RU178616U1 - Устройство для формирования фотонной струи - Google Patents
Устройство для формирования фотонной струи Download PDFInfo
- Publication number
- RU178616U1 RU178616U1 RU2017138137U RU2017138137U RU178616U1 RU 178616 U1 RU178616 U1 RU 178616U1 RU 2017138137 U RU2017138137 U RU 2017138137U RU 2017138137 U RU2017138137 U RU 2017138137U RU 178616 U1 RU178616 U1 RU 178616U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particle
- radiation
- incident
- dielectric
- photon
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 57
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/58—Optics for apodization or superresolution; Optical synthetic aperture systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Использование: для фокусировки электромагнитного излучения в локальную область с субдифракционными размерами. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для формирования фотонной струи состоит из источника излучения и диэлектрической частицы с характерным размером, сравнимым с длиной волны падающего излучения, а на поверхности диэлектрической частицы, обращенной к падающему волновому фронту, нанесен слой материала, не пропускающего падающее на частицу излучение, при этом поперечные размеры этого материала составляют 0,1-0,8 от максимального поперечного размера частицы, которая выполнена в виде цилиндра, а слой материала, не пропускающего падающее на частицу излучение, нанесен на ее плоский торец, расположенный перпендикулярно падающему излучению. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к области оптического приборостроения и относится к диэлектрическим фокусирующим устройствам, предназначенным, в частности, для фокусировки электромагнитного излучения в локальную область с субдифракционными размерами.
В настоящее время наблюдается стойкая тенденция к миниатюризации устройств детектирования сигналов, особенно дальнего ИК и терагерцового диапазона, основанных на дифракционных и интерференционных принципах, и интегрированных в единый блок (ЧИП).
Известно устройство для формирования фотонной струи, обладающей свойствами сверхразрешения, состоящее из источника излучения и слабопоглощающей диэлектрической частицы с диаметром, сравнимым с длиной волны падающего излучения и расположенной вдоль направления распространения излучения [Гейнц Ю.Э., Земляное А.А., Панина Е.К. Сравнительный анализ пространственных форм фотонных струй от сферических диэлектрических микрочастиц // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25, №5, С. 417-424]. При этом диэлектрическая частица выполнена в виде сфероида.
Фотонная струя возникает в области теневой поверхности диэлектрических микросферических частиц - в т.н. ближней зоне дифракции - и характеризуется сильной пространственной локализацией и высокой интенсивностью оптического поля в области фокусировки.
Известное устройство формирует фотонную струю вдоль направления падения излучения в режиме «на прохождение» (т.е. область формирования фотонной струи находится с противоположной стороны диэлектрической частицы относительно источника излучения).
Позднее возможность получения фотонных наноструй была изучена для диэлектрических осесимметричных тел, например, эллиптических наночастиц [Минин И.В., Минин О.В. Квазиоптика: современные тенденции развития - Новосибирск: СГУГиТ, 2015. - 163 с.; T. Jalalia and D. Erni. Highly confined photonic nanojet from elliptical particles // Journal of Modern Optics, Vol. 61, No. 13, 1069-1076 (2014).], многослойных слоисто-неоднородных микросферических частиц с радиальным градиентом коэффициента преломления [ Ruiz and Jamesina J. Simpson. Detection of embedded ultrasubwavelength-thin dielectric features using elongated photonic nanojets // 2 August 2010 / Vol. 18, No. 16 / OPTICS EXPRESS 16805], а также полусфер [Cheng-Yang Liu. Photonic nanojet shaping of dielectric non-spherical microparticles // Physica E 64 (2014), pp. 23-28.], дисков [B. , N.I. Zheludev, S.A. Maier, N.J. Halas, P. Nordlander, H. Giessenand T.C. Chong. The Fano resonance in plasmonic nanostructures and metamaterials. Nat. Mater.9, 707-715 (2010); C-Y. Liu and C-C. Li. Photonic nanojet induced modes generated by a chain of dielectric microdisks. Optik 127, 267-273 (2016).], цилиндра-сферы [Jinlong Zhu and Lynford L. Goddard. Spatial control of photonic nanojets // Optics Express, Vol. 24, No. 26, 2016, 30445].
