Verhältnis der elektrischen und magnetischen Wechselfeld-Komponente von elektromagnetischen Wellen c0, wobei c0 der Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen im Vakuum entspricht, c0 = 3 × 108 ms–1. Im sichtbaren Spektralbereich beträgt die Amplitude der elektrischen Wechselfeld-Komponente 2,7 × 10–3 Vm–1 und der magnetischen Wechselfeld-Komponente 9 × 10–12 T. In vacuum, the ratio of the alternating electric and magnetic field components of electromagnetic waves c 0 , where c 0 corresponds to the propagation velocity of electromagnetic waves in vacuum, c 0 = 3 × 10 8 ms -1 . In the visible spectral range, the amplitude of the alternating electric field component is 2.7 × 10 -3 Vm -1 and the alternating magnetic field component 9 × 10 -12 T.
Ausführliche ZeichnungsbeschreibungDetailed drawing description
Die erfindungsgemäße Anordnung wird mit Zeichnungen beschrieben. The arrangement according to the invention will be described with drawings.
Für einzelne Verwendungen, beispielsweise für die Nutzung zur Bestimmung von magnetischen Gradientenfeldern, kann es sinnvoll sein, dass nur monochromatisches Licht, das in einem Monochromator
Die beiden Teile der
Analog zu
Die beiden Teile der
Grundzüge des Lösungsweges Main features of the solution
Die Elektronenbeweglichkeit in strukturierten unmagnetischen Metallschichten ist anisotrop und hängt außerdem von einem statisch festen oder dynamisch veränderlichen Magnetfeld am Ort der strukturierten unmagnetischen Metallschichten ab. Electron mobility in structured non-magnetic metal layers is anisotropic and also depends on a static or dynamically changing magnetic field at the location of the patterned nonmagnetic metal layers.
Die wichtigste treibende Kraft für Elektronen in strukturierten Metallschichten mit auftreffenden elektromagnetischen Wellen ist die Drift entlang der Richtung der elektrischen Wechselfeld-Komponente. The main driving force for electrons in structured metal layers with impinging electromagnetic waves is the drift along the direction of the alternating electric field component.
Auf der anderen Seite wirkt auf Elektronen in strukturierten Metallschichten in einem großen statisch festen oder dynamisch veränderlichen magnetischen Feld, beispielsweise von 4 × 10–4 T eine starke Lorentzkraft in der Ebene senkrecht zur Richtung des statisch festen oder dynamisch veränderlichen magnetischen Feldes und die Elektronen folgen schraubenförmigen Pfaden entlang den Magnetfeldlinien. On the other hand, electrons in patterned metal layers in a large statically fixed or dynamically changing magnetic field, for example of 4 × 10 -4 T, have a strong Lorentz force in the plane perpendicular to the direction of the statically fixed or dynamically changing magnetic field and the electrons follow helical paths along the magnetic field lines.
Es ist eine Joule'sche Erwärmung der strukturierten Metallschichten zu erwarten, wenn ein statisch festes oder dynamisch veränderliches magnetisches Feld an der Position der nanostrukturierten Metallfilme anliegt.Joule heating of the patterned metal layers is expected when a static or dynamically changing magnetic field is applied to the position of the nanostructured metal films.
Die Änderung der Polarisationseigenschaften der transmittierten oder reflektierten elektromagnetischen Wellen hängt sowohl von der Elektronenbeweglichkeit als auch von Plasmonen-Effekten in den strukturierten, unmagnetischen Einzel- oder Mehrschichtsystemen ab.The change in the polarization properties of the transmitted or reflected electromagnetic waves depends on both the electron mobility and plasmon effects in the structured, non-magnetic single or multi-layer systems.
