RU138050U1 - Поляризационно-чувствительный интерференционный фильтр на основе нанокомпозита - Google Patents

Поляризационно-чувствительный интерференционный фильтр на основе нанокомпозита Download PDF

Info

Publication number
RU138050U1
RU138050U1 RU2013146454/28U RU2013146454U RU138050U1 RU 138050 U1 RU138050 U1 RU 138050U1 RU 2013146454/28 U RU2013146454/28 U RU 2013146454/28U RU 2013146454 U RU2013146454 U RU 2013146454U RU 138050 U1 RU138050 U1 RU 138050U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polarization
nanocomposite
layers
optical
nanoparticles
Prior art date
Application number
RU2013146454/28U
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Геннадьевич Моисеев
Сергей Геннадьевич Новиков
Дмитрий Александрович Коробко
Владимир Александрович Остаточников
Дмитрий Игоревич Семенцов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный университет"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный университет"
Priority to RU2013146454/28U priority Critical patent/RU138050U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU138050U1 publication Critical patent/RU138050U1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Polarising Elements (AREA)

Abstract

Оптический поляризационно-чувствительный фильтр, состоящий из двух систем чередующихся диэлектрических слоев с различающимися показателями преломления и одинаковой оптической толщиной hи разделяющего их слоя с оптической толщиной 2h, причем последовательность чередования слоев имеет вид (AB)D(BA), отличающийся тем, что разделяющий слой изготовлен из композитного материала, состоящего из диэлектрической матрицы, в объеме которой равномерно распределены металлические наночастицы в форме эллипсоидов вращения, при этом главные оси вращения всех эллипсоидных наночастиц ориентированы вдоль одного направления перпендикулярно направлению периодичности структуры.

Description

Полезная модель относится к области изготовления оптических просветляющих покрытий и интерференционных фильтров.
В качестве аналога взяты известные устройства типа эталонов Фабри-Перо [Скоков И.В. Многолучевые интерферометры в измерительной технике. - М.: Машиностроение, 1989], содержащие прозрачную плоскую диэлектрическую пластину, на противоположные поверхности которой нанесены полупрозрачные зеркальные покрытия. По принципу действия эталоны являются оптическими резонаторами со стоячей световой волной. При пропускании излучения через эталон между зеркальными покрытиями вследствие многократных отражений возникает многолучевая интерференционная картина, излучение проходит эталон только на тех длинах волн спектра, на которых между пластинами возникает резонанс, то есть, укладывается целое число полуволн. Ширина формируемой эталоном полосы спектра проходящего излучения определяется коэффициентом отражения зеркальных покрытий; при использовании металлических покрытий этот коэффициент порядка 0,9 и меньше. Недостатком данного устройства при его использовании в качестве фильтра является поглощение в металлических слоях и пониженный вследствие этого коэффициент пропускания.
В качестве прототипа взято узкополосное фильтрующее покрытие [патент РФ 2308062 от 12.05.2006] содержащее две системы чередующихся диэлектрических слоев с различающимися диэлектрическими постоянными
Figure 00000002
и
Figure 00000003
и одинаковой оптической толщиной и разделяющий их диэлектрический слой с постоянной
Figure 00000004
. Каждая из периодических структур представляет собой высокоотражающий фотонный кристалл (ФК). При этом последовательность слоев в структурах определяется следующими формулами:
Figure 00000005
,
Figure 00000006
, где величина a задает число периодов структуры в ФК-зеркале (см. Фиг. 1).
Принцип действия прототипа состоит в следующем. С точки зрения дефектности подобная структура содержит двойной дефект - инверсию слоев и слой внедрения. Наличие дефектного слоя в периодической структуре приводит к появлению в запрещенной области спектра (фотонной запрещенной зоне) узких полос пропускания в центре фотонных зон - так называемых дефектных мод. В узком диапазоне частот коэффициент пропускания моды, соответствующей дефекту «инверсия плюс внедрение» достигает максимально возможного значения
Figure 00000007
. Отмечаем, что при внедрении дефекта с той же оптической длиной, но без инверсии максимальное значение коэффициента пропускания структуры значительно ниже 1 [Ветров С.Я., Шабанов А.В., ЖЭТФ, 120, c. 1126-1134 (2001)].
Недостатком данного оптического фильтра является отсутствие чувствительности к поляризации светового излучения. Для устранения указанного недостатка предложена данная полезная модель.
Основной целью является разработка поляризационно-чувствительного оптического фильтра.
Технический результат: изменение коэффициентов пропускания структуры для компонент проходящего излучения с различной поляризацией.
Технический результат достигается за счет внедрения в структуру диэлектрического слоя, в котором расположены металлические наночастицы в форме эллипсоидов вращения с одинаковой ориентацией главных осей.
Описание полезной модели.
Рассмотрим периодическую структуру с дефектом, аналогичную прототипу, в которую в качестве дефектного слоя внедрен нанокомпозит, состоящий из диэлектрической матрицы, в объеме которой равномерно распределены металлические наночастицы в форме эллипсоидов вращения. Предполагается, что наночастицы имеют сплюснутую форму, то есть характеризуются аспектным отношением
Figure 00000008
, где a и b - длины полярной и экваториальной полуосей соответственно. Оси вращения всех эллипсоидных наночастиц направлены вдоль оси X, перпендикулярной направлению периодичности структуры. Способ изготовления такого накомпозита известен [Wang D., Guo S., Yin S. Fabrication of Ag-doped polarizing glass by a sol-gel method // Opt. Engeneering., 42, p. 3585-3588 (2003)]. Используемая технология изготовления образцов нанокомпозита [U.S. Patent No. 4,486,213 (1984)] гарантирует высокую степень ориентационной упорядоченности включений и однородность заполнения ими объема матрицы.
Подобный нанокомпозит обладает свойствами одноосного кристалла и его эффективная диэлектрическая проницаемость в главных осях представляется в виде диагонального тензора с компонентами
Figure 00000009
и
Figure 00000010
. Магнитные проницаемости всех слоев структуры можно считать равными единице. Частотные зависимости действительной и мнимой частей компонент эффективной диэлектрической проницаемости нанокомпозитной среды имеют резонансный характер. При этом резонансные частоты проницаемостей
Figure 00000011
и
Figure 00000012
различаются, что приводит, в конечном счете, к зависимости оптических свойств нанокомпозита от поляризации распространяющейся волны. Схема слоисто-периодической структуры с дефектом из нанокомпозита и рассматриваемые направления осей показаны на Фиг. 2.
Предлагаемая модель представляет собой периодическую структуру, оптические толщины диэлектрических слоев в которой одинаковы, т.е.
Figure 00000013
, а оптическая толщина нанокомпозитного слоя равна
Figure 00000014
. При указанных толщинах слоев спектральная линия дефектной моды располагается в центре запрещенной фотонной зоны бездефектной структуры.
Нанокомпозит представляет собой непоглощающий диэлектрик с диэлектрической проницаемостью
Figure 00000015
, по объему которого равномерно распределены наночастицы серебра. Наночастицы серебра имеют форму сплюснутых эллипсоидов вращения с длинами полуосей
Figure 00000016
нм и
Figure 00000017
нм (аспектное отношение
Figure 00000018
). Объемная доля серебряных наночастиц составляет 0.001.
На Фиг. 3 представлены частотные зависимости коэффициентов пропускания T (сплошная линия) и отражения R (пунктирная линии) дефектной слоисто-периодической структуры
Figure 00000019
с диэлектрическими проницаемостями слоев
Figure 00000020
(TiO2),
Figure 00000021
(SiO2) при различных значениях эффективной проницаемости дефектного слоя. Фиг (а) соответствует дефектному слою с действительной проницаемостью равной проницаемости матрицы
Figure 00000022
(нерезонансный случай), (б) отвечает случаю при котором
Figure 00000023
(резонансное значение проницаемости). Приведенные зависимости относятся к первой фотонной зоне непрозрачности с центральной частотой
Figure 00000024
(соответствует длине волны в вакууме
Figure 00000025
нм) и толщинами слоев
Figure 00000026
=79 нм,
Figure 00000027
=50 нм,
Figure 00000028
=157 нм (оптическими толщинами
Figure 00000029
нм). Отмечаем, что в резонансном случае на указанной частоте наблюдается практически полное подавление прозрачности для волны с соответствующим типом поляризации, т.е. с компонентами
Figure 00000030
, и появление двух симметрично расположенных пиков с невысокой прозрачностью структуры на смещенных частотах. Для волны ортогональной поляризации, то есть для волны с компонентами (
Figure 00000031
), спектры
Figure 00000032
и
Figure 00000033
являются практически такими же, как и для структуры с нерезонансным дефектом. На частоте
Figure 00000034
коэффициент пропускания волны этой поляризации практически равен единице. Связано это с тем, что в указанной области частот с большой степенью точности
Figure 00000035
.
Для волны с поляризацией (
Figure 00000036
) также возможно создать структуру с резонансными характеристиками. В этом случае
Figure 00000037
, и чтобы резонансная частота нанокомпозита
Figure 00000038
совпадала с центральной частотой фотонной запрещенной зоны, толщины диэлектрических слоев должны иметь значения
Figure 00000039
= 62 нм,
Figure 00000040
= 40 нм,
Figure 00000041
= 124 нм (им отвечают оптические толщины
Figure 00000042
нм). Спектры пропускания и отражения, отвечающие первой фотонной зоне структуры
Figure 00000043
, для волны с поляризацией (
Figure 00000036
) имеют вид, представленный на Фиг. 4. Видно, что на центральной частоте имеет место практически полное подавление прозрачности структуры. Для волны с ортогональной поляризацией
Figure 00000030
на частоте
Figure 00000038
сохраняется полная прозрачность структуры.
Параметры нанокомпозита и фотонно-кристаллической структуры могут быть подобраны таким образом, чтобы резонансные частоты
Figure 00000044
и
Figure 00000045
совпадали с центральными частотами соседних фотонных зон непропускания (
Figure 00000046
и
Figure 00000047
). На Фиг. 5 приведены спектры пропускания и отражения периодической структуры в условиях, когда световой вектор падающей волны ориентирован поперек (а) и вдоль (б) оптической оси нанокомпозита.
Материальные параметры структуры выбраны такими же, как и на Фиг. 3, 4, а реальные толщины составляют
Figure 00000048
,
Figure 00000049
,
Figure 00000050
(оптические толщины
Figure 00000051
нм). Параметры подобраны так, что для каждой из поляризаций волны возбуждается один из двух плазмонных резонансов наночастиц, что приводит к подавлению дефектной моды на соответствующей резонансной частоте, т.е. в соответствующей фотонной зоне. При выбранных толщинах слоев указанные соседние фотонные зоны имеют номера 7 и 9, поскольку при равенстве оптических толщин слоев слоисто-периодической структуры в спектрах пропускания и отражения реализуются только нечетные зоны.
Из представленных на Фиг. 5 зависимостей видно, что смена поляризации волны на ортогональную приводит к смене фотонной запрещенной зоны, в которой подавляется дефектная мода, соответствующая прозрачности структуры. Это свойство рассмотренной периодической структуры может быть использовано для поляризационного управления лазерным излучением.
Таким образом, после введения в фотонно-кристаллическую структуру дефектного слоя из нанокомпозитного материала ее спектры пропускания и отражения становятся поляризационно-чувствительными, и технический результат достигается.

Claims (1)

  1. Оптический поляризационно-чувствительный фильтр, состоящий из двух систем чередующихся диэлектрических слоев с различающимися показателями преломления и одинаковой оптической толщиной h0 и разделяющего их слоя с оптической толщиной 2h0, причем последовательность чередования слоев имеет вид (AB)nD(BA)n, отличающийся тем, что разделяющий слой изготовлен из композитного материала, состоящего из диэлектрической матрицы, в объеме которой равномерно распределены металлические наночастицы в форме эллипсоидов вращения, при этом главные оси вращения всех эллипсоидных наночастиц ориентированы вдоль одного направления перпендикулярно направлению периодичности структуры.
    Figure 00000001
RU2013146454/28U 2013-10-17 2013-10-17 Поляризационно-чувствительный интерференционный фильтр на основе нанокомпозита RU138050U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013146454/28U RU138050U1 (ru) 2013-10-17 2013-10-17 Поляризационно-чувствительный интерференционный фильтр на основе нанокомпозита

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013146454/28U RU138050U1 (ru) 2013-10-17 2013-10-17 Поляризационно-чувствительный интерференционный фильтр на основе нанокомпозита

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU138050U1 true RU138050U1 (ru) 2014-02-27

Family

ID=50152676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013146454/28U RU138050U1 (ru) 2013-10-17 2013-10-17 Поляризационно-чувствительный интерференционный фильтр на основе нанокомпозита

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU138050U1 (ru)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guo et al. Experimental demonstration of total absorption over 99% in the near infrared for monolayer‐graphene‐based subwavelength structures
TWI541493B (zh) 一種分光器及其光譜儀
US20150118124A1 (en) Structural colorimetric sensor
CN107076899B (zh) 方向选择性干涉式光学滤波器
CN110673248B (zh) 一种近红外可调谐窄带滤波器
Sheng et al. Tunable and polarization-independent wedged resonance filter with 2D crossed grating
Abbas et al. An omni-directional mid-infrared tunable plasmonic polarization filter
Trabelsi et al. Narrow stop band optical filter using one-dimensional regular Fibonacci/Rudin Shapiro photonic quasicrystals
Barkat Theoretical investigation of transmission and dispersion properties of one dimensional photonic crystal
US10809426B2 (en) Wideband resonant reflectors with zero-contrast gratings
Ding et al. Manipulating light absorption in dye-doped dielectric films on reflecting surfaces
Liu et al. Giant nonlinear circular dichroism from high Q‐factor asymmetric lithium niobate metasurfaces
Dong et al. Critical Coupling and Perfect Absorption Using α‐MoO3 Multilayers in the Mid‐Infrared
Tolmachev et al. Influence of fluctuations of the geometrical parameters on the photonic band gaps in one-dimensional photonic crystals
Han et al. Multiband notch filter based guided-mode resonance for mid-infrared spectroscopy
Parsons et al. Brillouin scattering from porous silicon-based optical Bragg mirrors
CN106324732B (zh) 一种超宽带激光薄膜反射镜
RU138050U1 (ru) Поляризационно-чувствительный интерференционный фильтр на основе нанокомпозита
Romanova et al. Effect of dimensionality on the spectra of hybrid plasmonic-photonic crystals
Zheng et al. Single layer narrow bandwidth angle-insensitive guided-mode resonance bandstop filters
Yin et al. Simple structured ultranarrow‐band metamaterial perfect absorber with dielectric‐dielectric‐metal configuration
US11226503B2 (en) Tunable spectral filters
Wang et al. Free-space plasmonic filter with dual-resonance wavelength using asymmetric T-shaped metallic array
Kaur et al. RGB color filter based on triple layer high contrast grating in SOI waveguide
CN116626794A (zh) 一种基于导模共振原理的超窄带高透射滤光片

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20191018