RU2786780C1 - Method for determining superresonance on high-order mie modes for a spherical dielectric particle - Google Patents
Method for determining superresonance on high-order mie modes for a spherical dielectric particle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786780C1 RU2786780C1 RU2022117800A RU2022117800A RU2786780C1 RU 2786780 C1 RU2786780 C1 RU 2786780C1 RU 2022117800 A RU2022117800 A RU 2022117800A RU 2022117800 A RU2022117800 A RU 2022117800A RU 2786780 C1 RU2786780 C1 RU 2786780C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- superresonance
- order
- dielectric particle
- mie
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000001678 irradiating Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 5
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 2
- 241000931526 Acer campestre Species 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001427 coherent Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 229910052839 forsterite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000004476 mid-IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000005658 nuclear physics Effects 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к определению суперрезонанса на модах Ми высокого порядка для сферической диэлектрической частицы и может быть использовано для поверхностного усиления комбинационного рассеяния, поверхностного усиления поглощения, генерации фотонно-магнитных наноструй, разработки магнитных нанодвигателей с гигантскими магнитными полями, в различных датчиках для измерения показателя преломления, температуры, плотности и т.д.The present invention relates to the determination of high-order Mie mode superresonance for a spherical dielectric particle and can be used for surface enhancement of Raman scattering, surface enhancement of absorption, generation of photonic-magnetic nanojets, development of magnetic nanomotors with giant magnetic fields, in various sensors for measuring the refractive index , temperature, density, etc.
Диэлектрические сферы с определенными параметрами размера и изготовленные из материала с малыми потерями, например, стекла, кварца, фторопласта, могут стимулировать гигантскую напряженность поля в сингулярностях, а затем образовывать две круглые горячие точки вокруг полюсов сферы и поддерживать так называемые «суперрезонансные моды» [Z. B. Wang, B. Luk’yanchuk, L. Yue, B. Yan, J. Monks, R. Dhama, O. V. Minin, I. V. Minin, S. M. Huang, and A. A. Fedyanin, High order Fano resonances and giant magnetic fields in dielectric microspheres, // Scientific Reports 9, 20293 (2019); L. Yue, B. Yan, J. N. Monks, R. Dhama, C. Jiang, O. V. Minin, I. V. Minin, and Z. Wang. Full three-dimensional Poynting vector analysis of great field-intensity enhancement in a specifically sized spherical-particle. // Sci Rep 9, 20224 (2019); L. Yue, Z. Wang, B. Yan, J. Monks, Y. Joya, R. Dhama, O.V. Minin, and I. V. Minin, Super-Enhancement Focusing of Teflon Spheres // Ann. Phys. (Berlin) 532, 2000373 (2020)], что отличается от других типов резонансов [Conwell, P., Barber, P., Rushforth, C. Resonant spectra of dielectric spheres, // J. Opt. Soc. Am. A, 1(1), 62 (1984); P. Chýlek, J. D. Pendleton, and R. G. Pinnick, Internal and near-surface scattered field of a spherical particle at resonant conditions, // Appl. Opt. 24, 3940-3942 (1985); Y. Duan, G. Barbastathis, and B. Zhang, Classical imaging theory of a microlens with super-resolution, // Opt. Lett. 38, 2988-2990 (2013); S. Zhou, Y. Deng, W. Zhou, M. Yu, H. P. Urbach, Y. Wu. Effects of whispering gallery mode in microsphere super resolution imaging. // Appl. Phys. B 123, 236 (2017)] в таких частицах.Dielectric spheres with certain size parameters and made of low-loss material, e.g. glass, quartz, PTFE, can stimulate giant field strengths at singularities, and then form two circular hot spots around the poles of the sphere and maintain the so-called "superresonant modes" [Z . B. Wang, B. Luk'yanchuk, L. Yue, B. Yan, J. Monks, R. Dhama, O. V. Minin, I. V. Minin, S. M. Huang, and A. A. Fedyanin, High order Fano resonances and giant magnetic fields in dielectric microspheres , // Scientific Reports 9, 20293 (2019); L. Yue, B. Yan, J. N. Monks, R. Dhama, C. Jiang, O. V. Minin, I. V. Minin, and Z. Wang. Full three-dimensional Poynting vector analysis of great field-intensity enhancement in a specifically sized spherical-particle. // Sci Rep 9, 20224 (2019); L. Yue, Z. Wang, B. Yan, J. Monks, Y. Joya, R. Dhama, O.V. Minin, and I. V. Minin, Super-Enhancement Focusing of Teflon Spheres // Ann. Phys. (Berlin) 532, 2000373 (2020)], which differs from other types of resonances [Conwell, P., Barber, P., Rushforth, C. Resonant spectra of dielectric spheres, // J. Opt. soc. Am. A, 1(1), 62 (1984); P. Chýlek, J. D. Pendleton, and R. G. Pinnick, Internal and near-surface scattered field of a spherical particle at resonant conditions, Appl. Opt. 24, 3940-3942 (1985); Y. Duan, G. Barbastathis, and B. Zhang, Classical imaging theory of a microlens with super-resolution, Opt. Lett. 38, 2988-2990 (2013); S. Zhou, Y. Deng, W. Zhou, M. Yu, H. P. Urbach, Y. Wu. Effects of whispering gallery mode in microsphere super resolution imaging. //Appl. Phys. B 123, 236 (2017)] in such particles.