Die Ursache für diese magnetooptischen Effekte ist eine magnetfeldabhängige Plasmonen-Dispersion von Metallgittern sowie eine Verbreiterung der Resonanzfrequenzen, bei denen der in-plane Wellenzahlvektor der einfallenden elektromagnetischen Welle an den in-plane Wellenzahlvektor des Metallgitters koppeln kann. The cause of these magneto-optical effects is a magnetic-field-dependent plasmonic dispersion of metal lattices and a broadening of the resonance frequencies at which the in-plane Wavelength vector of the incident electromagnetic wave can couple to the in-plane wave number vector of the metal lattice.
Die Plasmonendispersion in strukturierten, unmagnetischen Metallschichten hängt von den Eigenschaften des Dielektrizitätstensors der strukturierten, unmagnetischen Metallschichten und von den Eigenschaften des Dielektrizitätstensors des umgebenden Mediums ab. Plasmonic dispersion in structured, nonmagnetic metal layers depends on the properties of the dielectric tensor of the patterned, non-magnetic metal layers and on the properties of the dielectric tensor of the surrounding medium.
Das Magnetfeld am Ort der strukturierten, unmagnetischen Einzelschichten des Einzel- oder Mehrschichtsystems kann beispielsweise ein externes Magnetfeld und/oder können Magnetgradientenfelder aus einem umgebenden magnetischen und/oder stromführenden Medium sein.The magnetic field at the location of the structured, non-magnetic individual layers of the single or multi-layer system can be, for example, an external magnetic field and / or magnetic gradient fields from a surrounding magnetic and / or current-carrying medium.
So beträgt der magnetooptische Effekt 1° in nanostrukturierten Aluminiumgittern mit zwei Elementen in der Einheitszelle und einer Gitterperiodizität von 200 nm in einem dc Magnetfeld von 0,4 T.Thus, the magneto-optic effect is 1 ° in nanostructured aluminum lattices with two elements in the unit cell and a lattice periodicity of 200 nm in a dc magnetic field of 0.4 T.
Als umgebendes Medium für nanostrukturierte Aluminiumschichten können beispielsweise Luft, Al2O3 und/oder AlN verwendet werden. For example, air, Al 2 O 3 and / or AlN can be used as the surrounding medium for nanostructured aluminum layers.
Aluminium ist der häufigste Metall in der Erdkruste, es macht 8 Gew.% der festen Erdoberfläche aus und ist das am weitesten verbreitete Nichteisenmetall in verschiedenen Bereichen des Transports und in Strukturmaterialien. Es wurde bereits gezeigt, dass Aluminium bis zu einer Temperatur von 1,2 K supraleitend ist.Aluminum is the most abundant metal in the Earth's crust, accounting for 8% by weight of the Earth's solid surface, and is the most widely used non-ferrous metal in various areas of transportation and structural materials. It has already been shown that aluminum is superconducting up to a temperature of 1.2 K.
Die physikalische Ursache für eine grundsätzlich schwache optische Anregung lokalisierter Oberflächenplasmonen ist die Fehlanpassung des in-plane-Wellenvektors einfallender elektromagnetischer Wellen und des in-plane-Wellenvektors der nanostrukturierter Metallschichten, wobei der in-plane Wellenvektor der einfallenden elektromagnetischen Welle von dem Einfallswinkel der elektromagnetischen Welle abhängt. Davon ausgenommen sind starke optische Anregungen lokalisierter Oberflächenplasmonen für bestimmte Resonanzenergien der elektromagnetischen Welle.The physical cause for a fundamentally weak optical excitation of localized surface plasmons is the mismatch of the in-plane wave vector of incident electromagnetic waves and the in-plane wave vector of the nanostructured metal layers, where the in-plane wave vector of the incident electromagnetic wave is from the angle of incidence of the electromagnetic wave depends. Excluded are strong optical excitations of localized surface plasmons for certain resonance energies of the electromagnetic wave.
Die Verwendung mehrerer Basiselemente in der Einheitszelle nanostrukturierter unmagnetischer Metallschichten kann die optische Anregbarkeit lokalisierter Oberflächenplasmonen in diesen nanostrukturierten unmagnetischen Metallschichten verbessern. The use of multiple base elements in the unit cell of nanostructured non-magnetic metal layers can improve the optical excitability of localized surface plasmons in these nanostructured non-magnetic metal layers.
