ПЛАНАРНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР МАЙКЕЛЬСОНА НА ПОВЕРХНОСТНЫХ ПЛАЗМОНАХ ТЕРАГЕРЦЕВОГО ДИАПАЗОНА

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Представлены оптическая схема и технические характеристики терагерцового планарного интерферометра Майкельсона на поверхностных плазмонах. Описана методика определения комплексного показателя преломления поверхностных плазмонов (\({{\tilde {n}}_{{\text{s}}}} = {{n}_{{\text{s}}}} + {\text{ }}i{{\kappa }_{{\text{s}}}}\)) по регистрируемым интерферограммам. Представлены результаты тестовых измерений на плоских поверхностях с золотым напылением, покрытых слоями ZnS толщиной от 0 до 3 мкм, с использованием мощного когерентного излучения Новосибирского лазера на свободных электронах на длине волны λ0 = 141 мкм. По результатам измерений найдено значение эффективной диэлектрической проницаемости поверхности напыленного золота, которое оказалось на порядок меньше, чем у кристаллического золота. Путем анализа энергетических потерь в плазмонном интерферометре выполнена оценка его динамического диапазона по мощности излучения (106–108), необходимого для измерений на образцах с разными \({{\tilde {n}}_{{\text{s}}}}\), а также предложены пути повышения отношения сигнал/шум путем оптимизации элементов оптической схемы и детектора.

About the authors

В. Герасимов

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН

Author for correspondence.
Email: v.v.gerasimov3@gmail.com
Россия, 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 11

А. Никитин

Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН

Email: v.v.gerasimov3@gmail.com
Россия, 117342, Москва, ул. Бутлерова, 15

А. Лемзяков

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН

Email: v.v.gerasimov3@gmail.com
Россия, 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 11