Напряженность электромагнитного поля в горячих точках внутри сферы может на несколько порядков, примерно на 103–1010, превышать напряженность электромагнитного поля в освещающей волне. Особенностью этого типа резонанса является то, что величина напряженности магнитного поля существенно превышает величину напряженности электрического поля в горячих точках.The strength of the electromagnetic field at hot spots inside the sphere can exceed the strength of the electromagnetic field in the illuminating wave by several orders of magnitude, approximately by 10 3 –10 10 . A feature of this type of resonance is that the magnitude of the magnetic field strength significantly exceeds the magnitude of the electric field strength in hot spots.
Этот суперрезонанс связан с внутренними модами Ми высокого порядка и имеет место при определенных значениях параметра размера частиц q (определяемого как q = 2nR/λ, где R – радиус частицы, а λ – длина волны излучения), показателя преломления сферической частицы, зависит от ее сферичности и т.д., которые могут быть непосредственно получены из строгой аналитической теории Ми [Mie, G. Beiträge zur optik trüber medien, speziell kolloidalermetallösungen, // Ann. Phys. 330, 3, 377-445 (1908)].This superresonance is associated with high-order internal Mie modes and occurs at certain values of the particle size parameter q (defined as q = 2nR/λ , where R is the particle radius and λ is the radiation wavelength), the refractive index of a spherical particle, depends on its sphericity, etc., which can be directly obtained from the rigorous analytic Mie theory [Mie, G. Beiträge zur optik trüber medien, speziell kolloidalermetallösungen, // Ann. Phys . 330, 3, 377-445 (1908)].
Эффект суперрезонансных мод Ми высокого порядка для сферической диэлектрической частицы способствует явлениям усиления поля, таким как поверхностное усиление комбинационного рассеяния, поверхностное усиление поглощения и другие. Возможно появление магнитных нанодвигателей с гигантскими магнитными полями, которые могут быть привлекательны для многих фотонных приложений, открывает новые возможности во многих современных приложениях, таких как генерация фотонно-магнитных наноструй и т.д. The effect of high-order superresonance Mie modes for a spherical dielectric particle contributes to field enhancement phenomena such as surface enhancement of Raman scattering, surface enhancement of absorption, and others. The emergence of magnetic nanomotors with giant magnetic fields is possible, which can be attractive for many photonic applications, opens up new possibilities in many modern applications, such as the generation of photonic magnetic nanojets, etc.
Известен способ определения напряженности поля для частицы на подложке по патенту US 20080284446, «Determination of field distribution», включающий создание падающей волны, определение электрического вектора поля и магнитного вектора поля внутри и снаружи частицы и определение дополнительных рассеянных полей внутри и снаружи частицы из-за отражения падающей волны из подложки. Напряженности электрического вектора поля и магнитного вектора поля определяются на основе расчета по теории Ми. Метод позволяет получить три компонента электрического и магнитного векторов в любой точке внутри или снаружи частицы.There is a known method for determining the field strength for a particle on a substrate according to US patent 20080284446, "Determination of field distribution", including the creation of an incident wave, the determination of the electric field vector and the magnetic field vector inside and outside the particle, and the determination of additional scattered fields inside and outside the particle due to reflections of the incident wave from the substrate. The strengths of the electric field vector and the magnetic field vector are determined based on the Mie theory calculation. The method makes it possible to obtain three components of the electric and magnetic vectors at any point inside or outside the particle.