Die Magnetfeldabhängigkeit von Plasmonen in nanostrukturierten unmagnetischen Metallschichten hängt von der plötzlichen Änderung der Permittivität der lokalisierten Oberflächenplasmonen über die Grenzfläche zwischen den nanostrukturierten Metallschichten und dem umgebenden Medium ab. The magnetic field dependence of plasmon in nanostructured non-magnetic metal layers depends on the sudden change in the permittivity of the localized surface plasmons across the interface between the nanostructured metal layers and the surrounding medium.
Lokalisierte Oberflächenplasmonen ergeben sich aus den elektromagnetischen Randbedingungen an der Oberfläche der nanostrukturierten unmagnetischen Metallschichten und den wirksamen Rückstellkräften auf die Elektronen, die durch die elektrische Wechselfeld-Komponente der einfallenden elektromagnetische Welle angetrieben werden. Localized surface plasmons result from the electromagnetic boundary conditions at the surface of the nanostructured nonmagnetic metal layers and the effective restoring forces on the electrons driven by the alternating electric field component of the incident electromagnetic wave.
Zusätzliche lokale Magnetfelder, z. B. ein externes Magnetfeld, Magnetgradientenfelder aus dem umgebenden magnetisierbaren und/oder stromführenden Medium üben auch Antriebskräfte auf die Elektronen in den nanostrukturierten unmagnetischen Metallschichten aus und ändern damit die Resonanzenergie der optisch anregbaren lokalisierten Oberflächenplasmonen, welche sich in Form von elektromagnetischen Wellen ausbreiten. Additional local magnetic fields, eg. B. an external magnetic field, magnetic gradient fields from the surrounding magnetizable and / or current-carrying medium also exert driving forces on the electrons in the nanostructured non-magnetic metal layers and thus change the resonance energy of the optically excitable localized Oberflächenplasmonen, which propagate in the form of electromagnetic waves.
Für den Nachweis der magnetooptischen Effekte in nanostrukturierten unmagnetischen Einzel- oder Mehrschichtsystemen kann Mueller-Matrix Polarimetrie, eine Erweiterung der Standard-Spektralellipsometrie, verwendet werden. Mueller-Matrix Polarimetry, an extension of standard spectral ellipsometry, can be used to demonstrate the magneto-optic effects in nanostructured non-magnetic single-layer or multi-layer systems.
Mueller-Matrix-Polarimetrie ermöglicht, zwischen Polarisation und Depolarisation zu unterscheiden und jeden Polarisationszustand der transmittierten oder reflektierten elektromagnetischen Wellen zu detektieren. Mueller matrix polarimetry makes it possible to distinguish between polarization and depolarization and to detect any polarization state of the transmitted or reflected electromagnetic waves.
Die magnetooptischen Effekte stellen eine neue Verbindung zwischen der optischen Anregung lokalisierter Oberflächenplasmonen in nanostrukturierten unmagnetischen Metallschichten mit steuerbaren Magnetfeldern an der Position der nanostrukturierten Metallschichten dar. The magneto-optic effects provide a new link between the optical excitation of localized surface plasmons in nanostructured non-magnetic metal layers with controllable magnetic fields at the nanostructured metal layers.
Über die Strukturierung mit mehr als einem Basiselement in der Einheitszelle wird die optische Anregbarkeit lokalisierter Oberflächenplasmonen in nanostrukturierte unmagnetischen Metallschichten verbessert. Die physikalische Ursache dafür ist die Fehlanpassung des in-plane Wellenzahlvektors der sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle der in-plane Wellenzahlvektor der Gittervektoren nanostrukturierter Metallfilme außer an bestimmten Resonanzenergien für verschiedene Einfallswinkel der elektromagnetischen Welle.The structuring with more than one base element in the unit cell improves the optical excitability of localized surface plasmons in nanostructured nonmagnetic metal layers. The physical cause for this is the mismatch of the in-plane wavenumber vector of the propagating electromagnetic wave, the in-plane wavenumber vector of the lattice vectors of nanostructured metal films except at certain resonance energies for different angles of incidence of the electromagnetic wave.