References

  1. Братман В.Л., Литвак А.Г., Суворов Е.В. // УФН. 2011. Т. 181. № 8. С. 867. https://doi.org/10.3367/UFNe.0181.201108f.0867
  2. Ghann W., Uddin J. Terahertz Spectroscopy: A Cutting-Edge Technology / Ed. by J. Uddin. London: IntechOpen, 2017.
  3. O’Hara J.F., Withayachumnankul W., Al-Naib I. // J. Infrared Millim. and Terahertz Waves. 2012. V. 33. № 3. P. 245. https://doi.org/10.1007/s10762-012-9878-x
  4. Hofmann T., Herzinger C.M., Boosalis A., Tiwald T.E., Woollam J.A., Schube M. // Rev. Sci. Instrum. 2010. V. 81. 023101. https://doi.org/10.1063/1.3297902
  5. Азаров И.А., Швец В.А., Прокопьев В.Ю., Дулин С.А., Рыхлицкий С.В., Чопорова Ю.Ю., Князев Б.А., Кручинин В.Н., Кручинина М.В. // ПТЭ. 2015. № 3. С. 71. https://doi.org/10.7868/S0032816215030039
  6. Naftaly M., Dudley R. // Appl. Opt. 2011. V. 50. № 9. P. 3201. https://doi.org/10.1364/AO.50.003201
  7. Поверхностные поляритоны. Электромагнитные волны на поверхностях и границах раздела сред / Под ред. В.М. Аграновича и Д.Л. Миллса. М.: Наука, 1985.
  8. Майер С.А. Плазмоника: теория и приложения. М., Ижевск: R&C Dynamics, 2011.
  9. Никитин А.К., Тищенко А.А. // Письма в ЖТФ. 1991. Т. 17(11). С. 76.
  10. Huang Y.H., Ho H.P., Wu S.Y., Kong S.K. // Advances in Optical Technologies. 2012. V. 2012. P. 471957. https://doi.org/10.1155/2012/908976
  11. Silin V.I., Voronov S.A., Yakovlev V.A., Zhizhin G.N. // Intern. J. Infrared and Millim. Waves. 1989. V. 10. № 1. P. 101. https://doi.org/10.1007/BF01009121
  12. Wang K., Mittleman D.M. // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 96. P 157401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.157401
  13. Gao Y., Xin Z., Gan Q., Cheng X., Bartoli F.J. // Opt. Express. 2013. V. 21. № 5. P. 5859. https://doi.org/10.1364/OE.21.005859
  14. Melentiev P.N., Kuzin A.A., Gritchenko A.S., Kalmykov A.S., Balykin V.I. // Optics Comm. 2017. V. 382. P. 509. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2016.07.061
  15. Gan Q.Q., Gao Y., Bartoli F.J. // Optics Express. 2009. V. 17. № 23. P. 20747. https://doi.org/10.1364/OE.17.020747
  16. Ming Y., Wu Z., Wu H., Xu F., Lu Y. // IEEE Photonics Journal. 2012. V. 4 (1). P. 491. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2012.2186562
  17. Schlesinger Z., Sievers A.J. // Applied Phys. Letters. 1980. V. 36. № 6. P. 409. https://doi.org/10.1063/1.91519
  18. Hanssen L.M., Riffe D.M., Sievers A.J. // Optics Letters. 1986. V. 11. № 12. P. 782. https://doi.org/10.1364/OL.11.000782
  19. Петров Ю.Е., Алиева Е.В., Жижин Г.Н., Яков-лев В.А. // ЖТФ. 1998. Т. 68. № 3. С. 64.
  20. Ma Y., Nguyen-Huu N., Zhou J., Maeda H., Wu Q., Eldlio M., Pistora J., Cada M. // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2017. V. 23. № 4. P. 4601607 https://doi.org/10.1109/JSTQE.2017.2660882
  21. Handbook of optical constants of solids. V. 1 / Ed by E.D. Palik. Academic Press, 2016.
  22. Pandey S., Gupta B., Chanana A., Nahata A. // Advances in Physics. 2016. V. 1. № 2. P. 176. https://doi.org/10.1080/23746149.2016.1165079
  23. Жижин Г.Н., Никитин А.К., Балашов А.А., Рыжова Т.А. Патент РФ на изобретение № 2318192 // Опубл. 27.02.2008. Бюл. № 6.
  24. Богомолов Г.Д., Жижин Г.Н., Кирьянов А.П., Никитин А.К. // Известия РАН. Сер. физ. 2009. Т. 73. № 4. С. 562.
  25. Никитин А.К., Князев Б.А., Герасимов В.В., Хасанов И.Ш. Патент РФ на изобретение № 2653590 // Опубл. 11.05.2018. Бюл. № 14.
  26. Жижин Г.Н., Кирьянов А.П., Никитин А.К. // Оптика и спектроскопия. 2012. Т. 112. № 4. С. 597.
  27. Gerasimov V.V., Knyazev B.A., Nikitin A.K., Nikitin V.V., Rijova T.A. // Discrete and Continuous Models and Applied Computational Science. 2013. № 2. P. 191. https://journals.rudn.ru/miph/article/view/8543
  28. Герасимов В.В., Князев Б.А., Никитин А.К. // Квантовая электроника. 2017. Т. 47. № 1. С. 65. https://doi.org/10.1070/QEL16178
  29. Gerasimov V.V., Nikitin A.K., Lemzyakov A.G., Azarov I.A., Milekhin I.A., Knyazev B.A., Bezus E.A., Kadomina E.A., Doskolovich L.L. // JOSA (B). 2020. V. 37. Is. 5. P. 1461. https://doi.org/10.1364/JOSAB.386331
  30. Никитин А.К., Хитров О.В. Патент РФ на изобретение № 2709600 // Опубл. 18.12.2019. Бюл. № 35.
