RU177940U1 - Источник генерации второй гармоники - Google Patents
Источник генерации второй гармоники Download PDFInfo
- Publication number
- RU177940U1 RU177940U1 RU2017123611U RU2017123611U RU177940U1 RU 177940 U1 RU177940 U1 RU 177940U1 RU 2017123611 U RU2017123611 U RU 2017123611U RU 2017123611 U RU2017123611 U RU 2017123611U RU 177940 U1 RU177940 U1 RU 177940U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- range
- harmonic generation
- model
- near infrared
- Prior art date
Links
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 21
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001443 photoexcitation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000005405 multipole Effects 0.000 description 1
- 229910021423 nanocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2/00—Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
- G02F2/02—Frequency-changing of light, e.g. by quantum counters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области физики и служит для преобразования падающего лазерного излучения ближнего инфракрасного диапазона в излучение видимого диапазона и может быть использована в нелинейной спектроскопии, биофотонике, а также для широкополосного фотовозбуждения окружающих его нанообъектов (молекул красителей, квантовых точек, биологических объектов, резонансных наноструктур и др.). Источник состоит из диэлектрического резонатора сферической формы на основе поликристаллического кремния, радиус которого лежит в диапазоне от 40 нм до 120 нм, и располагается на золотом слое, толщина которого не менее 40 нм. Заявляемая полезная модель обеспечивает повышение коэффициента преобразования энергии падающего излучения ближнего инфракрасного диапазона в излучение видимого диапазона. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к области физики и служит для преобразования падающего лазерного излучения ближнего инфракрасного диапазона в излучение видимого диапазона и может быть использована для нелинейной спектроскопии, в биофотонике, а также для широкополосного фотовозбуждения окружающих ее нанообъектов (молекул красителей, квантовых точек, биологических объектов, резонансных наноструктур и др.).
Известен источник генерации второй гармоники ( Butet et al. «Optical Second Harmonic Generation of Single Metallic Nanoparticles Embedded in a Homogeneous Medium», Nano Lett., 10 (5), 1717-1721, 2010), представляющий собой наночастицу из золота размера 150 нм, помещенную в однородную среду. При облучении частицы фемтосекундным лазером с рабочей длиной волны 794 нм, генерация второй гармоники наблюдалась на длине волны равной 397 нм. Данный источник имеет высокие диссипативные потери, что не позволяет его эффективно использовать для генерации второй гармоники.
Наиболее близкий аналог, предлагаемой полезной модели и выбранный в качестве прототипа, представляет собой источник генерации второй гармоники из частицы, являющейся диэлектрическим резонатором сферической формы на основе поликристаллического кремния, на стеклянной подложке (S.V. Makarov et al. ((Efficient Second-Harmonic Generation in Nano crystalline Silicon Nanoparticle», Nano Lett., 17 (5), 3047, 2017). Сравнение генерации второй гармоники от вышеописанной частицы и от аморфной пленки кремния показало, что интенсивность второй гармоники в первом случае более чем в два раза выше по сравнению с интенсивностью второй гармоники от аморфной пленки кремния. Происхождение таких высоких значений эффективности объясняется двумя основными эффектами. Первый эффект заключается в поликристалличности структуры наночастицы, что приводит к локальному нарушению инверсной симметрии и вызывает усиленный оптический отклик второго порядка. Второй эффект связан с возбуждением Ми-резонансов в наночастице кремния. В данной работе использовался фемтосекундный лазер с рабочей длиной волны 1050 нм. Таким образом, генерация второй гармоники от наночастицы кремния наблюдалась на длине волны 525 нм. Недостатком прототипа является ограниченная интенсивность выходного излучения видимого диапазона, необходимого для эффективного использования в нелинейной спектроскопии и биофотонике.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является увеличение интенсивности выходного излучения видимого диапазона.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в повышении коэффициента преобразования энергии падающего инфракрасного излучения в энергию излучения видимого диапазона. Данный технический результат достигается тем, что источник генерации второй гармоники, состоящий из размещенного на подложке диэлектрического резонатора сферической формы на основе поликристаллического кремния, отличается тем, что радиус резонатора лежит в диапазоне от 40 нм до 120 нм, а подложка выполнена из золотого слоя, толщина которого равна не менее 40 нм. Описанная структура источника генерации второй гармоники приводит к усилению возбуждаемых внутри диэлектрического резонатора мультипольных моментов электромагнитного поля. Параметры наночастицы подобраны для наиболее эффективного возбуждения электрической дипольной моды диэлектрического резонатора. За счет этого, а также за счет взаимодействия наночастицы с золотым слоем достигается увеличение коэффициента преобразования энергии падающего излучения ближнего инфракрасного диапазона в излучение видимого диапазона.
Сущность полезной модели поясняется на фиг., где приведена геометрическая структура источника генерации второй гармоники. Источник включает в себя диэлектрический резонатор 1 сферической формы на основе поликристаллического кремния радиуса R и золотой слой 2 толщиной h.
Источник генерации второй гармоники работает следующим образом. В силу того, что преобразование частот падающего излучения должно происходить в нелинейном режиме, источник генерации второй гармоники должен облучаться лазерным импульсом (на фиг. не показан) с интенсивностью не менее 100 МВт/см2. Преобразование данного импульса в излучение на кратной частоте происходит в диэлектрическом резонаторе 1 за счет наведения нелинейной поляризации второго порядка, которая возникает вследствие поликристаллической структуры резонатора 1. Размещение диэлектрического резонатора 1 на золотом слое 2 вызывает усиление локальных электрических полей внутри резонатора 1 вследствие возбуждения поверхностных плазмон поляритонов на поверхности золотого слоя, что приводит к значительному увеличению интенсивности излучения в видимом диапазоне. Выбор золота в качестве материала для слоя 2 вызван его устойчивостью к окислению, а также наиболее подходящей частотной характеристикой плазмонного резонанса, которая позволяет добиться максимального усиления локальных электрических полей внутри резонатора 1. Материал резонатора 1 поглощает падающее излучение, которое усиливается и преобразует его в излучение с удвоенной частотой. В результате от наночастицы происходит излучение видимого диапазона.
Многочисленные расчеты и результаты экспериментальных исследований показали, что интенсивность излучения второй гармоники предлагаемого устройства более чем на порядок выше, чем интенсивность излучения второй гармоники прототипа при радиусе R, лежащем в диапазоне 40 нм < R < 120 нм, и толщине золотого слоя h≥40 нм.
В качестве примера конкретной реализации предлагается источник генерации второй гармоники, состоящий из диэлектрического резонатора 1 сферической формы на основе поликристаллического кремния радиуса 60 нм и золотого слоя 2 с толщиной 40 нм. Данные параметры подобраны для наиболее эффективного преобразования лазерных импульсов на длине волны равной 1050 нм. Усиление электрического поля и положения резонансов были рассчитаны в профессиональном программном пакете для электродинамических численных вычислений COMSOL Multiphysics. Интенсивность генерации второй гармоники данной конкретной реализации в 14 раз выше, чем у прототипа.
Таким образом, в заявляемой полезной модели происходит повышение коэффициента преобразования энергии падающего излучения ближнего инфракрасного диапазона в излучение видимого диапазона.
Claims (1)
- Источник генерации второй гармоники, состоящий из размещенного на подложке диэлектрического резонатора сферической формы на основе поликристаллического кремния, отличающийся тем, что радиус резонатора лежит в диапазоне от 40 нм до 120 нм, а подложка выполнена в виде золотого слоя толщиной не менее 40 нм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017123611U RU177940U1 (ru) | 2017-07-05 | 2017-07-05 | Источник генерации второй гармоники |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017123611U RU177940U1 (ru) | 2017-07-05 | 2017-07-05 | Источник генерации второй гармоники |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU177940U1 true RU177940U1 (ru) | 2018-03-16 |
Family
ID=61628880
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017123611U RU177940U1 (ru) | 2017-07-05 | 2017-07-05 | Источник генерации второй гармоники |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU177940U1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5249191A (en) * | 1990-11-05 | 1993-09-28 | Fujitsu Limited | Waveguide type second-harmonic generation element and method of producing the same |
US5412502A (en) * | 1992-01-24 | 1995-05-02 | Hitachi Metals, Ltd. | Second harmonic generating element and the production method thereof |
US5991067A (en) * | 1996-09-06 | 1999-11-23 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical waveguide substrate, optical waveguide device, second harmonic generation device, and process of producing optical waveguide substrate |
RU152259U1 (ru) * | 2014-09-26 | 2015-05-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (НГУ) | Генератор второй гармоники излучения |
-
2017
- 2017-07-05 RU RU2017123611U patent/RU177940U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5249191A (en) * | 1990-11-05 | 1993-09-28 | Fujitsu Limited | Waveguide type second-harmonic generation element and method of producing the same |
US5412502A (en) * | 1992-01-24 | 1995-05-02 | Hitachi Metals, Ltd. | Second harmonic generating element and the production method thereof |
US5991067A (en) * | 1996-09-06 | 1999-11-23 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical waveguide substrate, optical waveguide device, second harmonic generation device, and process of producing optical waveguide substrate |
RU152259U1 (ru) * | 2014-09-26 | 2015-05-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (НГУ) | Генератор второй гармоники излучения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rassekh et al. | Effect of plasmonic Aluminum nanoparticles shapes on optical absorption enhancement in silicon thin-film solar cells | |
As' ham et al. | Mie exciton-polariton in a perovskite metasurface | |
Chau et al. | Surface plasmon resonances effects on different patterns of solid-silver and silver-shell nanocylindrical pairs | |
El-Bashar et al. | Analysis of highly efficient quad-crescent-shaped Si nanowires solar cell | |
RU177940U1 (ru) | Источник генерации второй гармоники | |
Divya et al. | Morphology dependent dispersion of third-order optical nonlinear susceptibility in TiO 2 | |
Hu et al. | Enhanced near-field radiative heat transport between graphene metasurfaces with symmetric nanopatterns | |
Gonchar et al. | Effects of light localization in photoluminescence and Raman scattering in silicon nanostructures | |
WO2005111584A2 (en) | Method and apparatus for enhancing plasmon-polariton and phonon polariton resonance | |
RU177658U1 (ru) | Нелинейная диэлектрическая наноантенна | |
CN214203981U (zh) | 基于嵌入金属纳米结构的全介质超表面太赫兹光电导天线 | |
Chen et al. | Enhancement of two-photon absorption photoresponse based on whispering gallery modes | |
Kim et al. | Raman spaser in a plasmonic nanoantenna embedded with raman-active nanoparticle | |
RU176397U1 (ru) | Активный оптический элемент на основе перовскита с резонансными наночастицами | |
RU194033U1 (ru) | Активная диэлектрическая наноантенна | |
Chandan et al. | Analysis of plasmonics-based nano-structured MSM-PDs for enhanced light absorption | |
Alinejad et al. | Design and optimization of a 3D pyramidal nanowaveguide with a square cross-section for plasmonic field enhancement for high harmonic generation | |
Fateev et al. | Excitation and amplification of the unidirectionally propagating terahertz plasmon in a periodical graphene structure | |
Paudel et al. | On the upconversion efficiency of luminescent materials for effective use in solar cells | |
Ahmadivand et al. | Fractal aluminum Cayley-trees to design plasmonic ultraviolet photodetectors | |
Guler et al. | Metal Nanoparticles for Plasmonic Solar Cell Applications | |
Wu et al. | The influence of surface plasmon resonance with different metal on emission of GaSb for 1.550 μm application | |
Szenes et al. | Plasmonic resonators for carrier envelope phase read-out | |
EV et al. | TRANSIENT ABSORPTION OF GOLD NANOPARTICLES OF VARIOUS DIAMETERS. | |
Parashar et al. | Terahertz Generation by Beating Laser Driven Plasmons in Graphene Embedded Metal Film |