Ein Magnetfeld an der Position der strukturierten unmagnetischen Metallschichten kontrolliert die Plasmonendispersion in den strukturierten unmagnetischen Metallschichten. A magnetic field at the position of the structured nonmagnetic metal layers controls the plasmon dispersion in the structured non-magnetic metal layers.
Die Aufgabe wird gelöst durch Verwendung eines strukturierten unmagnetischen Einzel- oder Mehrschichtsystems
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst mindestens eine strukturierte unmagnetische Einzelschicht Pi mit einer Dicke di, die optional auf einem magnetisierbaren oder nicht magnetisierbaren Trägermaterial T aufgebracht sein kann, zur definierten magnetfeldabhängigen Kopplung der einfallenden elektromagnetischen Welle an das strukturierte Einzel- oder Mehrschichtsystem
Die Prozessierung der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt auf der Mikro- oder Nanometerskale.The processing of the arrangement according to the invention takes place on the micro or nanometer scale.
Die strukturierte Einzelschicht Pi weist lokalisierte Oberflächenpolaritonen SPi im Spektralbereich der einfallenden elektromagnetischen Wellen auf und die Eigenschaften der lokalisierten Oberflächenpolaritonen SPi hängen von dem Magnetfeld Hi am Ort der strukturierten Einzelschicht Pi ab. Das Magnetfeld Hi kann zeitlich konstant oder veränderlich sein.The structured single layer P i has localized surface polarites SP i in the spectral range of the incident electromagnetic waves and the properties of the localized surface polarites SP i depend on the magnetic field H i at the location of the structured single layer P i . The magnetic field H i can be constant over time or variable.
Der Dielektrizitätstensor εSP i bestimmt die Eigenschaften der lokalisierten Oberflächenplasmonen der strukturierten (unmagnetischen) Einzelschicht Pi und hängt von dem Magnetfeld Hi am Ort der strukturierten Einzelschicht Pi ab.The dielectric tensor ε SP i determines the properties of the localized surface plasmons of the structured (non-magnetic) single layer P i and depends on the magnetic field H i at the location of the structured single layer P i .
Der Spektralbereich der lokalisierten Oberflächenpolaritonen SPi ist durch die Strukturierung und durch die Eigenschaften der Oberflächenplasmonen der strukturierten Einzelschicht Pi bestimmt.The spectral range of the localized surface polarites SP i is determined by the structuring and by the properties of the surface plasmons of the structured single layer P i .
Das strukturierte Mehrschichtsystem
Die erfindungsgemäße Anordnung kann zur zerstörungsfreien Messung des Magnetfeldes Hi in allen strukturierten Einzelschichten P, Pi des strukturierten Einzel- oder Mehrschichtsystems
Weiterhin kann mit dem strukturierten Einzel- oder Mehrschichtsystem
Eine weitere Verwendung ist die zeitlich konstante oder veränderliche Modulierung der Polarisationseigenschaften der einfallenden elektromagnetischen Welle, indem am Ort der strukturierten Einzelschichten Pi das Magnetfeld Hi kontrolliert zeitlich veränderlich eingestellt wird.Another use is the temporally constant or variable modulation of the polarization properties of the incident electromagnetic wave by the magnetic field H i is controlled to be temporally variable at the location of the structured individual layers P i .
Das strukturierte Einzel- oder Mehrschichtsystem kann damit als magnetooptischer Sensor, Speicher oder Modulator verwendet werden. The structured single or multi-layer system can thus be used as a magneto-optical sensor, memory or modulator.
