Характеризация плазмонных метаповерхностей с помощью сканирующей интерферометрии белого света

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. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-07-13-26

Akhmedzhanov I.M., Baranov D.V., Zavedeev E.V., Deshpande R.A., Bozhevolnyi S.I. Characterization of gap-plasmon-based metasurfaces with scanning white-light interferometry [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 98. № 7. P. 13–26. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-07-13-26

I. M. Akhmedzhanov, D. V. Baranov, E. V. Zavedeev, R. A. Deshpande, and S. I. Bozhevolnyi, "Characterization of gap-plasmon-based metasurfaces with scanning white-light interferometry," Journal of Optical Technology. 89(7), 378-387 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000378

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.

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.