Также было обнаружено, что фотонные струи могут быть сформированы несимметричными мезоразмерными диэлектрическими частицами, например, куб, усеченный шар, пирамида, усеченная пирамида, призма, объемный шестигранник и т.д. [I.V. Minin and O.V. Minin. Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit, Springer, 2016 http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook; V. Pacheco-Pena, M. Beruete, I.V. Minin and O.V. Minin. Terajets produced by 3D dielectric cuboids. Appl. Phys. Lett. 105, 084102 (2014); I.V. Minin, O.V. Minin and Geintz Y.E. Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: brief review. Annalen der Physik (AdP), May 2015 DOI: 10.1002/andp.201500132; Yu. E. Geintz, A.A. Zemlyanov and E. K. Panina. Photonic Nanonanojets from Nonspherical Dielectric Microparticles. Russian Physics Journal 58, 904-910 (2015); Yu. E. Geints, A.A. Zemlyanov and E.K. Panina. Characteristics of photonic jets from microcones. Optics and Spectroscopy 119, 849-854 (2015); И.В. Минин, О.В. Минин. Фотоника изолированных диэлектрических частиц произвольной трехмерной формы – новое направление оптических информационных технологий // "Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии". 2014, №4, С. 4-10.].
В настоящее время основными параметрами, позволяющими оптимизировать характеристики ФНС сфероидальных частиц, являются: форма падающего волнового фронта (плоский или гауссовый), параметр Ми частицы [Рассеяние света малыми частицами / Г. ван де Хюлст; пер. с англ. Т.В. Водопьяновой, под ред. В.В. Соболева. - М.: Изд-во иностранной литературы, 1961. - 536 с.] и относительный показатель преломления материала частицы и среды [Myun-Sik Kim, Toralf Scharf, Stefan Mtihlig, Carsten Rockstuhl, and Hans Peter Herzig. Engineering photonic nanojets // OPTICS EXPRESS, Vol. 19, No. 11, 10206 (2011)].
В устройстве для формирования фотонной струи с оптимальными размерами этой струи (минимальный диаметр для обеспечения сверхразрешения) глубина фокуса (протяженность струи вдоль направления распространения излучения на полувысоте по уровню мощности) обычно составляет около длины волны излучения, что недостаточно для решения ряда практических задач. Кроме того, выполнение частицы в виде сфероида усложняет технологию их изготовления и не обеспечивает совместимость с другими микро- и нано-устройствами преимущественно террагерцового диапазона, а продольные размеры устройства достаточно велики, определяемые в основном размерами частицы. Мала интенсивность поля формируемой фотонной струи.
Известно устройство для формирования фотонной струи террагерцового диапазона, обладающей свойствами сверхразрешения и состоящее из источника излучения и слабопоглощающей диэлектрической частицы с характерным размером, сравнимым с длиной волны падающего излучения, и расположенной вдоль направления распространения излучения [V. Pacheco-Pena, М. Beruete, I.V. Minin, О.V. Minin. Terajets produced by 3D dielectric cuboids // Appl. Phys. Lett. 105, 084102 (2014); http://dx.doi.org/10.1063/1.4894243)]. При этом частица выполнена в виде куба, а оптимальные размеры диэлектрической кубической частицы удовлетворяют соотношению:
L2≈k2λHn0/n,
где k - эмпирический коэффициент, равный (0.90-2.2), L - высота кубоида, H - длина стороны кубоида, λ - длина волны падающего волнового фронта, n/n0 - относительное значение показателя преломления материала кубоида и окружающей среды.
В качестве прототипа выбрано устройство по патенту РФ №153686. Устройство для формирования фотонной струи с увеличенной глубиной фокуса, состоящего из источника излучения и диэлектрической частицы с характерным размером, сравнимым с длиной волны падающего излучения, отличающееся тем, что на поверхности диэлектрической частицы, обращенной к падающему волновому фронту, нанесен слой материала, не пропускающего падающее на частицу излучение, при этом поперечные размеры этого материала составляют 0,1-0,8 от максимального поперечного размера частицы, при этом диэлектрическая частица в продольном направлении со стороны, противоположной направлению падения излучения, выполнена усеченной формы.
Такое устройство позволяет упростить технологию их изготовления и обеспечить совместимость с другими микро- и нано-устройствами преимущественно террагерцового диапазона.
Однако и в этом устройстве для формирования фотонной струи интенсивность поля в формируемой фотонной струе мала.
Задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно увеличение интенсивности поля в фотонной струе.
Указанная задача достигается тем, что устройство для формирования фотонной струи, состоящее из источника излучения и диэлектрической частицы с характерным размером, сравнимым с длиной волны падающего излучения, а на поверхности диэлектрической частицы, обращенной к падающему волновому фронту, нанесен слой материала, не пропускающего падающее на частицу излучение, при этом поперечные размеры этого материала составляют 0,1-0,8 от максимального поперечного размера частицы, отличается тем, что частица выполнена в виде цилиндра, а слой материала, не пропускающего падающее на частицу излучение нанесен на ее плоский торец, расположенный перпендикулярно падающему излучению.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 показано устройство для формирования фотонной струи.