Vorteilhafte WirkungenAdvantageous effects
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung können magnetooptischen Effekte in strukturierten unmagnetischen Einzel- oder Mehrschichtsystemen kontrolliert werden. Ein hauptsächlicher Vorteil ist, dass bei den Einsatzmöglichkeiten der mit diesem Verfahren hergestellten Anordnung die Anforderungen an die spezifischen magnetooptischen Effekte des Einzel- bzw. Mehrschichtsystem bezüglich Einfallswinkel des Lichtes, Polarisationszustand des Lichtes, Frequenz des Lichtes, Magnetfeld am Ort des unmagnetischen Einzel- oder Mehrschichtsystems berücksichtigt werden. With the arrangement according to the invention, magneto-optical effects can be controlled in structured non-magnetic single or multi-layer systems. A major advantage is that in the applications of the arrangement produced by this method, the requirements for the specific magneto-optical effects of the single or multilayer system with respect to angle of incidence of the light, polarization state of the light, frequency of light, magnetic field at the location of the non-magnetic single or multi-layer system be taken into account.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine einfache Einstellung der gewünschten Ziel-Polarisation. The inventive method allows easy adjustment of the desired target polarization.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann zur Messung des Magnetfeldes am Ort der strukturierten unmagnetischen Einzelschicht sowie zur Bestimmung der Magnetisierung einzelner strukturierter unmagnetischer Einzelschichten verwendet werden. The arrangement according to the invention can be used to measure the magnetic field at the location of the structured non-magnetic single layer and to determine the magnetization of individual structured non-magnetic individual layers.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit des Verfahrens ist die zielgerichtete magnetooptische Modulation einzelner Wellenlängen sowie die magnetooptische Modulation mehrerer Wellenlängen des einfallenden Lichts durch Reihen- bzw. Parallelschaltung mehrerer dieser Anordnungen für einzelne Wellenlängenbereiche. Another possible use of the method is the targeted magneto-optical modulation of individual wavelengths and the magneto-optical modulation of several wavelengths of the incident light by series or parallel connection of several of these arrangements for individual wavelength ranges.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die optimale Auslegung von strukturierten Einzel- oder Mehrschichtsystemen.The inventive method enables the optimal design of structured single or multi-layer systems.
Ausführungsbeispiele embodiments
Neue Sicherheitsmerkmale für Banknoten New security features for banknotes
Ein nanostrukturiertes Aluminiumgitter stellt ein neues Sicherheitsmerkmal für Banknoten dar. Durch das Aufbringen des nanostrukturierten Aluminiumgitters auf Banknoten wird das Fälschen von Banknoten erheblich erschwert oder gar unmöglich gemacht. A nanostructured aluminum grid represents a new security feature for banknotes. The application of the nanostructured aluminum grid on banknotes makes banknote counterfeiting considerably more difficult or even impossible.
Die Nanostruktur des Aluminumgitters bezüglich Basis, Gridbreite und Gridhöhe der Basiselemente, Periodizität sowie Material des umgebenden Mediums bestimmen die Änderung des Polarisationszustandes einer an dem nanostrukturierten Aluminiumgitter reflektierten elektromagnetischen Welle, wobei mindestens der beleuchtete Bereich des nanostrukturierten Aluminiumgitters in einem homogenen Magnetfeld liegt. The nanostructure of the aluminum grid with respect to base, grid width and grid height of the base elements, periodicity and material of the surrounding medium determine the change in the polarization state of an electromagnetic wave reflected at the nanostructured aluminum grid, wherein at least the illuminated area of the nanostructured aluminum grid lies in a homogeneous magnetic field.
Beispielsweise kann das Magnetfeld in einem miniaturisierten Elektromagneten erzeugt werden, wobei die Banknoten zum Testen in das Zentrum des Elektromagneten gebracht und mit einer elektromagnetischen Welle unter einem Einfallswinkel α am Ort des nanostrukturierten Aluminumgitters bestrahlt werden.For example, the magnetic field can be generated in a miniaturized electromagnet, wherein the banknotes are brought into the center of the electromagnet for testing and irradiated with an electromagnetic wave at an angle of incidence α at the location of the nanostructured aluminum grid.
