Представлена теория распространения поляритонов в сверхрешетках с резонансным плазмон-экситонным взаимодействием. Периодическая сверхрешетка состоит из конечного числа ячеек c близко расположенными квантовой ямой и монослоем металлических наночастиц. Изучается спектр смешанных мод, образованных квазидвумерными экситонами квантовых ям и дипольными плазмонами металлических частиц. Задача электродинамики решается методом функций Грина c учетом резонансной поляризации квантовых ям и частиц в самосогласованном приближении. Эффективная поляризуемость частиц сфероидальной формы, заполняющих квадратную решетку, вычислена с учетом эффекта локального поля дипольных плазмонов слоя и их " изображений", обусловленных экситонной поляризацией ближайшей квантовой ямы. Численно исследованы оптические спектры отражения сверхрешеток с квантовыми ямами GaAs/AlGaAs и частицами серебра. Особое внимание уделено режиму сверхизлучения при брэгговской дифракции поляритонов в сверхрешетке. Сверхизлучение исследовано для плазмонов и экситонов по отдельности, а также для смешанных плазмон-экситонных поляритонов. Показано, что широкий спектр отражения, связанный с плазмонами, зависит от числа ячеек в сверхрешетке и имеет узкий спектральный провал в области экситон-плазмонного расщепления Раби.Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ (грант № 14-02-01123).
ВведениеНизкоразмерные экситоны и локализованные плазмо-ны представляют собой разновидности коллективных электронных возбуждений со спектром в видимом диа-пазоне. Они имеют существенно разные оптические свойства: экситонные резонансы в полупроводниках уз-кие, а поверхностные плазмоны в металлах имеют сравнительно большую ширину при значительной доб-ротности. Индивидуальные свойства поляризационных возбуждений обоих типов достаточно хорошо извест-ны [1,2] и находят разнообразные практические приложе-ния благодаря возможности управлять ими. Актуальным становится изучение резонансных оптических явлений, обусловленных кулоновским взаимодействием плазмо-нов с низкоразмерными экситонами в наноструктурах металл−полупроводник [3,4].Установлено, что взаимодействие экситонов и плаз-монов может приводить к возмущению их состояний [5] или к образованию смешанных состояний [6][7][8][9][10][11]. Под влиянием плазмонов меняется скорость спонтанного распада экситонов [12][13][14], появляется возможность кон-центрации электромагнитной энергии на нанометро-вом масштабе и ее переноса в отсутствие переноса носителей заряда [12] и т. д. При сильном взаимо-действии экситонов с плазмонами в спектрах моле-кулярных систем [6-9] и квантовых ям [10] обнару-жено экситон-плазмонное расщепление Раби большой величины. Влияние плазмонов на экситоны большого радиуса исследовалось преимущественно для нульмер-ных экситонов в квантовых точках или микрокристал-лах [9,11-14] и для квазидвумерных экситонов в кван-товых ямах [10,[15][16][17] или полупроводниковых покрыти-ях [18]. В работах [19,20] изучались также оптические переходы в квантовых ямах с участием электромагнит-ных мод массива наноантенн. В работе [16] была раз...