Нанофокусировка с помощью заострённых структур Дегтярев С.А., Устинов А.В., Хонина С.Н.Компьютерная оптика, 2014, том 38, №4 629
НАНОФОКУСИРОВКА С ПОМОЩЬЮ ЗАОСТРЁННЫХ СТРУКТУР Дегтярев С.А., Устинов А.В., Хонина С.Н. Институт систем обработки изображений РАН, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет), (СГАУ)Аннотация В работе показана возможность нанофокусировки в ближнем поле не только с помощью металлических, но также и диэлектрических структур с резкими краями. Исходя из вектор-ных интегралов Рэлея-Зоммерфельда, показан эффект экстраординарного усиления про-дольной компоненты электромагнитного поля вблизи разрывов функции падающего поля, связанных с резкими скачками в рельефе оптического элемента. Методом конечных эле-ментов выполнено моделирование дифракции электромагнитного излучения на остриях ме-таллических структур, а также диэлектрических структур, имеющих высокий показатель преломления. Показано, что получаемый размер фокусного пятна по полуспаду интенсив-ности FWHM (full width at a half maximum) почти прямо пропорционально зависит от ра-диуса кривизны острия структуры. Для острой фокусировки предложена оптическая схема, состоящая из накопителя, собирающего и направляющего излучение на нанофокусатор. В качестве накопителя предлагается использовать рефракционный аксикон, собирающий из-лучение на свою вершину, где располагается нанофокусатор -алюминиевая или кремние-вая наносфера. При этом необходимо освещать аксикон пучком с вихревой фазовой зави-симостью первого порядка или радиально-поляризованным пучком. Предложенная схема способна обеспечить локализацию излучения в световом пятне размером FWHM = /400.Ключевые слова: микрооптика, субволновые структуры, сингулярная оптика, нанофоку-сировка, эффект громоотвода, метод конечных элементов.
ВведениеОстрая фокусировка представляет интерес как в ближней [1][2][3][4][5][6][7], так и в дальней [8][9][10] зоне. Однако существенное преодоление дифракционного предела (более чем в 10 раз) возможно только лишь в ближ-ней зоне при возбуждении плазмонов [6].В данной работе предложено использовать эффект громоотвода [7] для усиления концентрации энергии при фокусировке. Термин «эффект громоотвода» ис-пользуется в электростатике для обозначения много-кратного усиления электростатического поля вблизи острых проводящих предметов, что объясняет такое явление, как «огни святого Эльма». Авторы встретили применение этого же термина профессором Новотным в [5] для обозначения подобного электромагнитного явления усиления поля вблизи острия проводящего объекта, а также структур с высоким показателем преломления по отношению к окружающей среде.Обычно [1, 2, 4 -7] для получения острой фокуси-ровки используются наночастицы и наноиглы, вы-полненные из металла. Эффект экстраординарного усиления максимумов интенсивности поля одновре-менно с многократным повышением пространствен-ного разрешения наблюдался также при специально организованной интерференции затухающих поряд-ков поверхностных электром...