На фиг. 2 показаны результаты моделирования (подтвержденные экспериментом) формирования фотонной тераструи с максимальной интенсивностью поля: верхний рисунок - диэлектрическая частица сферической формы, в середине - диэлектрическая частица в форме куба, внизу - формирование фотонной тераструи для цилиндрической частицы. На графиках линией с квадратиками обозначено распределение максимальной интенсивности поля в фотонной струе для диэлектрической частицы без экранирующей маски и линией с кружками - с экранирующей маской для характерных размеров частиц изменяющихся от λ до 3 λ.
На фиг. обозначены: 1 - падающее на частицу излучения от источника излучения, 2 - диэлектрическая слабопоглощающая частица, 3 - слой материала, не пропускающего падающее на частицу излучение (маска), 4 - фотонная струя.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Волновой фронт от источника излучения 1 падает на диэлектрическую частицу 2, расположенную по направлению распространения излучения. В результате взаимодействия участков волновых фронтов, интерферирующих внутри материала частицы 2, формируется фотонная струя 4. Поскольку на входной (по отношению к направлению падения излучения) поверхности диэлектрической частицы располагается слой материала, не пропускающего падающее излучение 3 (маска), волновой фронт внутри частицы искажается более сильно, по сравнению с прототипом, и в результате конструктивной интерференции формируется область повышенной концентрации поля в виде фотонной струи 4.
Конкретное значение величины экранирования поверхности частицы определяется в зависимости от назначения устройства и требуемых оптимальных параметров струи.
В результате экспериментов сравнивались диэлектрические частицы с коэффициентом преломления, равным 1.46 формирующие фотонные струи сферической формы диаметром L=3λ, в форме куба с величиной ребра L=3λ и в форме цилиндра с диаметром, равным длине цилиндра и равным 3λ. Во всех случаях поперечные размеры слоя материала, не пропускающего излучения, равнялись 3/2λ.
В результате исследования было установлено, что диэлектрическая частица с характерным размером 3λ цилиндрической формы с маской формирует непосредственно на ее теневой границе интенсивность поля на 18.9% больше, чем у сферической частицы и более чем в 2 раза больше для частицы в форме куба.
Вопрос о фокусировки и формировании фотонной струи диэлектрической частицей различной формы с покрытием, не пропускающим падающее излучение (отражающее или поглощающее покрытие), на ее поверхности, противоположной направлению падения излучения на частицу, является не тривиальным и не очевидным.
Устройства по формированию фотонных струй с увеличенной интенсивностью поля в фотонной струе в виде диэлектрической частицы с частично экранированной поверхностью и цилиндрической формы, обращенной к направлению падения излучения плоским торцом, в мире на сегодня не известны. Соответственно, проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого данная заявка для специалиста в данной области знаний явным образом не следует, показал, что оно не известно и не очевидно.
С учетом выше изложенного можно сделать вывод о соответствии настоящей заявки критериям патентоспособности.
Заявляемое устройство, кроме того, обеспечивает актуальное расширение приборного арсенала современных фокусирующих систем с субволновыми размерами, формирующих фотонные струи.
Техническим результатом является создание устройства для фокусировки фотонной струи с увеличенной интенсивностью поля в фотонной струе.
Claims (1)
- Устройство для формирования фотонной струи, состоящее из источника излучения и диэлектрической частицы с характерным размером, сравнимым с длиной волны падающего излучения, а на поверхности диэлектрической частицы, обращенной к падающему волновому фронту, нанесен слой материала, не пропускающего падающее на частицу излучение, при этом поперечные размеры этого материала составляют 0,1-0,8 от максимального поперечного размера частицы, отличающееся тем, что частица выполнена в виде цилиндра, а слой материала, не пропускающего падающее на частицу излучение, нанесен на ее плоский торец, расположенный перпендикулярно падающему излучению.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017138137U RU178616U1 (ru) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | Устройство для формирования фотонной струи |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017138137U RU178616U1 (ru) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | Устройство для формирования фотонной струи |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU178616U1 true RU178616U1 (ru) | 2018-04-13 |
Family
ID=61974944
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017138137U RU178616U1 (ru) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | Устройство для формирования фотонной струи |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU178616U1 (ru) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU182552U1 (ru) * | 2018-05-04 | 2018-08-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Неивтазивное СВЧ устройство выявления рака молочной железы |
RU2711241C1 (ru) * | 2019-04-18 | 2020-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" | Детектор ионизирующих излучений |
RU198112U1 (ru) * | 2019-11-06 | 2020-06-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Устройство формирования фотонной струи |