Недостатком способа является то, что он применим только для математического моделирования явления рассеяния электромагнитной волны на сферической частице расположенной на подложке и не применим для натурного исследования явления суперрезонанса.The disadvantage of this method is that it is applicable only for mathematical modeling of the phenomenon of electromagnetic wave scattering by a spherical particle located on a substrate and is not applicable for a full-scale study of the superresonance phenomenon.
Известен способ определения суперрезонансных мод Ми высокого порядка в сферической диэлектрической частице, заключающийся в облучении электромагнитным излучением сферической диэлектрической мезоразмерной частицы, определения электрического вектора поля и магнитного вектора поля внутри и снаружи частицы на основе расчета по теории Ми, подбора диаметра диэлектрической частицы до появления суперрезонансных мод Ми с максимальными уровня напряженности электрического и магнитного полей [Z. B. Wang, B. Luk’yanchuk, L. Yue, B. Yan, J. Monks, R. Dhama, O. V. Minin, I. V. Minin, S. M. Huang, and A. A. Fedyanin, High order Fano resonances and giant magnetic fields in dielectric microspheres, // Scientific Reports 9, 20293 (2019); L. Yue, B. Yan, J. N. Monks, R. Dhama, C. Jiang, O. V. Minin, I. V. Minin, and Z. Wang. Full three-dimensional Poynting vector analysis of great field-intensity enhancement in a specifically sized spherical-particle. // Sci Rep 9, 20224 (2019); L. Yue, Z. Wang, B. Yan, J. Monks, Y. Joya, R. Dhama, O.V. Minin, and I. V. Minin, Super-Enhancement Focusing of Teflon Spheres // Ann. Phys. (Berlin) 532, 2000373 (2020)].A method is known for determining high-order superresonant Mie modes in a spherical dielectric particle, which consists in irradiating a spherical dielectric mesoscale particle with electromagnetic radiation, determining the electric field vector and magnetic field vector inside and outside the particle based on the calculation according to Mie theory, selecting the diameter of the dielectric particle before the appearance of superresonant modes Mi with maximum levels of electric and magnetic fields [Z. B. Wang, B. Luk'yanchuk, L. Yue, B. Yan, J. Monks, R. Dhama, O. V. Minin, I. V. Minin, S. M. Huang, and A. A. Fedyanin, High order Fano resonances and giant magnetic fields in dielectric microspheres , // Scientific Reports 9, 20293 (2019); L. Yue, B. Yan, J. N. Monks, R. Dhama, C. Jiang, O. V. Minin, I. V. Minin, and Z. Wang. Full three-dimensional Poynting vector analysis of great field-intensity enhancement in a specifically sized spherical-particle. // Sci Rep 9, 20224 (2019); L. Yue, Z. Wang, B. Yan, J. Monks, Y. Joya, R. Dhama, O.V. Minin, and I. V. Minin, Super-Enhancement Focusing of Teflon Spheres // Ann. Phys. (Berlin) 532, 2000373 (2020)].
Недостатком способа является то, что он применим только для математического моделирования явления рассеяния электромагнитной волны на сферической частице и не применим для натурного исследования явления суперрезонанса в сферических диэлектрических мезоразмерных частицах.The disadvantage of this method is that it is applicable only for mathematical modeling of the phenomenon of electromagnetic wave scattering on a spherical particle and is not applicable for natural study of the phenomenon of superresonance in spherical dielectric mesodimensional particles.
