Субволновая фокусировка лазерного излучения с помощью зонной пластинки из хрома
Налимов А.Г.
, Стафеев С.С., Козлова Е.С., Котляр В.В., О'Фаолейн Л., Котляр М.В.

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, Самара, Россия,
Институт систем обработки изображений РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, Самара, Россия,

Школа физики и астрономии, Университет Сент-Эндрюса, Великобритания

Аннотация:
Проведено исследование характеристик фокусного пятна, формируемого зонной пластинкой диаметром 15 мкм из пленки хрома на стеклянной подложке и фокусным расстоянием в одну длину волны λ = 532 нм, в зависимости от высоты рельефа. Исследование показало, что высота рельефа 70 нм позволяет достичь оптимального соотношения размеров фокусного пятна по полуспаду интенсивности и максимальной интенсивности. С использованием сканирующего ближнепольного оптического микроскопа показано, что зонная пластинка с указанными параметрами фокусирует линейно поляризованный Гауссов пучок в эллиптическое пятно с размерами по полуспаду интенсивности вдоль декартовых координат FWHMx = 0,42λ и FWHMy = 0,64λ.

Ключевые слова:
амплитудная зонная пластинка, фазовая зонная пластинка, острая фокусировка, FDTD-метод, сканирующий ближнепольный оптический микроскоп.

Цитирование:
Налимов, А.Г. Субволновая фокусировка лазерного излучения с помощью зонной пластинки из хрома / А.Г. Налимов, С.С. Стафеев, Е.С. Козлова, В.В. Котляр, Лим О'Фаолейн, М.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2017. – Т. 41, № 3. – С. 356-362. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-3-356-362.

Литература:

