en
Назад
УДК: 535.42
Особенности рассеяния света частицами с большим коэффициентом преломления
Полный текст «Оптического журнала»
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
Трибельский М.И. Особенности рассеяния света частицами с большим коэффициентом преломления // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 7. С. 4–12.
Tribelskiy M.I. Features of light scattering by particles with a high absorption coefficient [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2017. V. 84. № 7. P. 4–12.
M. I. Tribel’skiĭ, "Features of light scattering by particles with a high absorption coefficient," Journal of Optical Technology. 84(7), 431-438 (2017). https://doi.org/10.1364/JOT.84.000431
Представлен краткий обзор по резонансному рассеянию света субволновыми частицами с большим коэффициентом преломления и малой диссипацией. Показано, что вне частицы каждая парциальная мода может быть представлена как суперпозиция бесконечных каскадов резонансов Фано. Выяснена природа этих резонансов. Приведены простые соотношения, непосредственно выражающие параметры асимметричной линии Фано через размер частицы, волновое число падающего излучения и комплексный коэффициент преломления. Внутри частицы резонансы характеризуются традиционной лоренцевской формой линии, однако амплитуда резонансов может быть очень велика, а резонансы различных порядков могут существенно перекрываться. Это создает условия для гигантского (на порядки величин) усиления поля внутри такой частицы, а также для управления контрастом этого поля. Указанные свойства открывают новые возможности для создания нелинейных гетерогенных наноструктур и других метаматералов.
рассеяние света, резонансы Ми, наночастицы
Благодарность:Автор благодарен Юрию Гальперину (Yuri Galperin) за критическое прочтение рукописи и ценные замечания.
Коды OCIS: 290.4020, 290.5825, 160.4236
Список источников:1. Kerker M. The scattering of light and other electromagnetic radiation. N.Y.: AP, 1969. 666 p.
2. Mie G. Beiträge zur Optik trüber Medien speziell kolloidaler Goldlösungen (Сontributions to the optics of diffuse media, especially colloid metal solutions) // Ann. Physik. 1908. B. 25. S. 377–445.
3. Трибельский М.И. Резонансное рассеяние света малыми частицами // ЖЭТФ. 1984. Т. 86. С. 915–919.
4. Tribelsky M.I., Luk’yfnchuk B.S. Anomalous light scattering by small particles // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 97. P. 263902.
5. Лукьянчук Б.С., Трибельский М.И. Аномальное рассеяние света малыми частицами и обратная иерархия оптических резонансов // Памяти М.Н. Либенсона / Под ред. Раскина Д.И., Яковлева Е.Б., Шандыбиной Г.Д. СПб.: ИТМО, 2005. С. 1011–1017.
6. Лукьянчук Б.С., Трибельский М.И., Терновский В.В. Рассеяние света на наночастицах вблизи частот плазмонных резонансов // Оптический Журнал. 2006. Т. 73. № 6. С. 7–14.
7. Luk’yanchuk B.S., Wang Z.B., Tribelsky M.I., Hong M.H., Chong T.C. Peculiarities of light scattering by nanoparticles and nanowires near plasmon resonance frequencies // J. Phys.: Conf. Series. 2007. V. 59. P. 234–239.
8. Luk’yanchuk B.S., Tribelsky M.I., Ternovsky V.,Wang. Z.B., Hong M.H., Shi L.P., Chong T.C. Peculiarities of light scattering by nanoparticles and nanowires near plasmon resonance frequencies in weakly dissipating materials // J. Opt. A: Pure and Appl. Opt. 2007. V. 9. P. S294–S300.
9. Luk’yanchuk B.S., Chong T.C., Shi L.P., Tribelsky M.I., Wang Z.B., Li L., Qui C.-W., Sheppard C. J. R., Wu J.H. What we expect from weakly dissipating materials at the range of plasmon resonance frequencies // IEEE PhotonicsGlobal@Singapore (IPGS). 2008. V. 1&2. P. 187–190.
10. Fano U. Sullo spettro di assorbimento dei gas nobili presso il limite dello spettro d’arco // Nuovo Cimento. 1935. V. 12. P. 154–161.
11. Fano U. Effects of configuration interaction on intensities and phase shifts // Phys. Rev. 1961. V. 124. P. 1866–1878.
12. Wood R. On the remarkable case of uneven distribution of light in a diffraction grating spectrum // Proc. R. Soc. London, Ser. A. 1902. V. 18. P. 269–275.
13. Miroshnichenko A.E., Flach S., Kivshar Y.S. Fano resonances in nanoscale structures // Rev. Mod. Phys. 2010. V. 82. P. 2257.
14. Luk’yanchuk B., Zheludev N.I., Maier S.A., Halas N.J., Nordlander P., Giessen H., Chong T.C. The Fano resonance in plasmonic nanostructures and metamaterials // Nature Materials. 2010. V. 9. P. 707–715.
15. Kuznetsov A.I., Miroshnichenko A.E., Brongersma M.L., Kivshar Y.S., Luk’yanchuk B. Optically resonant dielectric nanostructures // Science. 2016. V. 354. № 6314. P. aag2472.
16. Tribelsky M.I., Flach S., Miroshnichenko A.E., Gorbach A., Kivshar Y.S. Light scattering by a finite obstacle and Fano resonances // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. P. 043903.
17. Tribelsky M.I., Geffrin J.-M., Litman A., Eyraud C., Moreno F. Small dielectric spheres with high refractive index as new multifunctional elements for optical devices // Sci. Rep. 2015. V. 5. P. 12288.
18. Polyanskiy M. Refractive index database // http://refractiveindex.info/
19. Rybin M.V., Samusev K.B., Sinev I.S., Semouchkin G., Semouchkina E., Kivshar Y.S., Limonov M.F. Mie scattering as a cascade of Fano resonances // Opt. Exp. 2013. V. 21. P. 30107–30113.
20. Rybin M.V., Filonov D.S., Belov P.A., Kivshar Y.S., Limonov M.F. Switching from visibility to invisibility via Fano resonances: Theory and experiment // Sci. Rep. 2015. V. 5. P. 8774.
21. Менский М.Б. Диссипация и декогеренция квантовых систем // УФН. 2003. Т. 173. № 11. С. 1199–1219.
22. Tribelsky M.I., Miroshnichenko A.E., Kivshar Y.S. Unconventional Fano resonances in light scattering by small particles // Europhys. Lett. 2012. V. 97. P. 44005.
23. Tribelsky M.I., Miroshnichenko A.E. Giant in-particle field concentration and Fano resonances at light scattering by high-refractive index particles // Phys. Rev. A. 2016. V. 93. P. 053837.
24. Tribelsky M.I., Geffrin J.-M., Litman A., Eyraud C., Moreno F. Directional Fano resonances at light scattering by a high refractive index dielectric sphere // Phys. Rev. B. 2016. V. 94. P. 121110(R).
25. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982. 620 с.
26. Tribelsky M. Peculiarities of light scattering by particles with high refractive index // Program Int. Symp. FLAMN-16. St. Petersburg, Russia, 2016. P. 14.
27. Kapitanova P., Ternovski V., Miroshnichenko A., Pavlov N., Belov P., Kivshar Y., Tribelsky M. Giant field enhancement in high-index dielectric subwavelength particles // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 731.