Известно применение сферических однородных частиц для лазерной очистки поверхности материалов [Y. W. Zheng, B. S. Luk’yanchuk, Y. F. Lu, W. D. Song, and Z. H. Mai. Dry laser cleaning of particles from solid substrates: Experiments and theory // J. of Applied Physics, Vol. 90, N 5, 1 Sept. 2001, р. 2135; Y. F. Lu, L. Zhang, W. D. Song, Y. W. Zheng, and B. S. Luk’yanchuk, Laser writing of a subwavelength structure on silicon (100) surfaces with particle enhanced optical irradiation // JETP Lett. 72(9), 457–459 (2000); Luk’yanchuk, B.S., Zheng, Y.W., and Lu, Y.F. (2000). Laser cleaning of solid surface: optical resonance and near-field effects // In High-Power Laser Ablation III (Proc. SPIE 4065), pp. 4012– 4065]. В этом способе изготовленные микросферы близких диаметров из прозрачного материала для данного диапазона длин волн излучения, располагались в виде монослоя частиц на прозрачной для излучения подложке и облучались лазерным излучением. Гигантское усиление напряженности поля (возбуждении суперрезонансных мод Ми высокого порядка и формирование горячих точек) внутри диэлектрических сфер определенных размеров проявлялось в виде внутреннего взрыва частиц определенного диаметра.It is known the use of spherical homogeneous particles for laser cleaning of the surface of materials [Y. W. Zheng, B. S. Luk'yanchuk, Y. F. Lu, W. D. Song, and Z. H. Mai. Dry laser cleaning of particles from solid substrates: Experiments and theory // J. of Applied Physics, Vol. 90, No. 5, 1 Sept. 2001, r. 2135; Y. F. Lu, L. Zhang, W. D. Song, Y. W. Zheng, and B. S. Luk’yanchuk, Laser writing of a subwavelength structure on silicon (100) surfaces with particle enhanced optical irradiation // JETP Lett. 72(9), 457–459 (2000); Luk'yanchuk, B.S., Zheng, Y.W., and Lu, Y.F. (2000). Laser cleaning of solid surface: optical resonance and near-field effects // In High-Power Laser Ablation III (Proc. SPIE 4065), pp. 4012–4065]. In this method, microspheres of similar diameters made of a transparent material for a given range of radiation wavelengths were placed in the form of a monolayer of particles on a substrate transparent for radiation and irradiated with laser radiation. The gigantic amplification of the field strength (excitation of high-order superresonance Mie modes and formation of hot spots) inside dielectric spheres of certain sizes manifested itself in the form of an internal explosion of particles of a certain diameter.
В качестве прототипа выбран способ наблюдения явления суперрезонанса на модах Ми высокого порядка для сферической диэлектрической частицы, заключающийся в изготовлении микросфер близких диаметров из прозрачного материала для данного диапазона длин волн излучения и облучения их лазерным излучением [Zengbo Wang, Boris Luk’yanchuk, Liyang Yue, Ramón Paniagua-Domínguez, Bing Yan, James Monks, Oleg V. Minin, Igor V. Minin, Sumei Huang and Andrey A. Fedyanin. Super-resonances in microspheres: extreme effects in field localization // Published 23 June 2019, Physics arXiv: Optics esearchgate.net]. Возбуждение суперрезонансных мод Ми высокого порядка и формирование горячих точек внутри диэлектрических сфер определенных размеров проявлялось в виде гигантского усиления напряженности поля (возбуждении суперрезонансных мод Ми высокого порядка и формирования горячих точек) внутри диэлектрических сфер определенных размеров. As a prototype, a method was chosen for observing the phenomenon of superresonance in high-order Mie modes for a spherical dielectric particle, which consists in making microspheres of similar diameters from a transparent material for a given wavelength range of radiation and irradiating them with laser radiation [Zengbo Wang, Boris Luk'yanchuk, Liyang Yue, Ramón Paniagua-Domínguez , Bing Yan, James Monks, Oleg V. Minin, Igor V. Minin, Sumei Huang and Andrey A. Fedyanin. Super-resonances in microspheres: extreme effects in field localization // Published 23 June 2019, Physics arXiv: Optics esearchgate.net]. The excitation of high-order superresonant Mie modes and the formation of hot spots inside dielectric spheres of certain sizes manifested itself as a giant amplification of the field strength (excitation of high-order superresonant Mie modes and the formation of hot spots) inside dielectric spheres of certain sizes.
Недостатком способа является отбор сферических диэлектрических частиц с суперрезонансом на модах Ми высокого порядка только одного размера и необходимость набора микросфер с различными диаметрами и оптическими параметрами.The disadvantage of this method is the selection of spherical dielectric particles with superresonance on high-order Mie modes of only one size and the need for a set of microspheres with different diameters and optical parameters.
Задачей заявляемого технического решения является разработка способа определения суперрезонанса на модах Ми высокого порядка для сферических диэлектрических частиц различных диаметров. The objective of the proposed technical solution is to develop a method for determining superresonance on high-order Mie modes for spherical dielectric particles of various diameters.