Es können auch andere nanostrukturierte unmagnetische Metallgitter, beispielsweise Au, Ag, Cu, Pt, oder strukturierte Mehrschichtsysteme bestehend aus unmagnetischen und magnetischen Einzelschichten verwendet werden.It is also possible to use other nanostructured nonmagnetic metal lattices, for example Au, Ag, Cu, Pt, or structured multilayer systems consisting of nonmagnetic and magnetic individual layers.
Neue Kommunikationsmittel im TransportNew means of communication in transport
Nanostrukturierte Aluminiumgitter können an der Karosserie von Fahrzeugen unterhalb des Türgriffes angebracht werden. In den Ländern mit Rechtsverkehr empfiehlt es sich, das nanostrukturierte Aluminiumgitter auf der rechten Seite der Karosserie sowie ein Detektorsystem auf der linken Seite der Karosserie anzubringen. Nanostructured aluminum grilles can be attached to the bodywork of vehicles below the door handle. In the countries with right-hand traffic, it is advisable to attach the nanostructured aluminum grid on the right side of the body and a detector system on the left side of the body.
Das lokale Magnetfeld Hi am Ort der nanostrukturierten unmagnetischen Einzelschicht Pi ist durch das magnetisierbare und / oder stromdurchflossene Material des umgebenden Mediums bestimmt. Durch Richtungsänderung des Stromflusses zur Erzeugung des lokalen Magnetfeldes Hi werden die magnetooptischen Effekte des nanostrukturierten Aluminiumgitters elektromagnetisch geschalten. Das an der linken Seite der Karosserie eines anderen zur Detektion verwendeten Fahrzeuges angebrachte Detektorsystem arbeitet vorzugsweise mit einem IR-Diodenlaser. The local magnetic field H i at the location of the nanostructured non-magnetic single layer P i is determined by the magnetizable and / or current-carrying material of the surrounding medium. By changing the direction of the current flow to generate the local magnetic field H i , the magneto-optical effects of the nanostructured aluminum grid are electromagnetically switched. The detector system mounted on the left side of the body of another vehicle used for detection preferably operates with an IR diode laser.
Das beobachtende Fahrzeug detektiert die Reflexion des IR-Lichtes an dem nanostrukturierten Aluminiumgitter des zu beobachtenden Fahrzeuges vorzugsweise unter einem Einfalls- und Reflexionswinkel von 45°. The observing vehicle detects the reflection of the IR light on the nanostructured aluminum grid of the vehicle to be observed, preferably at an angle of incidence and reflection of 45 °.
Weitere AnwendungenOther applications
Die Plasmonen-Nanophotonik hat damit Auswirkungen auf eine Vielzahl von Bereichen, wie Elektronik, Photonik, Chemie, Biologie und Medizin. Plasma nanophotonics has implications for a variety of fields, including electronics, photonics, chemistry, biology and medicine.
Beispielsweise ist eine weitere Anwendung die Nanostrukturierung von verschieden geformten (konkav, konvex, parabolisch) Metall-Spiegeln mit mehreren Basiselementen in der Elementarzelle.For example, another application is the nanostructuring of differently shaped (concave, convex, parabolic) metal mirrors with multiple base elements in the unit cell.
Das berührungslose Sensorprinzip der Magnetooptik eröffnet Möglichkeiten zur Kostenreduktion für die Bereiche der Systeminstallation und -wartung in der Informationstechnik, der Fahrzeugtechnik, dem Maschinenbau und der Medizintechnik. The non-contact sensor principle of magneto-optics opens up possibilities for cost reduction for the areas of system installation and maintenance in information technology, vehicle technology, mechanical engineering and medical technology.