  31. Gerasimov V.V., Nikitin A.K., Khitrov O.V., Lemzya-kov A.G. // 46-th Intern. Conf. on Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz). Chengdu, China (August 29–September 3) 2021. P. 1. https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz50926.2021.9567134
  32. Shevchenko O.A., Vinokurov N.A., Arbuzov V.S., Chernov K.N., Davidyuk I.V., Deichuly O.I., Dementyev E.N., Dovzhenko B.A., Getmanov Ya.V., Gorbachev Ya.I., Knyazev B.A., Kolobanov E.I., Kondakov A.A., Kozak V.R., Kozyrev E.V. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2019. V. 83. P. 228. https://doi.org/10.3103/S1062873819020278
  33. Stegeman G.I., Wallis R.F., Maradudin A.A. // Optics Letters. 1983. V. 8. № 7. P. 386. https://doi.org/10.1364/OL.8.000386
  34. Kotelnikov I.A., Gerasimov V.V., Knyazev B.A. // Phys. Rev. (A). 2013. V. 87. Art. ID 023828. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.87.023828
  35. Islam M.S., Nine J., Sultana J., Cruz A.L.S., Dinovitser A., Ng B.W., Ebendorff-Heidepriem H., Losic D., Abbott D. // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 97204. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2996278
  36. Nazarov M., Garet F., Armand D., Shkurinov A., Cou-taz J.-L. // C. R. Physique. 2008. V. 9. P. 232. https://doi.org/10.1016/j.crhy.2008.01.004
  37. Князев Б.А., Никитин А.К. Патент РФ № 2547164 // Опубл. 10.04.2015. Бюл. № 10.
  38. Knyazev B.A., Gerasimov V.V., Nikitin A.K., Azarov I.A., Choporova Yu.Yu. // J. Opt. Soc. Am. (B). 2019. V. 36 P. 1684. https://doi.org/10.1364/JOSAB.36.001684
  39. Герасимов В.В., Князев Б.А., Никитин А.К. // Письма в ЖТФ. 2010. Т. 36. Вып. 21. С. 93.
  40. Zayats A.V., Smolyaninov I.I., Maradudin A.A. // Physics Reports. 2005. V. 408. P. 131. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2004.11.001
  41. Gerasimov V.V., Knyazev B.A., Lemzyakov A.G., Nikitin A.K., Zhizhin G.N. // J. Opt. Soc. Am. (B). 2016. V. 33. P. 2196. https://doi.org/10.1364/JOSAB.33.002196
  42. Минин И.В., Минин О.В. // Вестник СГУГИТ. 2022. Т. 26. № 4. С. 160. https://doi.org/10.33764/2411-1759-2021-26-4-160-175
  43. http://www.tydexoptics.com/ru/products/thz_devices/ golay_cell/
  44. http://www.nzpp.ru/product/gotovye-izdeli/fotopriemnye-ustroystva/
  45. Паулиш А.Г., Дорожкин К.В., Сусляев, Гусаченко А.В., Морозов А.О., Пыргаева С.М. // Сб. трудов конференции “Актуальные проблемы радиофизики АПР 2019ˮ. Томск, 2019. С. 482. http://vital.lib.tsu.ru/vital /access/manager/Repository/vtls:000709334
  46. Зубов В.А. Методы измерения характеристик лазерного излучения. М.: Наука, 1973.
  47. Kubarev V.V., Kulipanov G.N., Kolobanov E.I., Matveenko A.N., Medvedev L.E., Ovchar V.K., Salikova T.V., Scheglov M.A., Serednyakov S.S., Vinokurov N.A. // Nucl. Instrum. and Methods. 2009. V. A603. P. 25. https://doi.org/10.1016/j.nima.2008.12.122
  48. Handbook: Physical Data / Ed. by I.S. Grigoryev and E.Z. Meilikhov. M.: Energoatomizdat, 1991.
  49. Mathar R.J. // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2007. V. 9. P. 470. https://doi.org/10.1088/1464-4258/9/5/008
  50. Burke J.J., Stegeman G.I., Tamir T. // Phys. Rev. (B). 1986. V. 33. № 8. P. 5186. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.33.5186
  51. Ordal M.A., Long L.L., Bell R.J., Bell S.E., Bell R.R., Alexander R.W., Ward C.A. // Appl. Opt. 1983. V. 22. P. 1099. https://doi.org/10.1364/AO.22.001099
  52. Jiu Zhi-Xian, Zuo Du-Luo, Miao Liang, Qi Chun-Chao, Cheng Zu-Hai // Chinese Phys. Lett. 2010. V. 27. P. 024211. https://doi.org/10.1088/0256-307X/27/2/024211
  53. Kozlov G., Volkov A. // In: Grüner G. Millimeter and Submillimeter Wave Spectroscopy of Solids. Topics in Applied Physics, V. 74. Berlin, Heidelberg: Springer, 2007. https://doi.org/10.1007/BFb0103420
  54. Idehara T., Sabchevski S.P., Glyavin M., Mitsudo S. // Appl. Sci. 2020. V. 10. P. 980. https://doi.org/10.3390/app10030980
  55. Wen B., Ban D. // Progress in Quantum Electronics. 2021. V. 80. Art. ID 100363. https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2021.100363
  56. Кубарев В.В. Дисс. … докт. физ.-мат. наук. Новосибирск: ИЯФ им. Г.И. Будкера. 2016.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (2MB)
Indexing metadata
3.

Download (153KB)
Indexing metadata
4.

Download (77KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 В.В. Герасимов, А.К. Никитин, А.Г. Лемзяков

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies