Численный анализ субволновой фокусировки с помощью кремниевого цилиндра
Савельев Д.А., Хонина С.Н.

Институт систем обработки изображений РАН,
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва
(национальный исследовательский университет) (СГАУ)

Аннотация:
Произведён анализ влияния изменения размера кремниевого цилиндра с субволновым радиусом на картину дифракции Гауссовых пучков с круговой поляризацией на основе применения метода конечных разностей во временной области. Численно показано, что Гауссов пучок можно сфокусировать вблизи поверхности элемента в световое пятно, размер которого по полуспаду интенсивности равен 0,25λ. В работе демонстрируется, что кремниевый цилиндр, освещённый лазерным пучком с вихревой фазовой сингулярностью первого порядка, формирует световое пятно, центральная часть которого в основном сформирована продольной компонентой электрического поля (размер по полуспаду интенсивности равен 0,29λ).

Ключевые слова :
дифракционная оптика, оптические вихри, бинарная оптика, FDTD-метод, микроцилиндр с субволновым радиусом, острая фокусировка света, круговая поляризация, ПО Meep.

Литература:

  1. Chang, W.L. Fabricating subwavelength array structures using a near-field photolithographic method / W.L. Chang, Y.J. Chang, P.H. Tsao and P.K. Wei // Applied Physics Letters. – 2006. – Vol. 88. – P. 101109.
  2. Wei, P.-K. Focusing subwavelength light by using nanoholes in a transparent thin film / P.-K. Wei, W.-L. Chang, K. L. Lee, E.-H. Lin // Optics Letters. – 2009. – Vol. 34(12). – P. 1867-1869.
  3. Котляр, В.В. Фотонные струи, сформированные квадратными микроступеньками / В.В. Котляр, С.С. Стафеев, А.Ю. Фельдман // Компьютерная оптика. – 2014. – Т. 38, № 1. – С. 72-80.
  4. Хонина, С.Н. Острая фокусировка лазерного излучения с помощью двухзонного аксиального микроэлемента / С.Н. Хонина, Д.А. Савельев, А.В. Устинов // Компьютерная оптика. – 2013. – Т. 37, № 2. – С. 160-169.
  5. Савельев, Д.А. Влияние субволновых деталей микрорельефа на картину дифракции Гауссовых пучков / Д.А. Савельев, С.Н. Хонина // Вестник СГАУ. – 2014. – Т. 43, № 1. – С. 275-286.
  6. Dorn, R. Sharper focus for a radially polarized light beam / R. Dorn, S. Quabis, G. Leuchs // Physical Review Letters. – 2003. – Vol. 91. – P. 233901.
  7. Khonina, S.N. Controlling the contribution of the electric ?eld components to the focus of a high-aperture lens using binary phase structures / S.N. Khonina, S.G. Volotovsky // Journal of the Optical Society of America A. – 2010. – Vol. 27(10). – P. 2188-2197.
  8. Хонина, С.Н. Высокоапертурные бинарные аксиконы для формирования продольной компоненты электрического поля на оптической оси при линейной и круговой поляризации освещающего пучка / С.Н. Хонина, Д.А. Са вельев // Журнал экспериментальной и теоретической физики. – 2013. – Т. 144, № 4. – С. 718-726.
  9. Khonina, S.N. Experimental demonstration of the generation of the longitudinal E-field component on the optical axis with high-numerical-aperture binary axicons illuminated by linearly and circularly polarized beams / S.N. Kho nina, S.V. Kar peev, S.V. Alferov, D.A. Savelyev, J. Laukkanen, J. Turunen // Journal of Optics. – 2013. – Vol. 15. – P. 085704.
  10. Лебедев, А. SiC электроника. Прошлое, настоящее, будущее / А. Лебедев, С. Сбруев // Электроника: наука. технология. Бизнес. – 2006. – № 5. – С. 23-41.
  11. Герасименко, Н.Н. Кремний – материал наноэлектроники / Н.Н. Герасименко, Ю.Н. Пархоменко. – М.: Техносфера, 2006. – 352 c.
  12. Емельянов, В.М. Исследование световой деградации тандемных α-Si: H/μc-Si: H солнечных фотопреобразователей / В.М. Емельянов, А.С. Абрамов, А.В. Бобыль, А.С. Гу довских, Д.Л. Орехов, Е.И. Теруков, Н.Х. Ти мо шина, О.И. Честна, М.З. Шварц // Физика и техника полупроводников. – 2013. – Т. 47, № 5. – С. 667-674.
  13. Ксенофонтова, О.И. Пористый кремний и его применение в биологии и медицине / О.И. Ксенофонтова, А.В. Васин, В.В. Егоров, А.В. Бобыль, Ф.Ю. Солдатен ков, Е.И. Теруков, В.П. Улин, О.И. Кисилев // Журнал технической физики. – 2014. – Т. 84, № 1. – С. 67-78.
  14. Котляр, В.В. Градиентные элементы микрооптики для достижения сверхразрешения / В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, А.Г. Налимов // Компьютерная оптика. – 2009. – Т. 33, № 4. – С. 369-378.
  15. Oskooi, A.F. Meep: A flexible free-software package for elec tromagnetic simulations by the FDTD method / A.F. Oskooi, D. Roundy, M. Ibanescu, P. Bermel, J.D. Joannopoulos, S.G. Johnson // Computer Physics Communications. – 2010. – Vol. 181. – P. 687-702.

© 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