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

Автор(и)

  • Ольга Владимировна Шаповал Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины, Україна

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347015050027

Ключові слова:

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

Анотація

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.

Біографія автора

Ольга Владимировна Шаповал, Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины

Лаборатория микро и нанооптики, младший научный сотрудник.

Посилання

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.

##submission.downloads##

Опубліковано

2015-05-18

Як цитувати

Шаповал, О. В. (2015). Рассеяние световых волн на конечных решетках из металлических нанолент: метод Найстрема и резонансные эффекты. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 58(5), 18–29. https://doi.org/10.20535/S0021347015050027

Номер

Том 58 № 5 (2015)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2015 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.