АНАЛИЗ СПЕКТРОВ ОТРАЖЕНИЯ СТРУКТУР С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ПОВЕРХНОСТНЫХ ПЛАЗМОНОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ.
(КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ)
,
Саратовский государственный университет им.
E-mail: *****@***ru ; Vasily. *****@***ru
Уникальные свойства поверхностных плазмонов позволяют описывать это явление как одно из перспективнейших направлений развития нанооптики [1-6].
В частности, весьма актуальным является исследование спектров отражения структур металл - J-агрегат на поверхностных плазмонах вследствие проявления эффектов взаимодействия поверхностных плазмонов с френкелевскими экситонами J-агрегатов органических красителей [1-8].
В данной работе проведено компьютерное моделирование спектров отражения структур «стекло - металл - j-агрегат» на поверхностных плазмонах в геометрии Кречмана, а так же структур «стекло - SiO2 - металл - j-агрегат» в геометрии поверхностных плазмонов с большой длиной распространения. В ходе данного анализа проведены моделирования зависимостей коэффициента отражения от различных параметров. Моделирования проведены при использовании пакета программ MathCAD, где коэффициент отражения структур рассчитывался при использовании формул Френеля [7] для трехслойной структуры и при использовании матричного метода для структуры с большой длиной распространения. При расчете спектров отражения данных структур были использованы законы дисперсии для металла и красителей [8].
Таблица 1. Параметры цианиновых красителей. Где: Е0 – частота перехода, соответствующая центру полосы поглощения; γ - ширина контура; f - приведенная сила осциллятора [8].
Краситель | Е0 (Эв) | γ (Эв) | f | λ (нм) |
OC | 3,04 | 0,039 | 0,01 | 407,2 |
График 1. Спектры коэффициента отражения в зависимости от длины волны. Угол падения равен 36.2*deg. Структура «стекло - металл - j-агрегат ОС» - красная кривая. Структура «стекло - SiO2 - металл - j-агрегат ОС» - синяя кривая.
График 2. Спектры коэффициента отражения в зависимости от длины волны. Угол падения равен 45*deg. Структура «стекло - металл - j-агрегат ОС» - красная кривая. Структура «стекло - SiO2 - металл - j-агрегат ОС» - синяя кривая.
В работе проведено моделирование для указанных структур при различных углах падения излучения. Как можно видеть из представленных графиков, при использовании красителя J-агрегат в качестве одного из слоев в структурах с поверхностными плазмонами, в спектрах отражения наблюдаются два минимума, один из которых обусловлен плазмонным резонансом, другой - взаимодействием поверхностных плазмонов с экситонами красителя ОС [1,2].
График 1 представляет собой спектры коэффициента отражения в зависимости от длины волны при угле падения излучения = 36.2*deg. При данном угле кривая «стекло - металл - j-агрегат ОС» совпадает с кривой «стекло - SiO2 - металл - j-агрегат ОС». Так же, как можно видеть из представленного рисунка, при выборе угла падения в 36.2*deg, экстремумы кривых находятся наиболее симметрично относительно линии поглощения красителя (обозначена вертикальной пунктирной линией), что позволяет оценить величину расщепления Раби [1-2, 7-11]. Энергия расщепления Раби равна = 0.045 Эв.
График 2 представляет собой спектры коэффициента отражения в зависимости от длины волны при угле падения 45*deg. Как можно видеть из представленного графика 2, при выборе угла в 45*deg положения минимумов изменились как по положению длин волн, так и по значениям коэффициента отражения. Данное наблюдение позволяет сделать вывод, что значения коэффициента отражения для обеих структур зависят от угла падения излучения.
Библиографический список
, . Спектры отражения структур металл-диэлектрик (J-АГРЕГАТ) на поверхностных плазмонах (компьютерное моделирование). Материалы Всероссийской научной школы-семинара под редакцией профессора . Издательство «Саратовский источник» 2014, – Стр. 111-112. , . Особенности спектров отражения структур металл-диэлектрик (J-АГРЕГАТ) с поверхностными плазмонами (компьютерное моделирование). Проблемы оптической физики и биофотоники. SFM-2014: Материалы Международного симпозиума Saratov Fall Meeting 2014 «Оптика и биофотоника - II» Под редакцией , . Издательство «НОВЫЙ ВЕТЕР» 2014, –Стр. 61-64 Поверхностные поляритоны. Электромагнитные волны на поверхностях и границах раздела сред. / Под ред. , . –М. : Наука, 1985. Климов .- М.:ФИЗМАТЛИТ, 2009.-480с Либенсон электромагнитные волны в оптике. //Сорос. Образ. Журнал. –1996. - №11. –Стр. 103-110. Либенсон электромагнитные волны оптического диапазона. //Сорос. Образ. Журнал.- 1996. - № 10. – Стр. 93-98. de Bruijn Helene E., Kooyman Rob P. H. , and Greve J. // Optics Communications. -1991. –P. 425-432 , Медведев плазмон-экситонного взаимодействия при поглощении и рассеяния света двухслойными наночастицами металл/J-агрегат// «Квантовая электроника». 2012. т. 42, № 8. Стр. x 701-717. Symonds C., Bonnand C., Plenet J. C., Brehier A., Parashkov R., Lauret J. S., E Deleporte and Belessa J. «Particularities of surface plasmon–exciton strong coupling with large Rabi splitting.»// New Journal of Physics - 2008. v.10, 065Bellessa J., Bonnand C., and Plenet J. C. // «Strong Coupling between Surface Plasmons and Excitons in an Organic Semiconductor» // Physical revive letters – 2004. v. 93, №3. , «Оптические свойства трехслойных металлоорганических наночастиц с внешней оболочкой молекулярных J-агрегатов» // Квантовая электроника – 2013, т. 43, №11. Стр. .Сведения об авторах
- профессор, д. ф.-м. н, г, E-mail: Vasily. *****@***ru
- магистрант, г,
E-mail: *****@***ru
Вид доклада: устный (/ стендовый)