  1. Fu, Y. Hybrid Au-Ag subwavelength metallic structures with variant periods for superfocusing / Y. Fu, W. Zhou // Journal of Nanophotonics. – 2009. – Vol. 3, Issue 1. – 033504. – DOI: 10.1117/1.3159299.
  2. Fu, Y. Experimental study of plasmonic structures with variant periods for sub-wavelength focusing: analyses of characterization errors / Y. Fu, R.G. Mote, Q. Wang, W. Zhou // Journal of Modern Optics. – 2009. – Vol. 56, Issue 14. – P. 1550-1556. – DOI: 10.1080/09500340903180566.
  3. Mote, R.G. Experimental demonstration of near-field focusing of a phase micro-Fresnel zone plate (FZP) underlinearly polarized illumination / R.G. Mote, S.F. Yu, A. Kumar, W. Zhou, X.F. Li // Applied Physics B. – 2011. – Vol. 102, Issue 1. – P. 95-100. – DOI: 10.1007/s00340-010-4210-8.
  4. Mote, R.G. Subwavelength focusing behavior of high numerical-aperture phase Fresnel zone plates under various polarization states / R.G. Mote, S.F. Yu, W. Zhou, X.F. Li // Applied Physics Letters. – 2009. – Vol. 95, Issue 19. – 191113. – DOI: 10.1063/1.3263728.
  5. Fu, Y. Plasmonic microzone plate: Superfocusing at visible regime / Y. Fu, W. Zhou, L.E.N. Lim, C.L. Du, X.G. Luo // Applied Physics Letters. – 2007. – Vol. 91, Issue 6. – 061124. – DOI: 10.1063/1.2769942.
  6. Kotlyar, V.V. Analysis of the shape of a subwavelength focal spot for the linearly polarized light / V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, Y. Liu, L. O’Faolain, A.A. Kovalev // Applied Optics. – 2013. – Vol. 52, Issue 3. – P. 330-339. – DOI: 10.1364/AO.52.000330.
  7. Stafeev, S.S. Subwavelength focusing of laser light by microoptics / S.S. Stafeev, V.V. Kotlyar, L. О’Faolain // Journal of Modern Optics. – 2013. – Vol. 60, Issue 13. – P. 1050-1059. – DOI: 10.1080/09500340.2013.831136.
  8. Wang, T. Experimental verification of the far-field subwavelength focusing with multiple concentric nanorings / T. Wang, X. Wang, C. Kuang, X. Hao, X. Liu // Applied Physics Letters. – 2010. – Vol. 97, Issue 23. – 231105. – DOI: 10.1063/1.3524825.
  9. Venugopalan, P. Focusing dual-wavelength surface plasmons to the same focal plane by a far-field plasmonic lens / P. Venugopalan, Q. Zhang, X. Li, L. Kuipers, M. Gu // Optics Letters. – 2014. – Vol. 39, Issue 19. – P. 5744-5747. – DOI: 10.1364/OL.39.005744.
  10. Chen, K.R. Beyond-limit light focusing in the intermediate zone / K.R. Chen, W.H. Chu, H.C. Fang, C.P. Liu, C.H. Hu­ang, H.C. Chui, C.H. Chuang, Y.L. Lo, C.Y. Lin, H.H. Hwung, A.Y.-G. Fuh // Optics Letters. – 2011. – Vol. 36, Issue 23. – P. 4497-4499. – DOI: 10.1364/OL.36.004497.
  11. Liu, Y. Far-field superfocusing with an optical fiber based surface plasmonic lens made of nanoscale concentric annular slits / Y. Liu, H. Xu, F. Stief, N. Zhitenev, M. Yu // Optics Express. – 2011. – Vol. 19, Issue 21. – P. 20233-20243. – DOI: 10.1364/OE.19.020233.
  12. Song, W. Near-field nanofocusing through a combination of plasmonic Bragg reflector and converging lens / W. Song, Z. Fang, S. Huang, F. Lin, X. Zhu // Optics Express. – 2010. – Vol. 18, Issue 14. – P. 14762-14767. – DOI: 10.1364/O­E.18.014762.
  13. Feng, D. 3D confinement of the focal spot of plasmonic Fresnel zone plate lens using gold bowtie nanoantenna / D. Feng // Journal of the Optical Society of America A. – 2014. – Vol. 31, Issue 9. – P. 2070-2074. – DOI: 10.1364/JO­SAA.31.002070.
  14. Wang, H. Subwavelength light focusing of plasmonic lens with dielectric filled nanoslits structures / H. Wang, Y. Deng, J. He, P. Gao, N. Yao, C. Wang, X. Luo // Journal of Nanophotonics. – 2014. – Vol. 8, Issue 1. – 083079. – DOI: 10.1117/1.JNP.8.083079.
  15. Zhang, M. Three-dimensional nanoscale far-field focusing of radially polarized light by scattering the SPPs with an annular groove / M. Zhang, J. Du, H. Shi, S. Yin, L. Xia, B. Jia, M. Gu, C. Du // Optics Express. – 2010. – Vol. 18, Issue 14. – P. 14664-14670. – DOI: 10.1364/OE.18.014664.
  16. Ji, J. Strong focusing of plasmonic lens with nanofinger and multiple concentric rings under radially polarized illumination / J. Ji, Y. Meng, L. Sun, X. Wu, J. Wang // Plasmonics. – 2015. – Vol. 11, Issue 1. – P. 23-27. – DOI: 10.1007/s11468-015-0015-2.
  17. Peng, R. Super-resolution long-depth focusing by radially polarized light irradiation through plasmonic lens in optical meso-field / R. Peng, X. Li, Z. Zhao, C. Wang, M. Hong, X. Luo // Plasmonics. – 2014. – Vol. 9, Issue 1. – P. 55-60. – DOI: 10.1007/s11468-013-9597-8.
  18. Козлова, Е.С. Сравнительное моделирование амплитудной и фазовой зонных пластинок / Е.С. Козлова, В.В. Котляр, А.Г. Налимов // Компьютерная оптика. – 2015. – Т. 39, № 5. – С. 687-693. – DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-5-687-693.
  19. Couairon, A. Filamentation and damage in fused silica induced by tightly focused femtosecond laser pulses / A. Co­uairon, L. Sudrie, M. Franco, B. Prade, A. Mysyrowicz // Physical Review B. – 2005. – Vol. 71, Issue 12. – 125435. – DOI: 10.1103/PhysRevB.71.125435.
  20. Rakic, A.D. Optical properties of metallic films for vertical-ca­vity optoelectronic devices / A.D. Rakic, A.B. Djurišic, J.M. Elazar, M.L. Majewski // Applied Optics. – 1998. – Vol. 37, Issue 22. – P. 5271-5283. – DOI: 10.1364/AO.37.005271.
  21. Vial, A. A new model of dispersion for metals leading to a more accurate modeling of plasmonic structures using the FDTD method / A. Vial, T. Laroche, M. Dridi, L. Le Cunff // Applied Physics A. – 2011. – Vol. 103, Issue 3. – P. 849-853. – DOI: 10.1007/s00339-010-6224-9.


© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20