Главная - Курсы лекций - Актуальные проблемы нанооптики

Актуальные проблемы нанооптики

Актуальные проблемы нанооптики

1

Физические основы субволновой оптики и микроскопии ближнего поля

  • Локализованные оптические поля. Примеры эванесцентных полей. Способы создания и детектирования.
  • Поле электрического диполя в ближней и дальней зонах.
  • Прохождение света через субволновое отверстие в металлическом экране. Плотность энергии поля в ближней зоне. Поток энергии в дальнюю зону. Формула Бете. Комплексный поток.
  • Прохождение света через металлизированные оптоволоконные нановолноводы и цилиндрические субволновые каналы в металле. ТМ- и ТЕ-моды. Эффект отсечки.
  • Электромагнитные поля в конусе с идеально проводящими стенками.
  • Сужающиеся оптические зонды ближнего поля и конвертеры для преобразования излучения в локализованные световые поля. Принцип действия и применения. Коэффициенты пропускания в ближнюю и дальнюю зоны.
  • Полупроводниковые оптические нановолноводы с металлическим покрытием.
  • Плазмонные нановолноводы.
  • Дифракция световых волн на периодической системе нанометровых дырок в металлической пленке. Эффект Эббесена.
  • Микроскопы ближнего поля апертурного и рассеивающего типов.
2

Теория поглощения и рассеяния света малыми частицами

  • Теория Ми для однородного шара. Вклады TM и TE мод различного порядка мультипольности в сечения поглощения и рассеяния света.
  • Обобщение теории на случай многослойных концентрических сфер.
  • Квазистатическое приближение. Аналитические решения для шара и сфероида.
  • Моды шепчущей галереи в диэлектрическом и полупроводниковом шарах.
  • Полное сечение экстинкции. Конкуренция процессов поглощения и рассеяния света. 
3 

Структура и свойства металлических наночастиц и кластеров. Локализованные поверхностные плазмоны

  • Теоретические подходы и методы описания электронной структуры и свойств наночастиц и кластеров.
  • Электронная структура металлических кластеров.
  • Локальная диэлектрическая функция благородных металлов: вклад свободных и связанных электронов.
  • Локализованные поверхностные плазмоны. Дипольные и мультипольные резонансы. Частота Фрелиха.
  • Размерные и нелокальные эффекты в металлических наночастицах. 
4 

Оптика гибридных двухслойных и трехслойных наночастиц металл/диэлектрик и металл/полупроводник. Эффекты плазмон-экситонного взаимодействия

  • Металлические нанооболочки с диэлектрическим (полупроводниковым) ядром.
  • Приложения к медицине и разработке эффективных фотовольтаических элементов.
  • Молекулярные J-агрегаты органических красителей. Диэлектрические свойства и спектральные характеристики. Экситоны Френкеля.
  • Двухслойные и трехслойные частицы с металлическим ядром и внешней J-агрегатной оболочкой.
  • Аналитическая модель для частот гибридных мод композитной системы.
  • Металличекие нанооболочки, покрытые J-агрегатами красителей.
  • Взаимодействие экситонов Френкеля с дипольными и мультипольными плазмонами. Режимы слабой и сильной связи.
  • Эффекты формы и размера.
  • Управление оптическими свойствами гибридных наносистем. 
5 

Структура и оптические свойства полупроводниковых квантовых точек и квантовых ям

  • Квантоворазмерные эффекты.
  • Электронная структура.
  • Спектры поглощения и фотолюминесценции квантовых точек.
  • Гибридные квантовые точки “ядро-оболочка” сферической и сложной формы (нанотетраподы).
  • Спектроскопия квантовых ям. 
6 

Органические светоизлучающие диоды (OLED)

  • Основные компоненты устройства. Принцип функционирования OLED.
  • Процессы и механизмы электролюминесценции.
  • Ферстеровский механизм переноса энергии экситонного возбуждения от органических молекул в транспортных слоях диода квантовым точкам.
  • Специфика органических светодиодов на квантовых точках (QD-OLED).
  • Электрофизические параметры и излучательные характеристики OLED. 
7 

Эффекты взаимодействия света и локализованных полей с наноструктурами и атомно-молекулярными системами

  • Спонтанный распад атомов в резонаторах, вблизи металлических поверхностей и нанотел. Эффект Парселла.
  • Плазмонно-усиленная фотолюминесценция квантовых точек.
  • Гигантское комбинационное и глобулярное рассеяние света.
  • Взаимодействие света с периодическими микро и наноструктурами. Фотонные кристаллы.
  • Формирование наноструктур с помощью локализованных оптических полей и ультракоротких лазерных импульсов. 
  
