Научно-технический
«ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ»
издается с 1931 года
 
   
Русский вариант сайта Английский вариант сайта
   
       
   
       
Статьи последнего выпуска

Электронные версии
выпусков начиная с 2008


Алфавитный указатель
2000-2010 гг


444
Архив оглавлений
выпусков 2002-2007 гг


Реквизиты и адреса

Вниманию авторов и рецензентов!
- Порядок публикации
- Порядок рецензирования статей
- Типовой договор
- Правила оформления
- Получение авторского вознаграждения
- Редакционная этика


Контакты

Подписка

Карта сайта




Журнал с 01.12.2015 допущен ВАК для публикации основных результатов диссертаций как издание, входящее в международные реферативные базы систем цитирования (Web Science, Scopus) (см. Vak.ed.gov.ru Перечень журналов МБД 16.03.2018г)

Аннотации (07.2022) : Характеризация плазмонных метаповерхностей с помощью сканирующей интерферометрии белого света

Характеризация плазмонных метаповерхностей с помощью сканирующей интерферометрии белого света

DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-07-13-26

УДК 53.086

Ильдар Мигдатович Ахмеджанов1, Дмитрий Викторович Баранов2*, Евгений Викторович Заведеев3, Руча А. Дешпандэ4, Сергей Иосифович Божевольный5

1, 2, 3Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва, Россия

4, 5Центр нанооптики, Университет Южной Дании, Оденсе, Дания

1eldar@kapella.gpi.ru   https://orcid.org/0000-0002-5563-9261

2baranov@kapella.gpi.ru  https://orcid.org/0000-0002-1467-7739

3dodeskoden@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-8808-9895

4rad@mci.sdu.dk           https://orcid.org/0000-0001-9158-036X

5seib@mci.sdu.dk           https://orcid.org/0000-0002-0393-4859

Аннотация

Предмет исследования. Исследована возможность применения хорошо отработанного метода сканирующей интерферометрии белого света, реализованного в виде промышленно выпускаемого прибора, для характеризации перспективных метаповерхностей на основе плазмонного резонанса третьего порядка. Определение характеристик образцов выполнено для двух типов экспериментальных метаповерхностей, а именно, для бинарной решетки с периодом 12,6 мкм и фазоградиентной решетки с периодом 6,75 мкм. Цель работы. Основными целями настоящего исследования стали проверка принципиальной возможности применения промышленно выпускаемого интерферометра белого света для определения фазовых характеристик плазмонных метаповерхностей и экспериментальная оценка латерального оптического разрешения на фазовом изображении метаповерхностей. Основные результаты. Было обнаружено, что хотя метод сканирующей интерферометрии белого света изначально предназначен для измерения геометрического микрорельефа, тем не менее, его можно использовать для определения приращения фазы отраженного от исследуемых метаповерхностей оптического излучения в диапазоне (10–100)° с относительной точностью порядка 50% без какой-либо модификации алгоритма обработки сигнала. Возможность получения фазового отображения поверхности с такой точностью в этой конфигурации не очевидна, так как метаповерхность представляет собой матрицу наноэлементов с одинаковой высотой 50 нм, а фазовый сдвиг в отраженном оптическом излучении создается за счет щелевого плазмонного резонанса третьего порядка. На полученных оптических фазовых изображениях метаповерхностей элементарные (единичные) ячейки метаповерхности надежно разрешаются благодаря достаточно высокому латеральному разрешению (около 450 нм). Результаты характеризации метаповерхностей, полученные методом сканирующей интерферометрии белого света, сравниваются с результатами, полученными с использованием лабораторной установки методом сканирующей дифференциальной гетеродинной микроскопии. Обнаружено, что хотя метод сканирующей интерферометрии белого света демонстрирует лучшее латеральное разрешение по сравнению с методом сканирующей дифференциальной гетеродинной микроскопии, но он менее точен при восстановлении фазовых характеристик метаповерхностей с фазовым градиентом. Практическая значимость. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что оценка фазовых оптических характеристик наноструктурированных плазмонных метаповерхностей методом сканирующей интерферометрии белого света возможна и требует дальнейших экспериментальных и теоретических исследований.

Ключевые слова: интерферометрия белого света, метаповерхность, плазмонный резонанс, гетеродинная микроскопия

Благодарность: авторы выражают признательность сотруднику Аналитического центра НЦВО РАН при Институте общей физики им. А.М. Прохорова РАН П.А. Сомову за проведение исследования методом электронной микроскопии и предоставленные изображения образцов.

