Резонансная спектроскопия фотонных кристаллов и метаматериалов

Резонанс Фано в неупорядоченных фотонных структурах


В одномерных двухкомпонентных фотонных структурах типа ABAB…. с беспорядком по величине диэлектрической проницаемости наблюдается резонанс Фано, который приводит к удивительному эффекту: на месте брэгговской полосы непропускания упорядоченного кристалла (a) в неупорядоченной структуре появляется брэгговская полоса пропускания (b).

1. M.V. Rybin, M.F. Limonov, A.B. Khanikaev, C.M. Soukoulis, глава 2.1. в книге “Optical properties of photonic structures: interplay of order and disorder” Editors: M.F. Limonov and R.M. De La Rue. CRC Press, Taylor & Francis Group (2012).
2. A.N. Poddubny, M.V. Rybin, M.F. Limonov, Yu.S. Kivshar. Fano interference governs wave transport in disordered systems. Nature Communications, 3, 914 (2012).

 

Резонанс Фано в диэлектрических наноантеннах


Диаграмма направленности диэлектрической наноантенны типа классической антенны Яги-Уда (а) описывается в модели пространственного резонанса Фано. Переключение диаграммы вперед – назад происходит в зависимости от расстояния между активным вибратором и директором в форме сферы из диэлектрика (b).

M.V. Rybin et al., Fano resonances in antennas: general control over radiation pattern. Phys. Rev. B, 88, 205106 (2013).


Рассеяние Ми = каскадам резонансов Фано

Впервые было установлено, что рассеяние Ми, которое хорошо известно и исследовалось тысячи раз, представляет собой каскады резонансов Фано между узкополосными модами Ми и широкополосным нерезонансным рассеянием.

M.V. Rybin, et. al., Mie scattering as a cascade of Fano resonances. Optics Express Vol. 21, Iss. 24, pp. 30107–30113 (2013).


Невидимость диэлектрических объектов

Характерной особенностью резонанса Фано является обращение в ноль контура линии на определенной частоте, что означает отсутствие рассеяния на диэлектрическом объекте сферической или цилиндрической формы. Таким образом, объект становится невидимым для стороннего наблюдателя без дополнительных экранирующих устройств.
M.V. Rybin, D.S. Filonov, P.A. Belov, Yu.S. Kivshar, and M.F. Limonov. Switching from visibility to invisibility via Fano resonances: theory and experiment. Sci. Rep. 5, 8774 (2015).

Руководители направления: Михаил Валерьевич Рыбин, Михаил Феликсович Лимонов.

Проекты:

Резонанс Фано и фазовый переход между фотонными кристаллами и метаматериалами

Фазовый переход фотонный кристалл→метаматериал изучается теоретически и экспериментально путем исследования фотонных свойств 2D квадратной структуры, образованной однородными диэлектрическими цилиндрами. В фазе фотонного кристалла самыми низкими в энергетической шкале являются резонансы Брэгга, резонансы Ми расположены по энергии выше. Фазовый переход в фазу метаматериала происходит тогда, когда при изменении параметров структуры (например, при изменении постоянной решетки) резонансы Ми пересекают все брэгговские резонансы и становятся самым низким по энергии резонансами структуры.

Для экспериментальной проверки модели перехода была создана структура («метакристалл»), состоящая из однородных диэлектрических цилиндров, образующих 2D квадратную решетку. Цилиндры заполнены водой, которая в микроволновом диапазоне имеет высокую диэлектрическую проницаемость. Спектры пропускания метакристалла-2016 были исследованы в микроволновом диапазоне в зависимости от фактора заполнения и температуры. Получено прекрасное совпадение экспериментальных данных с расчетными результатами.

В результате была построена фазовая диаграмма фотонный кристалл – метаматериал для двумерной квадратной структуры, состоящей из диэлектрических цилиндров.

M.V. Rybin, D.S. Filonov, K.B. Samusev, P.A. Belov, Yu.S. Kivshar, and M.F. Limonov. Phase diagram for the transition from photonic crystals to dielectric metamaterials. Nature Communications, 6, 10102 (2015).


 

Информация © 2015-2017 Университет ИТМО
Разработка © 2015 Департамент информационных технологий