 Список основной литературы 
1 D. W. Pohl, Optics at the nanometre scale, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A,  Vol. 362, pp. 701–717 (2004). 
2 Л. Новотный, Б. Хехт, Основы нанооптики, М. Физматлит, 2009. - 484 с. 
3 В.В. Климов, Наноплазмоника, М. Физматлит, 2010. - 480 с. 
4 Nanophotonics and Nanofabrication, edited by M. Ohtsu, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA, Wenheim, 2009.
5 Nanophotonics with surface plasmons, edited by V.M. Shalaev and S. Kawata, Elsevier, Amsterdam, First edition, 2007. 
6 В.С. Лебедев, Т.И. Кузнецова. Преобразование оптического излучения в поля субволновых масштабов в конусообразных полупроводниковых волноводах. В кн.: «Оптическая спектроскопия и стандарты частоты» под редакцией Е.А.Виноградова и Л.Н. Синицы, Том 3, Глава 2, Раздел 2.6, сс. 331-356, Издательство института оптики атмосферы СО РАН, Томск 2009. 
7 Т.И. Кузнецова, В.С. Лебедев. Прохождение световых волн через наноапертуру цилиндрического волновода. В кн.: «Оптическая спектроскопия и стандарты частоты» под редакцией Е.А. Виноградова и Л.Н. Синицы, Том 3, Глава 2, Раздел 2.7, сс. 356-400, Издательство института оптики атмосферы СО РАН, Томск 2009. 
8 В.И. Ролдугин, Квантоворазмерные металлические коллоидные системы, Успехи химии, Том 69, № 10, сс. 899-923 (2000). 
9 W.A. de Heer, The physics of simple metal clusters: experimental aspects and simple models, Rev. Mod. Phys., Vol. 65, № 3, pp. 611-676 (1993). 
10 Р.Б. Васильев, Д.Н. Дирин, А.М. Гаськов, Полупроводниковые наночастицы с пространственным разделением носителей заряда: синтез и оптические свойства, Успехи химии, Том 80, № 12, сс. 1190-1210 (2011). 
11 D. Bera, L. Qian, T.-K. Tseng, P.H. Holloway, Quantum Dots and Their Multimodal Applications: A Review, Materials, Vol. 3, pp. 2260-2345 (2010). 
12 Б.И. Шапиро, “Блочное строительство” агрегатов полиметиновых красителей, Российские нанотехнологии, Том 3, № 3-4, сc. 72-83 (2008). 
13 М.Н. Бочкарев, А.Г. Витухновский, М.А. Каткова, Органические светоизлучающие диоды (OLED). – Н. Новгород: ДЕКОМ, 2011. – 364 с. 
14 А.Н. Ораевский, Спонтанное излучение в резонаторе, Успехи физических наук, Том 164, № 4, сс. 415-427 (1994). 
15 J.S. Biteen, L.A. Sweatlock, H. Mertens, N.S. Lewis, A. Polman, H.A. Atwater, Plasmon-Enhanced Photoluminescence of Silicon Quantum Dots: Simulation and Experiment, J. Phys. Chem. C, Vol. 111, pp. 13372-13377 (2007). 
16 К.К. Пучов, Т.Т. Басиев, Ю.В. Орловский, Спонтанное излучение в диэлектрических наночастицах, Письма в ЖЭТФ, Том 88, № 1, сс. 14-20 (2008). 
17 Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Электродинамика сплошных сред (Наука, Москва, 1982). 
18 Л.А. Вайнштейн. Электромагнитные волны (Изд. "Советское радио", Москва, 1957). 
19 Д. Маркузе. Оптические волноводы (Мир, Москва, 1974). 
20 К. Борен, Д. Хафмен, Поглощение и рассеяние света малыми частицами (М.: Мир, 1986). 
  