Это достигается тем, что применяемый способ определения суперрезонанса на модах Ми высокого порядка для сферической диэлектрической частицы, заключающийся в изготовлении сферической диэлектрической частицы из прозрачного материала для используемого излучения, облучении диэлектрической частицы лазерным излучением, новым является то, что облучение диэлектрической частицы осуществляют перестраиваемым источником излучения, формируют освещающую волну с плоским волновым фронтом, регистрируют электромагнитное излучение в горячих точках вокруг полюсов сферы вдоль направления распространения излучения, преобразуют регистрируемого излучения в электрический сигнал и определяют суперрезонанс мод Ми высокого порядка по уровню максимального сигнала при различных длинах волн освещающего излучения.This is achieved by the fact that the applied method for determining superresonance on high-order Mie modes for a spherical dielectric particle, which consists in making a spherical dielectric particle from a transparent material for the radiation used, irradiating the dielectric particle with laser radiation, is new in that the irradiation of the dielectric particle is carried out by a tunable radiation source , form an illuminating wave with a flat wave front, detect electromagnetic radiation at hot spots around the poles of the sphere along the direction of radiation propagation, convert the detected radiation into an electrical signal, and determine the high-order Mie mode superresonance by the level of the maximum signal at different wavelengths of the illuminating radiation.
Сущность заявляемого способа поясняется на примере устройства, реализующего этот способ. The essence of the proposed method is illustrated by the example of a device that implements this method.
Функциональная схема этого устройства представлена на Фиг. 1.The functional diagram of this device is shown in Fig. one.
На Фиг. 2 приведены результаты математического моделирования генерации электрических и магнитных горячих точек для диэлектрической сферы, расположенной в воздухе. Распределение напряженности электрического поля вдоль горячих точек (вдоль вертикальной оси) показано ниже на рисунке.On FIG. Figure 2 shows the results of mathematical modeling of the generation of electrical and magnetic hot spots for a dielectric sphere located in air. The electric field strength distribution along the hot spots (along the vertical axis) is shown in the figure below.
Обозначения: 1 – перестраиваемый источник лазерного излучения; 2 – мезоразмерная диэлектрическая сфера; 3 – горячие точки; 4 - устройство преобразования электромагнитного сигнала в электрический сигнал; 5 – вольтметр; 6 – вычислительное устройство.Designations: 1 – tunable laser radiation source; 2 – mesodimensional dielectric sphere; 3 - hot spots; 4 - device for converting an electromagnetic signal into an electrical signal; 5 - voltmeter; 6 - computing device.
Работа устройства происходит следующим образом. В качестве источника лазерного излучения 1 может выступать, например, перестраиваемый лазер в видимом, ИК, мазер в ТРЦ или микроволновом диапазоне [Е. Гулевич, Н. Кондратюк, А. Протасеня Перестраиваемые источники лазерного излучения УФ, видимого, ближнего и среднего ИК диапазона // Фотоника 3/2007, с.30-33; Патенты РФ 2202844, 2351045, 2037916, 2084996; Патент США 4376917]. Среди твердотельных источников перестраиваемого лазерного излучения главенствующие позиции до недавнего времени занимали лазеры на красителях в полимерных матрицах и на активированных кристаллах (Al2O3:Ti3+, александрит, форстерит, YAG:Cr4+). Диапазон рабочих длин волн, обеспечиваемых этими лазерами, располагается в пределах от 550 до 1500 нм, а каждая активная среда в отдельности способна генерировать в сравнительно узкой спектральной области шириной от 20 до 300 нм. Параметрические генераторы света видимого и ближнего ИК диапазона перекрывают практически весь спектральный диапазон длин волн от 200 нм до 20 мкм.The operation of the device is as follows. As a source of
