RU172982U1 - Оптический ответвитель - Google Patents
Оптический ответвитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU172982U1 RU172982U1 RU2016151226U RU2016151226U RU172982U1 RU 172982 U1 RU172982 U1 RU 172982U1 RU 2016151226 U RU2016151226 U RU 2016151226U RU 2016151226 U RU2016151226 U RU 2016151226U RU 172982 U1 RU172982 U1 RU 172982U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanoparticle
- dielectric
- radius
- waveguide
- radiation source
- Prior art date
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
- G02F1/29—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 position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/295—Analog deflection from or in an optical waveguide structure]
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к устройствам, служащим для возбуждения однонаправленных мод в диэлектрическом и плазмонном волноводах. Оптический ответвитель содержит источник излучения и диэлектрическую наночастицу, расположенную над волноводом, при этом наночастица имеет форму сферы радиуса R, а дипольный источник излучения размещен в выемке, выполненной в виде полусферы радиуса r на поверхности наночастицы, наночастица изготовлена из материала с высоким показателем преломления n>0.9λ/R, где λ - длина волны излучения, лежащая в диапазоне видимого излучения, а величина отношениялежит в пределах. Технический результат заключается в обеспечении возможности возбуждения однонаправленных мод как в диэлектрическом, так и в плазмонном волноводе с уменьшением энергетических потерь.
Description
Оптический ответвитель относится к области физики и служит для возбуждения однонаправленных мод в диэлектрическом и плазмонном волноводах и может быть использован для создания эффективных систем управления сигналами в оптических интегральных схемах.
Известен ответвитель на основе плазмонной частицы (S.B. Wang, С.Т. Chan, “Lateral optical force on chiral particles near a surface”, Nature Communications, vol. 5, 3307, 2014 г:). Ответвитель представляет собой резонатор, расположенный над подложкой (металлической или диэлектрической). Резонатор выполнен из золота в виде спирали с периодом 300 нм и радиусом витка 150 нм. При падении на данную спираль плоской линейно поляризованной волны возбуждаются однонаправленные волны на подложке, причем, при изменении левой спирали на правую меняется направление возбуждающейся волны. Недостатком данной геометрии являются энергетические потери, возникающие в металлической спирали.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели и выбранным в качестве прототипа является ответвитель на основе диэлектрического рассеивателя (Francisco J. , Daniel Puerto, Amadeu Griol, Laurent Bellieres, Javier , Alejandro , “Sorting linearly polarized photons with a single scatterer”, Optics Letters, vol. 39, 1394, 2014 г.). Ответвитель состоит из источника излучения и рассеивателя, выполненного из диэлектрика в форме прямоугольника размером 300 на 400 нм, который крепится к волноводу. Такая прямоугольная наночастица связана с фундаментальной ТЕ модой волновода. При падении линейной поляризованной волны в волноводе возникает волна только в одном направлении. Ответвитель работает на основе интерференции ближних полей и направление возбуждающей моды зависит от угла поляризации падающей волны. Недостатками известного ответвителя является рабочая длина волны, которая лежит в инфракрасном диапазоне (длинна волны излучения 1550 нм), а также то, что возбуждение однонаправленных мод возможно только для диэлектрических волноводов.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является возбуждение однонаправленных мод, как в диэлектрическом, так и плазмонном волноводах в оптическом диапазоне, а также создание геометрии с более низкими энергетическими потерями.
Сущность заключается в том, что оптический ответвитель состоит из дипольного источника излучения и диэлектрической наночастицы, выполненной в виде шара радиуса R, а дипольный источник излучения размещен в выемке, выполненной на поверхности наночастицы в виде полусферы радиуса r, при этом наночастица изготовлена из материала с высоким значением показателя преломления n>0.9λ/R, где λ - длина волны излучения, которая лежит в диапазоне видимого излучения, а величина отношения лежит в пределах .
