Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ по подписке

Рассеяние световых волн на конечных решетках из металлических нанолент: метод Найстрема и резонансные эффекты

Ольга Владимировна Шаповал

Аннотация


Предложен эффективный и быстро сходящийся численный алгоритм для моделирования задач рассеяния световых волн на конечных решетках, состоящих из тонких (тоньше, чем длина волны в свободном пространстве) металлических нанолент. Модель основана на использовании обобщенных граничных условий (ОГУ), которые позволяют исключить из рассмотрения поле внутри каждой из лент и свести двумерную краевую задачу к одномерным системам сингулярных/гиперсингулярных интегральных уравнений (ИУ). Полученные ИУ решаются численно с помощью метода Найстрема и квадратурных формул интерполяционного типа обеспечивая гарантированную сходимость и контролируемую точность. Приведены результаты расчетов характеристик рассеяния и поглощения света на решетках, состоящих из серебряных нанолент, в зависимости от ширины и толщины лент, периода решетки. Изучена природа резонансных явлений — интенсивное рассеяние и поглощение света при возбуждении плазмонных мод (плазмонов) и решеточных мод, порожденных периодичностью.


Ключевые слова


тонкая нанолента; обобщенные граничные условия; сингулярные интегральные уравнения; гиперсингулярные интегральные уравнения; метод Найстрема; рассеяние и поглощение волн; плазмон; решеточный резонанс

Полный текст:

PDF

Литература


Søndergaard T. Strip and gap plasmon polariton optical resonators / T. Søndergaard, S. I. Bozhevolnyi // Phys. Stat. Sol. (B). — 2008. — Vol. 245, No. 1. — P. 9–19. — DOI : http://dx.doi.org/10.1002/pssb.200743225.

Natarov D. M. Periodicity-induced effects in the scattering and absorption of light by infinite and finite gratings of circular silver nanowires / D. M. Natarov, V. O. Byelobrov, R. Sauleau, T. M. Benson, A. I. Nosich // Optics Express. — 2011. — Vol. 19, No. 22. — P. 22176–22190. — DOI : http://dx.doi.org/10.1364/OE.19.022176.

Natarov D. M. Periodicity-enhanced plasmon resonances in the scattering of light by sparse finite gratings of circular silver nanowires / D. M. Natarov, R. Sauleau, A. I. Nosich // IEEE Photonics Technol. Lett. — 2012. — Vol. 24, No. 1. — P. 43–45. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/LPT.2011.2172203.

Ghenuche P. Optical extinction in a single layer of nanorods / P. Ghenuche, G. Vincent, M. Laroche, N. Bardou, R. Haïdar, J.-L. Pelouard, S. Collin // Phys. Rev. Lett. — 2012. — Vol. 109. — P. 143903. — DOI : http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.143903.

Byelobrov V. O. Binary grating of subwavelength silver and quantum wires as a photonic-plasmonic lasing platform with nanoscale elements / V. O. Byelobrov, T. M. Benson, A. I. Nosich // IEEE J. Selected Topics Quantum Electron. — 2012. — Vol. 18, No. 6. — P. 1839–1846. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/JSTQE.2012.2213586.

Zinenko T. L. Accurate analysis of light scattering and absorption by an infinite flat grating of thin silver nanostrips in free space using the method of analytical regularization / T. L. Zinenko, M. Marciniak, A. I. Nosich // IEEE J. Selected Topics Quantum Electron. — 2013. — Vol. 19. No. 3. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/JSTQE.2012.2227685.

Kottmann J. P. Accurate solution of the volume integral equation for high-permittivity scatterers / J. P. Kottmann, O. J. F. Martin // IEEE Trans. Antennas Propag. — Nov. 2000. — Vol. 48, No. 11. — P. 1719–1726. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/8.900229.

Giannini V. Calculations of light scattering from isolated and interacting metallic nanowires of arbitrary cross section by means of Green’s theorem surface integral equations in parametric form / V. Giannini, J. A. Sànchez-Gil // JOSA A. — 2007. — Vol. 24, No. 9. — P. 2822–2830. — DOI : http://dx.doi.org/10.1364/JOSAA.24.002822.

Bleszynski E. Surface-integral equations for electromagnetic scattering from impenetrable and penetrable sheets / E. Bleszynski, M. Bleszynski, T. Jaroszewicz // IEEE Antennas Propag. Magazine. — Dec. 1993. — Vol. 35, No. 6. — P. 14–25. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/74.248480.

Shapoval O. V. Scattering and absorption of waves by flat material strips analyzed using generalized boundary conditions and Nystrom-type algorithm / O. V. Shapoval, R. Sauleau, A. I. Nosich // IEEE Trans. Antennas Propag. — Sept. 2011. — Vol. 59, No. 9. — P. 3339–3346. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/TAP.2011.2161547.

Balaban M. V. Nystrom-type techniques for solving electromagnetics integral equations with smooth and singular kernels / M. V. Balaban, E. I. Smotrova, O. V. Shapoval, V. S. Bulygin, A. I. Nosich // Int. J. Numer. Model.: Electronic Networks, Devices and Fields. — 2012. — Vol. 25, Nos. 5-6. — P. 490–511. — DOI : http://dx.doi.org/10.1002/jnm.1827.

Johnson P. B. Optical constants of the noble metals / P. B. Johnson, R. W. Christy // Phys. Rev. B. — 1972. — Vol. 6, No. 12. — P. 4370–4379. — DOI : http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.6.4370.

Гандель Ю. В. Обоснование численного решения одного гиперсингулярного интегрального уравнения / Ю. В. Гандель, F. C. Кононенко // Дифференциальные уравнения. — 2006. — Т. 42, № 9. — С. 1256–1262. — Режим доступа : http://elibrary.ru/item.asp?id=9296601.

Sukharevsky I. O. Validity and limitations of the median-line integral equation technique in the scattering by material strips of sub-wavelength thickness / I. O. Sukharevsky, O. V. Shapoval, A. Altintas, A. I. Nosich // IEEE Trans. Antennas Propag. — July 2014. — Vol. 62, No. 7. — P. 3623–3631. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/TAP.2014.2316295.




DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347015050027

Метрики статей

Загрузка метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.





© Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника, 2004–2017
При копировании активная ссылка на материал обязательна
ISSN 2307-6011 (Online), ISSN 0021-3470 (Print)
т./ф. +38044 204-82-31, 204-90-41
Условия использования сайта