Электромагнитное излучение, сформированное источником 1, формирует освещающую волну с плоским волновым фронтом, которое облучает сферическую мезоразмерную частицу 2, изготовленную из диэлектрика прозрачного для используемого излучения, например, из полимеров, стекла, кварца. Изготовление стеклянных шариков возможно по способу предложенному, например, в патенте РФ 2081858. Стеклошарики (микрошарики из стекла) с показателем преломления 1,56–1,62 выпускаются промышленностью диаметром от единиц до 500 мкм. The electromagnetic radiation generated by the
При облучении диэлектрической мезоразмерной частицы 2 электромагнитным излучением с переменной длиной волны излучения в ней могут сформироваться суперрезонансные моды Ми высокого порядка с формированием горячих точек 3 вокруг полюсов сферы 2 вдоль направления распространения излучения. Напряженность электромагнитного поля в горячих точках 3 может на несколько порядков, примерно на 103–1010, превышать напряженность электромагнитного поля в освещающей волне. Особенностью этого типа резонанса является то, что величина напряженности магнитного поля существенно превышает величину напряженности электрического поля в горячих точках 3 из-за явления образования оптических (электромагнитных) вихрей внутри частицы, которые, в соответствии с законом Био-Саварк-Лапласа, формируют магнитное поле. Для заданного диаметра диэлектрической мезоразмерной частицы 2 и показателя преломления материала частицы всегда можно подобрать длину волны освещающего излучения, при которой возникают горячие точки 3, наличие которых свидетельствует о возникновении суперрезонанса мод Ми высокого порядка. When a
В качестве устройства преобразования электромагнитного сигнала в электрический сигнал 4 в оптическом диапазоне длин волн могут быть использованы, например, фотодиоды, а в терагерцовом диапазоне длин волн диоды Шоттки, болометры, пироприемники [Кубарев В.В. Детекторы терагерцового излучения // Сб. трудов Первого рабочего совещания «Генерация и применение терагерцового излучения», Новосибирск, 24-25 ноября 2005 г., Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера, 2006 – 35-40 с.; Техника субмиллиметровых волн. Колл. авторов под ред. Р.А. Валитова - М.: Советское радио, 1969, 480 с.]. Устройство преобразования электромагнитного сигнала в электрический сигнал 4, оптически связанно с диэлектрической сферой, располагается непосредственно рядом с горячими точками 3 и преобразует электромагнитный сигнал интенсивности поля горячей точки в пропорциональный ему по амплитуде электрический сигнал, который регистрируется вольтметром 5 и далее обрабатывается на вычислительном устройстве 6, например, микро ЭВМ, связанной с перестраиваемым источником когерентного монохроматического излучения 1. As a device for converting an electromagnetic signal into an
Таким образом, для каждого размера диэлектрической мезоразмерной сферической частицы и ее показателя преломления материала можно подобрать длину волны излучения освещающего диэлектрическую сферу при условии возникновения суперрезонанса моды Ми высокого порядка в натурных экспериментах.Thus, for each size of a dielectric mesodimensional spherical particle and its refractive index of the material, it is possible to choose the wavelength of radiation illuminating the dielectric sphere under the condition of the occurrence of high-order Mie mode superresonance in full-scale experiments.
На Фиг. 2 проиллюстрирован эффект суперрезонанса для непоглощающей мезомасштабной частицы с параметром размера q=21,8401542641 и показателем преломления n s =1,9, погруженной в воздух с показателем преломления n=1,000241307. Эти параметры соответствуют резонансной моде, возбуждаемой внутри частицы с частичным волновым порядком l=35. Можно видеть, что максимальное усиление напряженности электрического поля достигает |E|2=1,225* 109, а магнитное поле примерно в 20 раз больше - |H|2=2,511* 10 10.On FIG. Figure 2 illustrates the superresonance effect for a non-absorbing mesoscale particle with size parameter q =21.8401542641 and refractive index ns=1.9 immersed in air with refractive index n = 1.000241307 . These parameters correspond to a resonant mode excited inside a particle with a partial wave order l =35. It can be seen that the maximum amplification of the electric field reaches |E| 2 \u003d 1.225 * 10 9 , and the magnetic field is approximately 20 times greater - |H| 2 \u003d 2.511 * 10 10 .