 Список дополнительной литературы 
1 B. Hecht, B. Sick, U.P. Wild, V. Deckert, R. Zenobi, O.J.F. Martin, D.W. Pohl, Scanning near-field optical microscopy with aperture probes: Fundamentals and applications, J. Chem. Phys., Vol. 112, pp. 7761-7774 (2000). 
2 W. Barnes, Surface plasmon–polariton length scales: a route to sub-wavelength optics, J. Opt. A: Pure Appl. Opt., Vol. 8, p. S87 (2006). 
3 T.I. Kuznetsova, V.S. Lebedev, Complex Flow and Reflection of the Evanescent Waves From a Nanometer-Sized Hole in a Cylindrical Waveguide, Phys. Rev. E, Vol. 78,  016607-15 (2008). 
4 Т.И. Кузнецова, В.С. Лебедев. Локализация световой энергии на нанометровых масштабах в кремниевом конусе. Письма в ЖЭТФ, Том. 79, № 2, сс. 70-74 (2004). 
5 T.I. Kuznetsova, V.S. Lebedev, Transmission of Visible and Near-Infrared Radiation Through a Near-Field Silicon Probe, Phys. Rev. B, Vol. 70, № 3, 035107, pp. 1-12 (2004).  
6 S.K. Sekatskii, Fluorescence resonance energy transfer scanning near-field optical microscopy, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A,  Vol. 362, pp. 901–919 (2004). 
7 J. R. Krenn, J.-C. Weeber, Surface plasmon polaritons in metal stripes and wires, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A,  Vol. 362, pp. 739–756 (2004). 
8 A. Hartschuh, M.R. Beversluis, A. Bouhelier, L. Novotny, Tip-enhanced optical spectroscopy, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, Vol. 362, pp. 807–819 (2004). 
9 B. Hecht, Nano-optics with single quantum systems, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A,  Vol. 362, pp. 881–899 (2004). 
10 P. Lodahl, A. F. van Driel, I.S. Nikolaev, A. Irman, K. Overgaag, D. Vanmaekelbergh, W.L. Vos, Controlling the dynamics of spontaneous emission from quantum dots by photonic crystals, Nature, Vol. 430, pp. 654-657 (2004). 
11 Photonic Bandgaps and Localization, Ed. C.M. Soukoulis, Plenum Press, New York 1993. 
12 Confined Electrons and Photons: New Physics and Applications, Eds. E. Burstein, C. Weisbuch, Plenum Press, New York 1995. 
13 V.P. Bykov, Radiation of Atoms in a Resonant Environment, World Scientific, Singapore 1993. 
14 S.J. Oldenburg, R.D. Averitt, S.L. Westcott, N.J. Halas. Nanoengineering of optical resonances, Chem. Phys. Lett., Vol. 288, p. 243 (1998). 
15 J.M. Steele, N.K. Grady, P. Nordlander, N.J. Halas. Plasmon hybridization in complex nanostructures, in: Surface Plasmon Nanophotonics, Springer Series in Optical Sciences, Vol. 131, p. 183 (2007). 
16 N.T. Fofang, T.-H. Park, O. Neumann, N.A. Mirin, P. Nordlander, N. Halas, Plexcitonic Nanoparticles: Plasmon-Exciton Coupling in Nanoshell–J-Aggregate Complexes, Nano Lett., Vol. 8, p. 3481 (2008). 
17 В.С. Лебедев, А.С. Медведев, Эффекты плазмон-экситонного взаимодействия при поглощении и рассеянии света двухслойными наночастицами металл/J-агрегат, Квантовая электроника, Том 42, № 8, сс. 701-713 (2012). 
18А.А. Ващенко, В.С. Лебедев, А.Г. Витухновский, Р.Б. Васильев, И.Г. Саматов. Электролюминесценция квантовых точек CdSe/CdS и перенос энергии экситонного возбуждения в органическом светоизлучающем диоде, Письма в ЖЭТФ, Том 96, cc. 118-122 (2012). 
19 N.I. Zheludev, Single nanoparticle as photonic switch and optical memory element, J. Opt. A: Pure Appl. Opt., Vol. 8, pp. S1-S8 (2006). 
20 В.П. Крайнов, М.Б. Смирнов, Эволюция больших кластеров под действием ультракороткого сверхмощного лазерного импульса, Успехи физических наук, Том 170, № 9, сс. 969-990 (2000).