МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ НАНОСТРУКТУРЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ УСИЛИТЕЛЕЙ С ИОНАМИ ЭРБИЯ ДЛЯ ДЛИНЫ ВОЛНЫ 1.54 МКМ

 Г. А. Денисенко ^{1 , 2}, А. А. Курушин ³

¹ Учреждение Российской академии наук Институт кристаллографии имени А.В.Шубникова РАН, Москва

² Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В.Скобельцына , МГУ имени М.В.Ломоносова, Москва

³ Московский энергетический институт

 Получена 23 января 2012 г.

 

Аннотация. Для исследования явления люминесценции адсорбированных сред с ионами редкоземельных элементов, обусловленного плазмонами, применены серебряные поверхности с расположенной на них системой наноразмерных острий, изготавливаемые с использованием трековых мембран. Даны основные соотношения, определяющие частоты плазмонных колебаний электронных систем острий, промоделированных полусфероидальными выступами. Проанализировано влияние на эти частоты взаимодействия между диполями, возникающими в остриях. Определены параметры систем серебряных наноострий для обеспечения усиления люминесценции сред с ионами эрбия, широко используемых в настоящее время в волоконно-оптических усилителях для длины волны 1.54 микрона. Получены и охарактеризованы экспериментальные образцы острийных наноструктур для проведения спектрально- люминесцентных измерений для случая сред, содержащих ионы европия.  Выполнено численное моделирование частотных характеристик типичных острийных наноструктур методом конечных разностей во временной области FDTD. Полученные результаты расчетов на программе SCT Microwave Studio сравниваются с экспериментальными данными.

Ключевые слова: Редкоземельные ионы; серебряные наноразмерные острии; усилении люминисценции; волоконно-оптический усилитель; поверхностные плазмоны; численное моделирование оптических систем.

Abstract. Well-ordered metal structures, i.e. arrays of nanosized tips on silver surface for studies of the luminescence enhancement of absorbed media with rare earth ions were used. These arrays were prepared by the metal evaporation on track membranes. Calculations of resonance frequencies of tips regarded as semispheroids were done taking into account the interaction between dipoles of tips. Contemporary software for electrodynamics modeling can be applied to regard the mentioned above nanosized optical systems too. By using FDTD from CST Microwave Studio preliminary calculations for extinction cross section of silver tip arrays and other nanosized gold and silver metal structures have been performed. Distributions of the electromagnetic fields and different characteristics of the fields have been obtained.
Keywords: rare earth ions; silver nanosized tips; luminescence enhancement; optical amplifier; plasmon modes; numerical modelling of optical systems.