Исследование возможности субволновой локализации излучения за счёт формирования близкорасположенных сингулярных линий с помощью субволновых деталей диэлектрического микрорельефа
Дегтярев С.А., Хонина С.Н.

Аннотация:
Рассмотрена возможность формирования близкорасположенных сингулярных линий с помощью субволновых деталей диэлектрического микрорельефа. На основе численного моделирования показано, что картины дифракции для выступа и канавки субволнового размера (0,2λ) кардинально различаются: выступ демонстрирует фокусирующие свойства, а канавка действует как препятствие. Использование в микрорельефе определённых сочетаний фазовых ступенек, соответствующих сдвигу фазы на p, позволяет достичь субволновой локализации излучения (FWHM=0,36λ). Дальнейшее сужение расстояния между сингулярными линиями приводит к уходу энергии из центральной области в боковые лепестки. Моделирование выполнено с помощью программного пакета Comsol, в котором численно решаются стационарные уравнения Максвелла методом конечных элементов.

Ключевые слова :
фазовый скачок, сингулярные линии, метод конечных элементов.

Литература:

  1. Хонина, С.Н. Формирование мод Гаусса–Эрмита с помощью бинарных ДОЭ. I. Моделирование и эксперимент / С.Н. Хонина, В.В. Котляр, В.А. Сойфер, М. Хонканен // Компьютерная оптика. – 1998 – Т. 18. – С. 24-28.
  2. Котляр, В.В. Кодирование дифракционных оптических элементов методом локального фазового скачка / В.В. Котляр, С.Н. Хонина, А.С. Мелехин, В.А. Сойфер // Компьютерная оптика. – 1999. – Т. 19. – С. 54-64.
  3. Khonina, S.N. Encoded binary diffractive element to form hyper-geometric laser beams / S.N. Khonina, S.A. Ba­la­la­yev, R.V. Ski­danov, V.V. Kotlyar, B. Paivanranta, J. Tu­ru­nen // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. – 2009. – Vol. 11 – P. 065702-065708.
  4. Котляр, В.В. Выравнивание интенсивности фокального пятна сфокусированного гауссового пучка / В.В. Котляр, С.Н. Хо­нина // Компьютерная оптика. – 1998 – Т. 18. – С. 42-52.
  5. Khonina, S.N. Levelling the focal spot intensity of the focused Gaussian beam / S.N. Khonina, V.V Kotlyar, R.V. Skidanov, V.A. Soifer // Journal of Modern optics. – 2000. – V. 47, N 5. – P. 883-904.
  6. Rockstuhl, C. Theoretical and experimental investigation of phase singularities generated by optical micro- and nano-structures / C. Rockstuhl, M. Salt, H. P. Herzig // Journal of Optics. – 2004. – V. 6, N 5. – P. 271-276.
  7. Хонина, С.Н. Дифракция на бинарных микроаксиконах в ближней зоне / С.Н. Хонина, Д.А. Савельев, П.Г. Серафимович, И.А. Пустовой // Оптический журнал. – 2012. – Т. 79, № 10. – С. 22-29.
  8. Furukawa, H. Near-Field optical microscope images of a dielectric flat substrate with subwavelength strips / H. Furukawa, S. Kawata // Opt. Commun. – 2001. – Vol. 196. – P. 93-102.
  9. Тычинский, В.П. Микроскопия субволновых структур / В.П. Тычинский // Успехи физических наук. – 1996. – Т. 166, № 11. – С. 1219-1229.
  10. Тычинский, В.П. Сверхразрешение и сингулярности в фазовых изображениях / В.П. Тычинский // Успехи физических наук. – 2008. – Т. 178, № 11. – C. 1205-1213
  11. Allen, H. Optical manipulation of nanoparticles and biomolecules in sub-wavelength slot waveguides / H. Allen, J. Yang, Sean D. Moore, Bradley S. Schmidt, Matthew Klug, Michal Lipson & David Erickson // Nature. – 2009. – V. 457. – P. 71-75.
  12. Toraldo di Francia, G. Degrees of freedom of an image / G. Toraldo di Francia // J. Opt. Soc. Am. – 1969. – V. 59. – P. 799-804.
  13. Simpson, S.H. Analysis of the effects arising from the near-field optical microscopy of homogeneous dielectric slabs / S.H. Simpson, S. Hanna // Opt. Commun. – 2001. – V. 196. – P. 17-31.

© 2009, IPSI RAS
Institution of Russian Academy of Sciences, Image Processing Systems Institute of RAS, Russia, 443001, Samara, Molodogvardeyskaya Street 151; E-mail: ko@smr.ru; Phones: +7 (846) 332-56-22, Fax: +7 (846) 332-56-20