Частица, выполненная из материала с высоким показателем преломления n, характеризуется серией мультипольных резонансов на длинах волн λ, сравнимых с оптических диаметром частицы 2nR. Добротность каждого резонанса зависит от его типа (электрический или магнитный) и от его порядка, при этом добротность выше у резонансов более высокого порядка. Так, добротность магнитного октупольного резонанса выше магнитного квадрупольного в 6 раз. Расположение источника излучения внутри частицы приводит к эффективному возбуждению высших мультипольных моментов. За счет возбуждения высших мультипольных моментов поля формируется киральное ближнее электрическое поле. В свою очередь такое распределение поля приводит к возбуждению однонаправленных мод в волноводе.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется следующим. В качестве материальной составляющей диэлектрической наночастицы субволнового размера используются диэлектрические материалы с высоким значением показателя преломления n>0.9λ/R. В качестве примера таких материалов можно указать кремний. При взаимодействии диэлектрической наночастицы с дипольным источником излучения в ней наводятся колеблющиеся магнитные и электрические мультипольные моменты различных порядков, которые создают рассеянное электромагнитное поле. При этом на расстояниях от наночастицы много меньших длины волны излучения (в ближней зоне) существенные значения напряженности поля имеют только затухающие электромагнитные волны (эванесцентное поле). Эффективность возбуждения определенного мультипольного момента в наночастице зависит от свойств возбуждающей его моды, а характер рассеяния наночастицей электромагнитного поля зависит от ее окружения. При несимметричном размещении дипольного источника внутри наночастицы, возбуждаются высшие мультипольные резонансы, благодаря которым вблизи наночастицы возникает ближнее киральное электрическое поле. Киральное поле появляется на частотах магнитного октупольного резонанса и магнитного квадрупольного резонанса. За счет такого распределения поля удается запустить моды как в диэлектрическом, так и в плазмонном волноводе, которые распространяются преимущественно в одном направлении. В таком режиме наночастица функционирует как ответвитель, запускающий распространение волноводных мод на частотах магнитных резонансов наночастицы. Благодаря использованию диэлектрических материалов с высоким показателем преломления, а также использованию магнитных резонансных откликов наночастицы, добротность данного оптического ответвителя значительно больше, чем у плазмонного аналога. Соотношение, накладывающее ограничение на радиус наночастицы и показатель преломления материала, из которого она изготовлена, R=0.9λ/n обосновывается условием возбуждения резонанса Ми, соответствующего магнитному октупольному моменту, в диэлектрической частице сферической формы и заданными значениями длин волн в рабочем спектральном диапазоне. При этом показатель преломления материала должен превышать значение n=2. В качестве примера такого материала можно привести кремний Si с показателем преломления n=3.8 на длине волны 680 нм. Условие R=0.9λ/n, наложенное на радиус сферической наночастицы R и показатель преломления n, определяется известными решениями Ми для рассеяния электромагнитного излучения на сферической частице. Условие, накладываемое на максимальное значение расстояния между наночастицей и волноводом d<λ/2 следует из необходимости рассеяния наночастицей излучения в одну из мод волновода, нежели в окружающее пространство. Условие , наложенное на величину отношения радиуса наночастицы R к радиусу выемки r, определено многочисленными численными расчетами.
Сущность полезной модели поясняется на Фиг., где приведена геометрическая структура оптического ответвителя. Оптический ответвитель включает диэлектрическую наночастицу 1, выполненную в виде шара радиуса R и дипольный источник излучения 2, который размещен в выемке 3 на поверхности диэлектрической наночастицы 1. Для удобства восприятия геометрии и расположения дипольного источника излучения 2, из наночастицы 1 вырезан прямоугольный сектор. Выемка 3 имеет форму полусферы радиуса r. Дипольный источник излучения 2 расположен под углом θ и на расстоянии а от центра О наночастицы 1.
Оптический ответвитель для волновода работает следующим образом. В зависимости от длины волны излучения дипольного источника 2, который помещен внутрь выемки 3, в наночастице 1 возбуждается магнитная квадрупольная или магнитная октупольная мода. Возбуждение этих мод приводит к созданию особого ближнего электрического поля вокруг наночастицы 1, которое представляет собой киральное поле, вращающееся с частотой возбуждения. При помещении наночастицы 1 над волноводом в нем запускается однонаправленная мода. Выбор радиусов R и r определяет положение рабочей длины волны оптического ответвителя.
В качестве примера конкретной реализации предлагается оптический ответвитель, состоящий из дипольного источника излучения и наночастицы, выполненной из кристаллического кремния. В оптическом диапазоне спектра кремний имеет показатель преломления от 3.75 до 4.5. В этом случае возможные параметры системы: радиус наночастицы R=100 нм, радиус выемки r=60 нм, расстояние от центра наночастицы до расположения источника излучения а=70 нм. При данных параметрах конкретная реализация оптического ответвителя будет функционировать на длинах волн возбуждения октупольного(λ=680 нм) и квадрупольного магнитных(λ=470 нм) резонансов. Возбуждение однонаправленных мод в волноводе в данной реализации достигается с значительно меньшими энергетическими потерями по сравнению с аналогом.
Таким образом, заявляемая полезная модель решает задачу возбуждения однонаправленных мод как в диэлектрическом, так и в плазмонном волноводе, за счет возбуждения высших мультипольных моментов, с уменьшением энергетических потерь.
Claims (1)
- Оптический ответвитель, содержащий источник излучения и диэлектрическую наночастицу, расположенную над волноводом, отличающийся тем, что наночастица имеет форму сферы радиуса R, а дипольный источник излучения размещен в выемке, выполненной на поверхности наночастицы в виде полусферы радиуса r, при этом наночастица изготовлена из материала с высоким показателем преломления n>0.9λ/R, где λ - длина волны излучения, которая лежит в диапазоне видимого излучения, а величина отношения лежит в пределах .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016151226U RU172982U1 (ru) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Оптический ответвитель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016151226U RU172982U1 (ru) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Оптический ответвитель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU172982U1 true RU172982U1 (ru) | 2017-08-02 |
Family
ID=59632848
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016151226U RU172982U1 (ru) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Оптический ответвитель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU172982U1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1760494A1 (ru) * | 1990-01-04 | 1992-09-07 | Опытно-Конструкторское Бюро Микроэлектроники И Информационно-Измерительной Техники При Башкирском Государственном Университете Им.40-Летия Октября | Волоконно-оптический разветвитель |
US7604049B2 (en) * | 2005-12-16 | 2009-10-20 | Schlumberger Technology Corporation | Polymeric composites, oilfield elements comprising same, and methods of using same in oilfield applications |
RU2531900C2 (ru) * | 2009-12-18 | 2014-10-27 | Орелл Фюссли Зихерхайтсдрук Аг | Защищенный документ с оптическим волноводом |
-
2016
- 2016-12-26 RU RU2016151226U patent/RU172982U1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1760494A1 (ru) * | 1990-01-04 | 1992-09-07 | Опытно-Конструкторское Бюро Микроэлектроники И Информационно-Измерительной Техники При Башкирском Государственном Университете Им.40-Летия Октября | Волоконно-оптический разветвитель |
US7604049B2 (en) * | 2005-12-16 | 2009-10-20 | Schlumberger Technology Corporation | Polymeric composites, oilfield elements comprising same, and methods of using same in oilfield applications |
RU2531900C2 (ru) * | 2009-12-18 | 2014-10-27 | Орелл Фюссли Зихерхайтсдрук Аг | Защищенный документ с оптическим волноводом |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Краснок А. Е. и др. "Оптические элементы Гюйгенса и наноантенны Яги-Уда на основе диэлектрических наночастиц", Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики, Т 94, N 8, 2011 г. стр. 635-640. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104090332B (zh) | 一种径向偏振光下的长焦、紧聚焦表面等离激元透镜 | |
Mühlig et al. | Three-dimensional metamaterial nanotips | |
RU132573U1 (ru) | Оптическая диэлектрическая наноантенна | |
Burlak | Spectrum of Cherenkov radiation in dispersive metamaterials with negative refraction index | |
Minin et al. | Unusual optical effects in dielectric mesoscale particles | |
Scheuer et al. | Circular photonic crystal resonators | |
RU172982U1 (ru) | Оптический ответвитель | |
Reena et al. | Tunable unidirectional scattering of ellipsoidal single nanoparticle | |
Ustimenko et al. | Resonances in finite-size all-dielectric metasurfaces for light trapping and propagation control | |
Inam et al. | Understanding the photonics of single color-center emission in a high-indexed nano-pillar | |
Vergeles et al. | All-dielectric light concentrator to subwavelength volume | |
Song et al. | Enhanced extraordinary terahertz transmission through coupling between silicon resonators | |
Prosvirnin et al. | Non-specular reflection by a planar resonant metasurface | |
Soltani et al. | Effect of the elliptic rods orientations on the asymmetric light transmission in photonic crystals | |
Rituraj et al. | Scattering of electromagnetic waves by cylinder inside uniaxial hyperbolic medium | |
CN108020873B (zh) | 一种光子集成电路中八边形金属纳米光学天线 | |
Miroshnichenko | All-dielectric optical nanoantennas | |
Campione et al. | Dipole approximation to predict the resonances of dimers composed of dielectric resonators for directional emission | |
Zuev et al. | Very slow surface plasmons: Theory and practice | |
Kupriianov et al. | An all-dielectric metasurface supporting trapped mode as a platform for sensory applications | |
RU2795609C1 (ru) | Способ создания сильных магнитных полей в мезоразмерных частицах | |
Li et al. | Broadband unidirectional guided-wave-driven metasurfaces for arbitrary wavefront control | |
Khardikov et al. | Resonant all-dielectric planar metamaterials | |
RU161593U1 (ru) | Оптический волноводный фильтр | |
Jia et al. | Dielectric gradient metasurface for efficient terahertz wave focusing |