Ссылка для цитирования: Ахмеджанов И.М., Баранов Д.В., Заведеев Е.В., Дешпандэ Руча А., Божевольный С.И. Характеризация плазмонных метаповерхностей с помощью сканирующей интерферометрии белого света // Оптический журнал. 2022. Т. 98. № 7. С. 13–26. DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-07-13-26 

Коды OCIS: 110.0180, 100.5070, 180.3170, 120.3180

 

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1.    Hu J., Bandyopadhyay S., Liu Y., Shao L. A review on metasurface: From principle to smart metadevices // Front. Phys. 2021. V. 8. P. 586087. DOI: 10.3389/fphy.2020.586087

2.   Wu D., Fang F. Development of surface reconstruction algorithms for optical interferometric measurement // Front. Mech. Eng. 2021. V. 16. № 1. P. 1–31. DOI: 10.1007/s11465-020-0602-6

3.   Khadir S., Andren D., Verre R., Song Q., Monneret S., Genevet P., Kall M., Baffou G. Metasurface optical characterization using quadriwave lateral shearing interferometry // ACS Photon. 2021. V. 8. № 2. P. 603–613. DOI: 10.1021/acsphotonics.0c01707

4.   Ding F., Yang Y., Deshpande R.A., Bozhevolnyi S.I. A review of gap-surface plasmon metasurfaces: Fundamentals and applications // Nanophotonics. 2018. V. 7. № 6. P. 1129–1156. DOI: 10.1515/nanoph-2017-0125

5.   Akhmedzhanov I.M., Deshpande R.A., Baranov D.V., Bozhevolnyi S.I. Characterization of gap-plasmon based metasurfaces using scanning differential heterodyne microscopy // Sci. Rep. 2020. V. 10. P. 13524. DOI: 10.1038/s41598-020-70395-2

6.   Gao F., Leach R.K., Petzing J., Coupland J.M. Surface measurement errors using commercial scanning white light interferometers // Meas. Sci. Technol. 2007. V. 19. № 1. P. 015303. DOI: 10.1088/0957-0233/19/1/015303

7.    de Groot P., Deck L. Surface profiling by analysis of white-light interferograms in the spatial frequency domain // J. Mod. Opt. 1995. V. 42. № 2. P. 389–401. DOI: 10.1080/09500349514550341

8.   de Groot P. Principles of interference microscopy for the measurement of surface topography // Adv. Opt. Photon. 2015. V. 7. № 1. P. 1–65. DOI: 10.1364/AOP.7.000001

9.   Leach R. Optical measurements of surface topography. Berlin: Springer, 2011. 323 p. DOI: 10.1007/978-3-642-12012-1

10. Lehmann P., Xie W., Allendorf B., Tereschenko S. Coherence scanning and phase imaging optical interference microscopy at the lateral resolution limit // Opt. Exp. 2018. V. 26. № 6. P. 7376–7389. DOI: 10.1364/OE.26.007376

11.  Pors A., Albrektsen O., Radko I.P., Bozhevolnyi S.I. Gap plasmon-based metasurfaces for total control of reflected light // Sci. Rep. 2013. V. 3. P. 2155. DOI: 10.1038/srep02155

12.  Davidson M., Kaufman K., Mazor I., Cohen F. An application of interference microscopy to integrated circuit inspection and metrology // Proc. SPIE. 1987. V. 0775. P. 233–247. DOI: 10.1117/12.940433

13.  Larkin K.G. Efficient nonlinear algorithm for envelope detection in white light interferometry // JOSA A. 1996. V. 13. № 4. P. 832–843. DOI: 10.1364/JOSAA.13.000832

14.  de Groot P.J. The meaning and measure of vertical resolution in optical surface topography measurement // Appl. Sci. 2017. V. 7. № 1. P. 54. DOI: 10.3390/app7010054

15.  Baranov D.V., Zolotov E.M. Superresolution processing of the response in scanning differential heterodyne microscopy // Advances in information optics and photonics / eds by Friberg A.T., Dandliker R. Bellingham: SPIE, 2008. P. 229–250. DOI: 10.1117/3.793309.ch12

16.       Lehmann P., Tereschenko S., Xie W. Fundamental aspects of resolution and precision in vertical scanning white-light interferometry // Surf. Topogr.: Metrol. Prop. 2016. V. 4. № 2. P. 024004. DOI: 10.1088/2051-672X/4/2/024004