Моделирование резонансной фокусировки пикосекундного импульса диэлектрическим микроцилиндром
Козлова Е.С., Котляр В.В., Дегтярев С.А.

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

 

DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-1-45-51

Аннотация:
С помощью FDTD-метода исследуется временная зависимость параметров фокусного пятна при резонансной фокусировке плоской ТЕ-волны на диэлектрическом микроцилиндре с показателем преломления 1,59. Показано, что по мере прохождения пикосекундного импульса через цилиндр ширина фокуса уменьшается, интенсивность в фокусе растёт, также растёт энергия моды, запасённая внутри цилиндра. После прохождения импульса в цилиндре остаётся вытекающая мода шепчущей галереи, совпадающая с модой круглого проволочного волокна с нулевой константой распространения. С течением времени энергия этой моды вытекает из цилиндра. В стационарном случае, как показало решение уравнения Гельмгольца методом конечных элементов, достигаются наилучшие параметры фокусного пятна для цилиндра с радиусом 2,1749 длины волны: ширина фокуса по полуспаду интенсивности равна 0,226 от длины волны, и максимальная интенсивность в фокусе в 60 раз превосходит интенсивность падающего света.

Ключевые слова :
резонансная фокусировка, пикосекундный импульс, мода шепчущей галереи.

Литература:

  1. Geints, Y.E. Photonic nanojet calculations in layered radially in homogeneous micrometer-sized spherical particles / Y.E. Geints, A.A. Zemlyanov, E.K. Panina // Journal of the Optical Society of America B. – 2011. – Vol. 28(8). – P. 1825.
  2. Han, L. Photonic jet generated by spheroidal particle with Gaussian-beam illumination / L. Han, Y. Han, G. Gouesbet, J. Wang, G. Grehan // Journal of the Optical Society of America B. – 2014. – ID 206847.
  3. Grojo, D. Bessel-like photonic nanojets from core-shell sub-wavelength spheres / D. Grojo, N. Sandeau, L. Boarino, C. Constantinescu, N. De Leo, M. Laus, K. Sparnnacci // Optics Letters. – 2014. – Vol. 39(13) – P. 3989-3992.
  4. Shen, Y. Ultralong photonic nanojet formed by a two-layer dielectric microsphere / Y. Shen, L.V. Wang, J. Shen // Optics Letters. – 2014. – Vol. 39(14). – P. 4120-4123.
  5. Liu, C. Photonic nanojet modulation by elliptical microcy­linders / C. Liu, L. Chang // Optik. – 2014. – http://dx.doi.org/10.1016/j.ijleo.2014.01.116.
  6. Xu, B.B. Annual focusing lens based on transformation optics / B.B. Xu, W.X. Jiang, G.X. Yu, T.J. Cui // Journal of the Optical Society of America A. – 2014. – Vol. 31(5). – P. 1135.
  7. HeifetzA. Subdiffraction optical resolution of a gold nanosphere located within the nanojet of a Mie-resonant dielectric microsphere / A. Heifetz, J.J. Simpson, S.C. Kong, A. Ta­flove, V. Backman // Optics Express. – 2007. – Vol. 15. – P. 17334.
  8. Geints, Y.E. Photonic jets from resonantly excited transparent dielectric microspheres / Y.E. Geints, A.A. Zemlya­nov, E.K. Panina // Journal of the Optical Society of America B. – 2012. – Vol. 29(4). – P. 758.
  9. Козлов, Д.А. Резонансная фокусировка лазерного света однородным диэлектрическим микроцилиндром / Д.А. Козлов, В.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2014. – Т. 38, № 3. – С. 393-396.
  10. Ваганов, В.Р. Основы теории дифракции / В.Р. Ваганов, Б.З. Каценеленбаум. – М.: Наука, 1984. – 325 с.
  11. Керимов, М.К. Исследования о нулях специальных функций Бесселя и методах их вычисления / М.К. Ке­римов // Журнал вычислительной математики и математической физики. – 2014. – Т. 54, № 9. – С. 1387-1441.
  12. Gorodetsky, M.L. Quality-factor and nonlinear properties of optical whispering gallery modes / M.L. Gorodetsky V.B. Braginsky, V.S. Ilchenko // Physics Letters A. – 1989. – Vol. 137. – P. 393-397.

© 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