Der magnetooptische Effekt in nanostrukturierten unmagnetischen Metallschichten ermöglicht außerdem die Optimierung polarisierender optischer Element in Transmission und in Reflexion.The magneto-optic effect in nanostructured non-magnetic metal layers also enables the optimization of polarizing optical elements in transmission and in reflection.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Magnetisierbares Einzel- bzw. Mehrschichtsystem Magnetisable single or multi-layer system
- 22
- Strukturiertes unmagnetisches Einzel- oder Mehrschichtsystem Structured non-magnetic single or multi-layer system
- 1010
- Monochromator monochromator
- 1111
- Polarisator polarizer
- 1212
-
Polarisationszustand vor der Wechselwirkung mit
1 Polarization state before interaction with1 - 1313
-
Polarisationszustand nach der Wechselwirkung mit
1 Polarization state after interaction with1 - 1414
- Analysator oder weitere Einsatzmöglichkeiten Analyzer or other applications
- 2020
- Magnetisierbares Material mit nicht planparallelen Grenzflächen Magnetizable material with non-plane-parallel interfaces
- 2121
-
Material, in welches das magnetisierbare Material
22 eingebettet ist Material into which the magnetizable material22 is embedded - 2222
- Segment mit planparallelen Grenzflächen Segment with plane-parallel interfaces
- GG
- Grenzfläche interface
- TT
- Trägermaterial support material
- S, Si S, S i
- Magnetisierbare Schicht Magnetizable layer
- P, Pi P, P i
- Strukturierte unmagnetische Schicht mit lokalisierten Oberflächenplasmonen Textured non-magnetic layer with localized surface plasmons
- x, y, zx, y, z
- kartesisches Koordinatensystem Cartesian coordinate system
- dT d T
- Dicke des Trägermaterial Thickness of the carrier material
- dG d G
- Dicke Grenzfläche Thick interface
- di d i
- Dicke magnetisierbaren Schicht Thick magnetizable layer
- α, α‘α, α '
- Einfalls-, Reflektionswinkel Incidence, reflection angle
- ΒΒ
- Brechungswinkel angle of refraction
- H, Hi H, H i
- Externes Magnetfeld External magnetic field
- M, Mi M, M i
- Magnetisierung der Schicht Si Magnetization of the layer S i
- εi S ε i p
- Magnetooptischer Dielektrizitätstensor der Schicht S Magneto-optic dielectric tensor layer S
- εi P ε i P
- Dielektrizitätstensor der Schicht P Dielectric tensor of layer P
- εT ε T
- Dielektrizitätstensor des Träger T Dielectric tensor of carrier T
- Ni, Ki N i , K i
- Brechungsindex und Absorptionsindex der Schicht Si Refractive index and absorption index of the layer S i
- Qi Q i
- Magnetooptische Kopplungskonstante der Schicht Si Magneto-optic coupling constant of the layer S i
Claims (11)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201310203761 DE102013203761A1 (en) | 2013-03-05 | 2013-03-05 | Magneto-optics with structured non-magnetic metals |
DE112014001145.2T DE112014001145A5 (en) | 2013-03-05 | 2014-03-05 | Magneto-optics with optical polarization grating made of structured, non-magnetic metals |
PCT/EP2014/054259 WO2014135586A1 (en) | 2013-03-05 | 2014-03-05 | Magneto-optical unit having optical polarisation gratings made of structured, nonmagnetic metals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201310203761 DE102013203761A1 (en) | 2013-03-05 | 2013-03-05 | Magneto-optics with structured non-magnetic metals |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102013203761A1 true DE102013203761A1 (en) | 2014-09-11 |
Family
ID=50236171
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201310203761 Withdrawn DE102013203761A1 (en) | 2013-03-05 | 2013-03-05 | Magneto-optics with structured non-magnetic metals |
DE112014001145.2T Pending DE112014001145A5 (en) | 2013-03-05 | 2014-03-05 | Magneto-optics with optical polarization grating made of structured, non-magnetic metals |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE112014001145.2T Pending DE112014001145A5 (en) | 2013-03-05 | 2014-03-05 | Magneto-optics with optical polarization grating made of structured, non-magnetic metals |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (2) | DE102013203761A1 (en) |