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2786780C1 true RU2786780C1 (en) | 2022-12-26 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2807397C1 (en) * | 2023-07-14 | 2023-11-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" | Method for generating high-order superresonant mie modes in hollow spherical mesosized dielectric particle |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2537217A (en) * | 2013-08-22 | 2016-10-12 | Bangor Univ | Improvements in and relating to lenses |
| WO2017035189A1 (en) * | 2015-08-24 | 2017-03-02 | Massachusetts Institute Of Technology | Systems and methods for particle guiding |
| RU181086U1 (en) * | 2017-11-01 | 2018-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | LENS |
| US20210269708A1 (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-02 | California Institute Of Technology | Particles with optical metamaterial shells |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2537217A (en) * | 2013-08-22 | 2016-10-12 | Bangor Univ | Improvements in and relating to lenses |
| WO2017035189A1 (en) * | 2015-08-24 | 2017-03-02 | Massachusetts Institute Of Technology | Systems and methods for particle guiding |
| RU181086U1 (en) * | 2017-11-01 | 2018-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | LENS |
| US20210269708A1 (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-02 | California Institute Of Technology | Particles with optical metamaterial shells |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Rubio Michavila C. et al. Super-resonances in a dielectric mesoscale sphere immersed in water: effects in extreme field localization of acoustic wave //Proceedings of Meetings on Acoustics ICU. - Acoustical Society of America, 2019. - Т. 38. -. 1. - С. 070001. * |
| Zengbo Wang et.al. Super-resonances in microspheres: extreme effects in field localization // Published 23 June 2019. Minin O. V. Optical phenomena in mesoscale dielectric particles //Photonics. - MDPI, 2021. - Т. 8. -N12. - С. 591. Minin I. V. Cascades of Fano Resonances in Scattering by a Mesoscale Spherical Particle in the Superresonance Mode //arXiv preprint arXiv:2205.15316. - 30.05.2022. Minin I. V. Influence of the Environment on the Effect of Super Resonance in Mesoscale Dielectric Spheres //arXiv preprint arXiv:2204.05120. 26.04.2022. Минин, И. В. Оптические явления в мезоразмерных диэлектрических трёх- и двумерных структурах // XI международная конференция по фотонике и информационной оптике : Сборник научных трудов, Москва, 26-28 января 2022 года. - Москва: "МИФИ", 28.01.2022. - С. 517-518. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2807397C1 (en) * | 2023-07-14 | 2023-11-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" | Method for generating high-order superresonant mie modes in hollow spherical mesosized dielectric particle |
| RU2819203C1 (en) * | 2023-11-08 | 2024-05-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" | Method of producing resonant cryogenic target |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Berciaud et al. | Photothermal heterodyne imaging of individual metallic nanoparticles: Theory versus experiment | |
| Chung et al. | Controlling stimulated coherent spectroscopy and microscopy by a position-dependent phase | |
| Ferraro et al. | Tailoring of plasmonic functionalized metastructures to enhance local heating release | |
| Sun et al. | Revealing the plasmon coupling in gold nanochains directly from the near field | |
| RU2786780C1 (en) | Method for determining superresonance on high-order mie modes for a spherical dielectric particle | |
| Cai et al. | Vectorial electric field Monte Caro simulations for focused laser beams (800 nm-2220 nm) in a biological sample | |
| RU2694123C1 (en) | Method of forming images of objects with sub-diffraction resolution in millimeter, terahertz, infrared and optical wavelength ranges | |
| RU2807397C1 (en) | Method for generating high-order superresonant mie modes in hollow spherical mesosized dielectric particle | |
| Kazanskiy | Asymptotic research in computer optics | |
| Mitchell et al. | Terahertz microjets as realizations of subwavelength focusing in the terahertz spectrum | |
| Kumar et al. | High-throughput speckle spectrometers based on multifractal scattering media | |
| RU2784213C1 (en) | Method for generating higher-order mie resonant modes in mesoscale cavities of a dielectric material | |
| Minin et al. | Dielectric wavelength-scaled metalenses based on an anomalous apodization effect for photoconductive optical-to-terahertz switches | |
| Hanamura et al. | Spectral control of thermal radiation using rectangular micro-cavities on emitter-surface for thermophotovoltaic generation of electricity | |
| Mandal et al. | Elongated photonic nanojets generated by spherical shaped single dielectric core-shell microparticles | |
| Bunkin et al. | Four-Wave Scattering of a Laser Beam by Induced Collective Oscillations of Solid Nanoparticles in Suspensions | |
| Danilova et al. | Light absorption by random clusters of silver particles | |
| Jana et al. | Flying doughnut terahertz pulses generated from semiconductor currents | |
| Chapdelaine et al. | Composite TiO2/polypropylene solid immersion lenses for super-resolution terahertz imaging | |
| Chapdelaine et al. | Fabrication and Characterization of High Permittivity Solid Immersion Lenses for Terahertz Microscopy Applications | |
| RU2790963C1 (en) | Method for focusing electromagnetic radiation | |
| Mehrvar et al. | Numerical investigation of the enhancement factor of Raman scattering using plasmonic properties of gold nanorhomb arrays | |
| RU2784212C1 (en) | Method for forming quantum dots based on the effect of higher-order mie super-resonant modes | |
| Riabov et al. | Subwavelength Raman Laser Driven by Quasi Bound State in the Continuum | |
| Zhelnov et al. | Deeply subwavelength terahertz solid immersion microscopy using rutile optics |