Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2012, № 1 · ELECTRODYNAMICS

Металлические наноструктуры для повышения эффективности волоконно-оптических усилителей с ионами эрбия для длины волны 1,54 мкм

G.A. Denisenko1, A.A. Kurushin2

1 Учреждение Российской академии наук Институт кристаллографии имени А.В.Шубникова РАН, Москва Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В.Скобельцына, МГУ имени М.В.Ломоносова, Москва, Russia
2 Московский энергетический институт
Full text (PDF) EDN OXTCPV

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.

  • rare earth ions
  • silver nanosized tips
  • luminescence enhancement
  • optical amplifier
  • numerical modelling of optical systems
Аннотация (на русском)

Металлические наноструктуры для повышения эффективности волоконно-оптических усилителей с ионами эрбия для длины волны 1,54 мкм

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.

For citation

Denisenko G.A., Kurushin A.A. Металлические наноструктуры для повышения эффективности волоконно-оптических усилителей с ионами эрбия для длины волны 1,54 мкм // Journal of Radio Electronics. – 2012. – No. 1.

References

  1. B.R. Judd. Phys.Rev. 127, 750 (1962).
  2. G.S. Ofelt. J.Chem.Phys. 37, 511 (1962).
  3. Ch.K.Jorgensen, B.R. Judd. Mol.Phys. 8, 281 (1964).
  4. S.F.Mason, R.D.Peacock, B.Stewart. Mol.Phys. 30, 1828 (1975).
  5. D.A.Weitz, S.Garoff, C.D.Hanson, T.J.Gramila, J.I.Gersten. J.Lumin. 24/25, 83 (1981).
  6. O.L. Malta, P.A.Santa-Cruz, G.F. De Sa, F.Auzel. J.Lumin. 33, 261 (1985).
  7. Гигантское комбинационное рассеяние / Ред. Р.Ченг, Т.Фуртак. Мир, М. (1984). 484 с.
  8. О.В.Уваров, А.Л. Васильев, А.С.Авилов, Г.А.Денисенко, Ж.Ф. Де Са. Кристаллография. 33, 1546 (1988).
  9. G.A.Denisenko, L.D.Kislovskii, O.L.Uvarov, A.L.Vasil'ev, A.S.Avilov, B.F.Djurinskii, G.F.De Sa, O.L.Malta. Rev. Brasileira de Fisica. 19, 219 (1989).
  10. F. Pelle F. Abstr. Rencontre Franco-Espanol sur la Chimie et Physique de l'Etat Solide. Abstracts.Carcans-Maubuisson, France (2000). Report C-14.
  11. Г.Е.Малашкевич, Г.П.Шевченко, С.В.Сережкина, Г.А.Денисенко, П.П.Першукевич. Известия РАН, сер.физическая. 70, 1662 (2006).
  12. Г.Е.Малашкевич, А.В.Семченко, А.А.Суходола, А.П.Ступак, А.В.Суходолов, Б.В.Плющ, В.В.Сидский, Г.А.Денисенко. ФТТ 50, 1408 (2008).
  13. Г.А.Денисенко, В.А.Олейников, Г.Е.Малашкевич, А.П.Войтович, А.Г.Базылев, Б.В.Мчедлишвили, В.Стренк. ЖПС 62, 130 (1995).
  14. G.A.Denisenko, G.E.Malashkevich, T.V.Tziganova, V.G.Galstyan, A.P.Voitovich, P.P.Pershukevich, I.I.Kalosha, A.G.Bazilev, B.V.Mchedlishvili, W.Stręk, V.A.Oleinikov. Acta Physica Polonica A 90, 121 (1996).
  15. Г.Н.Флеров, В.С.Барашенков. УФН 114, 351 (1974).
  16. S.N.Dmitriev, L.I.Kravets, N.V.Simakina, V.V.Sleptsov. Radiat. Meas. 25,723 (1995).
  17. А.Н.Нечаев, В.В.Березкин, Г.С.Жданов Г.С. и др. В сб.: Трековые мембраны: синтез, структура, свойства и применения / Под ред. П.Ю.Апеля, Б.В.Мчедлишвили, М. (2004). С.42.
  18. B.V.Mchedlishvili, V.V.Beryozkin, V.A.Oleinikov, A.I.Vilensky, A.B.Vasiliev. J.Membrane Sci. 79 285 (1993).
  19. U.Kreibig, M.Vollmer. Optical properties of metal clusters. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg (1995). 531 p.
  20. М.И.Гайдук, В.Ф. Золин, Л.С. Гайгерова. Спектры люминесценции европия. Наука, М. (1974). 195 с.
  21. P.B. Johnson, R.W.Christy. Phys.Rev. B 6, 4370 (1972).
  22. H. Mertens, J.Verhoeven, A.Polman, F.D.Tichelaar. Appl.Phys.Lett. 85 1317 (2004).
  23. J.Gersten, A.Nitzan. J.Chem.Phys. 73, 3023 (1980).
  24. U.Kreibig, C.v.Fragstein. Z.Phys. 224, 307 (1969).
  25. A.Wokaun, J.P. Gordon, P.F.Liao. Phys.Rev.Lett. 28, 957 (1982).
  26. Е.В.Гобсон. Теория сферических и эллипсоидальных функций. ИЛ, М. (1952).
  27. A.Moussiaux, A.Ronveaux, A.Lucas. Can.J.Phys. 55, 1423 (1977).
  28. E.A.Taft, H.R.Philipp. Phys.Rev. 121, 1100 (1961).
  29. H.Ehrenreich, H.R.Philipp. Phys.Rev. 128, 1622 (1962).
  30. E.D.Palik Handbook of Optical Constants of Solids. Academic, Orlando. (1985). 450 p.
  31. L.A.Sweatlock, S.A.Maier, H.A.Atwater, J.J.Penninkhof, A.Polman. Phys.Rev. B 71, 235408 (2005).
  32. W.Hampe. Z.Phys. 152, 476 (1958).
  33. И.Н.Шкляревский, П.Л.Пахомов, Т.И.Корнеева. Опт. и спектр. 34, 729 (1973).
  34. В.К.Милославский, Р.Г.Яровая. Опт. и спектр. 21, 708 (1966).
  35. А.В.Митрофанов. Препринт 29, ФИАН, Москва (2003).
  36. В.А.Олейников, К.В.Соколов, И.Р.Набиев. ЖПС. 59, 123 (1993).
  37. Krenn J.R., Schider G., Rechberger W. et.al. // Apll. Phys.Lett. 2000. V.77. P.3379
  38. Numerical Techniques For Microwave And Millimeter-Wave Passive Structures. <http://ipso.ioso.ru/distance/Itoh%20book.htm> Ed. by Tatsuo Itoh, N/Y. (1989). 707 pp. <http://ipso.ioso.ru/distance/Itoh%20book.htm>
  39. [Электронный ресурс]: сайт производителя программы CST MWS. URL: www.cst.com <http://www.cst.com/>
  40. H. Yang, R. Mittra. FDTD Modeling of Metamaterials Theory and Applications. Artech House. (2009), 380 pp.
  41. С.Е. Банков, А.А.Курушин. Электродинамика и техника СВЧ для пользователей САПР. М. (2008). 276 с. http://jre.cplire.ru/jre/library/3/toc.html.
  42. G.A. Denisenko, Gutzeit E.M., Kurushin A.A. Electrodynamics Modeling of Nanosized Optical Systems. 4th International Conference on Physics of Laser Crystals. Sudak, Crimea, 12-16 September 2010, Kharkiv-Sudak, p. OC10.
  43. А.А. Курушин. Использование каналов Флоке для моделирования периодической наноструктуры. [Электронный ресурс] // Журнал радиоэлектроники. 2010. № 11. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/nov10/5/text.html