WO (1) | WO2014135586A1 (en) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011052217B4 (en) * | 2011-07-27 | 2019-08-08 | Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Method for determining the wavelength-dependent magneto-optical coupling constant of a layer to be characterized in a layer system with one or more magnetizable layers |
-
2013
- 2013-03-05 DE DE201310203761 patent/DE102013203761A1/en not_active Withdrawn
-
2014
- 2014-03-05 DE DE112014001145.2T patent/DE112014001145A5/en active Pending
- 2014-03-05 WO PCT/EP2014/054259 patent/WO2014135586A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Du, G.-X. et al.: "Magnetic Field Effect on the Localized Plasmon Resonance in Patterned Noble Metal Nanostructures", IEEE Transactions on Magnetics Vol.47, No.10, S.3167-S.3169 (2011) * |
Du, G.-X. et al.: „Magnetic Field Effect on the Localized Plasmon Resonance in Patterned Noble Metal Nanostructures", IEEE Transactions on Magnetics Vol.47, No.10, S.3167-S.3169 (2011) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014135586A1 (en) | 2014-09-12 |
DE112014001145A5 (en) | 2015-11-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Christ et al. | Controlling the interaction between localized and delocalized surface plasmon modes: Experiment and numerical calculations | |
Knoll | Optical characterization of organic thin films and interfaces with evanescent waves | |
EP0618441B1 (en) | Device for laterally resolved investigation of a laterally heterogeneous ultra-thin layer | |
Temnov et al. | Towards the nonlinear acousto-magneto-plasmonics | |
Schokker et al. | Systematic study of the hybrid plasmonic-photonic band structure underlying lasing action of diffractive plasmon particle lattices | |
Ben et al. | Size dependence of the plasmon ruler equation for two-dimensional metal nanosphere arrays | |
Mohapatra et al. | Plasmonic, low-frequency Raman, and nonlinear optical-limiting studies in copper–silica nanocomposites | |
KR101494326B1 (en) | Circular dichroism method and apparatus using negative index metamaterials | |
Chelaru et al. | In situ monitoring of surface plasmons in single-crystalline Ag-nanowires | |
Razdolski et al. | Second-harmonic generation from a magnetic buried interface enhanced by an interplay of surface plasma resonances | |
Liang et al. | Plasmonic slow light waveguide with hyperbolic metamaterials claddings | |
Kurochkina et al. | Hybrid structures based on gold nanoparticles and semiconductor quantum dots for biosensor applications | |
DE102010006773A1 (en) | Wavelength-sensitive plasmonically active module for the spectrally resolved detection of light | |
Ray et al. | Bloch surface wave-coupled emission from quantum dots by ensemble and single molecule spectroscopy | |
Pomozov et al. | Optical effects in magnetic hyperbolic metamaterials | |
Mao et al. | Nanofocusing of UV light in aluminum V-grooves | |
DE102013203761A1 (en) | Magneto-optics with structured non-magnetic metals | |
Kochergin et al. | Polariton enhancement of the Faraday magnetooptic effect | |
DE102013108584B3 (en) | Substrate for the generation of surface plasmons and surface polarites by means of an excitation radiation, method for the production of the substrate and uses of the substrate | |
Lu et al. | Field enhancement of a metal grating with nanocavities and its sensing applications | |
Hu et al. | Influence of surface termination on inverse Goos–Hänchen shift of negatively refractive photonic crystals | |
DE102018219750A1 (en) | Light waveguide structure for efficient light excitation and photon detection for color centers in diamond | |
Tiwari | BIMETALLIC-WAVEGUIDE COUPLED SENSORS | |
Yokota et al. | Optical characterization of plasmonic metallic nanostructures fabricated by high-resolution lithography | |
Murzina et al. | Plasmonic and magnetic effects accompanying optical second-harmonic generation in Au/Co/Au nanodisks |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R118 | Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority |