Nanofocusing by sharp edges

Abstract

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...

Contribution Samara scientists in the development of the journal "Computer Optics"

“…Even The scope of research topics covered by the journal has been extended during 10 years of its publication, now embracing new areas such as plasmonics and diffractive nanophotonics [31][32][33][34][35][36][37][38][39][40][41][42][43], geo-information technologies [44][45][46][47], systems of technical vision [48][49][50][51][52], interpretation and understanding of nanoscale objects images [53][54][55][56], intellectual analysis of video streams [57][58], optical computations [59][60][61], analysis of hyperspectral data [62][63][64], development of hyperspectrometers for Earth remote sensing [65][66][67][68], new types of laser beams with unique properties [69][70][71], sharp focusing [72][73][74], new types of lighting devices [75][76]. Furthe...…”

For the anniversary of professor S.N. Khonina

“…To implement best focus conditions it is necessary not only to increase the numerical aperture of the focusing system [71,[74][75][76], but also to provide a definite combination of polarization and spatial properties of the focused beams. Most existing lasers emit a linearly polarized light, but the most interesting results were found when radiation with radial and azimuthal polarization is focused.…”

Study of Superoscillating Functions Application to Overcome the Diffraction Limit with Suppressed Sidelobes

“…Near-field optics study fields near a radiation source or an impact surface, which implies consideration of evanescent waves [13,14]. In this case, there are no restrictions on the size of the light spot-the localization of the laser spot can be arbitrarily small [15][16][17][18][19], but this method is not suitable for optical systems intended to transmit information over significant distances.…”