CN111781184A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-10-16 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光子纳米喷射、激光阵列单元及单分子荧光基因测序仪 |
CN113056697A (zh) * | 2018-10-01 | 2021-06-29 | 交互数字Ce专利控股公司 | 用于近场聚焦和波束形成的装置 |
RU2756882C1 (ru) * | 2021-03-17 | 2021-10-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий» | Устройство для формирования фотонной струи |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU153686U1 (ru) * | 2014-12-30 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Устройство для формирования фотонной струи с увеличенной глубиной фокуса |
RU155915U1 (ru) * | 2014-12-30 | 2015-10-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий " (ФГБОУ ВО "СГУГИТ") | Устройство для формирования фотонной струи |
RU160168U1 (ru) * | 2015-10-27 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Светоделительный диэлектрический кубик с возможностью фокусировки |
-
2017
- 2017-11-01 RU RU2017138137U patent/RU178616U1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU153686U1 (ru) * | 2014-12-30 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Устройство для формирования фотонной струи с увеличенной глубиной фокуса |
RU155915U1 (ru) * | 2014-12-30 | 2015-10-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий " (ФГБОУ ВО "СГУГИТ") | Устройство для формирования фотонной струи |
RU160168U1 (ru) * | 2015-10-27 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Светоделительный диэлектрический кубик с возможностью фокусировки |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Alexander Heifetz, Soon-Cheol Kong, Alan V. Sahakian, Allen Taflove, and Vadim Backman, Photonic Nanojets, Journal of Computational and Theoretical Nanoscience Vol. 6, 1979-1992, 2009. И.В. Минин, О.В. Минин, Н.А. Харитошин, ФОТОНИКА МЕЗОРАЗМЕРНЫХ ИЗОЛИРОВАННЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ: ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ, ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК N 3, 2015. * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU182552U1 (ru) * | 2018-05-04 | 2018-08-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Неивтазивное СВЧ устройство выявления рака молочной железы |
CN113056697A (zh) * | 2018-10-01 | 2021-06-29 | 交互数字Ce专利控股公司 | 用于近场聚焦和波束形成的装置 |
CN113056697B (zh) * | 2018-10-01 | 2023-11-03 | 交互数字Ce专利控股公司 | 用于近场聚焦和波束形成的装置 |
RU2711241C1 (ru) * | 2019-04-18 | 2020-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" | Детектор ионизирующих излучений |
RU198112U1 (ru) * | 2019-11-06 | 2020-06-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Устройство формирования фотонной струи |
CN111781184A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-10-16 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光子纳米喷射、激光阵列单元及单分子荧光基因测序仪 |
CN111781184B (zh) * | 2020-08-03 | 2021-08-20 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光子纳米喷射、激光阵列单元及单分子荧光基因测序仪 |
RU2756882C1 (ru) * | 2021-03-17 | 2021-10-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий» | Устройство для формирования фотонной струи |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU178616U1 (ru) | Устройство для формирования фотонной струи | |
RU153686U1 (ru) | Устройство для формирования фотонной струи с увеличенной глубиной фокуса | |
RU155915U1 (ru) | Устройство для формирования фотонной струи | |
Minin et al. | Localized EM and photonic jets from non‐spherical and non‐symmetrical dielectric mesoscale objects: brief review | |
RU197437U1 (ru) | Акустический диод | |
Huang et al. | Deep subwavelength Fabry-Perot-like resonances in a sandwiched reflection grating | |
Baumeier et al. | Cloaking from surface plasmon polaritons by a circular array of point scatterers | |
Geints et al. | Specular-reflection photonic hook generation under oblique illumination of a super-contrast dielectric microparticle | |
RU191638U1 (ru) | Устройство для формирования фотонной струи | |
Geints | Minin IV. Controlling near-field focusing of a mesoscale binary phase plate in an optical radiation field with circular polarization | |
Velichko et al. | Nanocylinders of noble metals as scatterers of plane electromagnetic wave | |
RU181086U1 (ru) | Линза | |
RU116247U1 (ru) | Суперлинза для передачи распределений электромагнитного поля | |
RU2756882C1 (ru) | Устройство для формирования фотонной струи | |
RU2672980C1 (ru) | Микроскопное покровное стекло | |
RU160834U1 (ru) | Субволновая оптическая ловушка в поле стоячей волны | |
RU176266U1 (ru) | Устройство для фокусировки излучения с субдифракционным разрешением | |
Minin et al. | All-dielectric asymmetrical metasurfaces based on mesoscale dielectric particles with different optical transmissions in opposite directions through full internal reflection | |
RU178617U1 (ru) | Полностью оптический диод | |
RU2735916C1 (ru) | Сканирующий акустический микроскоп | |
RU2809980C1 (ru) | Способ и устройство формирования наклонной фотонной струи, формируемой мезоразмерной частицей | |
RU182548U1 (ru) | Полностью диэлектрический оптический диод | |
Zimnyakov et al. | Effect of the “inversion” of a scattering medium in layers of close-packed titanium dioxide nanoparticles | |
Geintz et al. | Photonic nanonanojets from nonspherical dielectric microparticles | |
CN109031485B (zh) | 一种折射率逐渐减小的四层圆锥形场局域增强器件 |