1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Приборы и техника эксперимента
  4. № 3, 2023

Приборы и техника эксперимента, 2023, № 3, стр. 67-79

ПЛАНАРНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР МАЙКЕЛЬСОНА НА ПОВЕРХНОСТНЫХ ПЛАЗМОНАХ ТЕРАГЕРЦЕВОГО ДИАПАЗОНА

В. В. Герасимов a, *, А. К. Никитин b, А. Г. Лемзяков a

a Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН
630090 Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 11, Россия

b Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН
117342 Москва, ул. Бутлерова, 15, Россия

c Новосибирский государственный университет
630090 Новосибирск, ул. Пирогова, 2, Россия

* E-mail: v.v.gerasimov3@gmail.com

Поступила в редакцию 29.09.2022
После доработки 17.12.2022
Принята к публикации 26.12.2022

Аннотация

Представлены оптическая схема и технические характеристики терагерцового планарного интерферометра Майкельсона на поверхностных плазмонах. Описана методика определения комплексного показателя преломления поверхностных плазмонов (${{\tilde {n}}_{{\text{s}}}} = {{n}_{{\text{s}}}} + {\text{ }}i{{\kappa }_{{\text{s}}}}$) по регистрируемым интерферограммам. Представлены результаты тестовых измерений на плоских поверхностях с золотым напылением, покрытых слоями ZnS толщиной от 0 до 3 мкм, с использованием мощного когерентного излучения Новосибирского лазера на свободных электронах на длине волны λ0 = 141 мкм. По результатам измерений найдено значение эффективной диэлектрической проницаемости поверхности напыленного золота, которое оказалось на порядок меньше, чем у кристаллического золота. Путем анализа энергетических потерь в плазмонном интерферометре выполнена оценка его динамического диапазона по мощности излучения (106–108), необходимого для измерений на образцах с разными ${{\tilde {n}}_{{\text{s}}}}$, а также предложены пути повышения отношения сигнал/шум путем оптимизации элементов оптической схемы и детектора.

Список литературы

  1. Братман В.Л., Литвак А.Г., Суворов Е.В. // УФН. 2011. Т. 181. № 8. С. 867. https://doi.org/10.3367/UFNe.0181.201108f.0867

  2. Ghann W., Uddin J. Terahertz Spectroscopy: A Cutting-Edge Technology / Ed. by J. Uddin. London: IntechOpen, 2017.

  3. O’Hara J.F., Withayachumnankul W., Al-Naib I. // J. Infrared Millim. and Terahertz Waves. 2012. V. 33. № 3. P. 245. https://doi.org/10.1007/s10762-012-9878-x

  4. Hofmann T., Herzinger C.M., Boosalis A., Tiwald T.E., Woollam J.A., Schube M. // Rev. Sci. Instrum. 2010. V. 81. 023101. https://doi.org/10.1063/1.3297902

  5. Азаров И.А., Швец В.А., Прокопьев В.Ю., Дулин С.А., Рыхлицкий С.В., Чопорова Ю.Ю., Князев Б.А., Кручинин В.Н., Кручинина М.В. // ПТЭ. 2015. № 3. С. 71. https://doi.org/10.7868/S0032816215030039

  6. Naftaly M., Dudley R. // Appl. Opt. 2011. V. 50. № 9. P. 3201. https://doi.org/10.1364/AO.50.003201

  7. Поверхностные поляритоны. Электромагнитные волны на поверхностях и границах раздела сред / Под ред. В.М. Аграновича и Д.Л. Миллса. М.: Наука, 1985.

  8. Майер С.А. Плазмоника: теория и приложения. М., Ижевск: R&C Dynamics, 2011.

  9. Никитин А.К., Тищенко А.А. // Письма в ЖТФ. 1991. Т. 17(11). С. 76.

  10. Huang Y.H., Ho H.P., Wu S.Y., Kong S.K. // Advances in Optical Technologies. 2012. V. 2012. P. 471957. https://doi.org/10.1155/2012/908976

  11. Silin V.I., Voronov S.A., Yakovlev V.A., Zhizhin G.N. // Intern. J. Infrared and Millim. Waves. 1989. V. 10. № 1. P. 101. https://doi.org/10.1007/BF01009121

  12. Wang K., Mittleman D.M. // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 96. P 157401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.157401

  13. Gao Y., Xin Z., Gan Q., Cheng X., Bartoli F.J. // Opt. Express. 2013. V. 21. № 5. P. 5859. https://doi.org/10.1364/OE.21.005859

  14. Melentiev P.N., Kuzin A.A., Gritchenko A.S., Kalmykov A.S., Balykin V.I. // Optics Comm. 2017. V. 382. P. 509. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2016.07.061

  15. Gan Q.Q., Gao Y., Bartoli F.J. // Optics Express. 2009. V. 17. № 23. P. 20747. https://doi.org/10.1364/OE.17.020747

  16. Ming Y., Wu Z., Wu H., Xu F., Lu Y. // IEEE Photonics Journal. 2012. V. 4 (1). P. 491. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2012.2186562

  17. Schlesinger Z., Sievers A.J. // Applied Phys. Letters. 1980. V. 36. № 6. P. 409. https://doi.org/10.1063/1.91519

  18. Hanssen L.M., Riffe D.M., Sievers A.J. // Optics Letters. 1986. V. 11. № 12. P. 782. https://doi.org/10.1364/OL.11.000782

  19. Петров Ю.Е., Алиева Е.В., Жижин Г.Н., Яков-лев В.А. // ЖТФ. 1998. Т. 68. № 3. С. 64.

  20. Ma Y., Nguyen-Huu N., Zhou J., Maeda H., Wu Q., Eldlio M., Pistora J., Cada M. // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2017. V. 23. № 4. P. 4601607 https://doi.org/10.1109/JSTQE.2017.2660882

  21. Handbook of optical constants of solids. V. 1 / Ed by E.D. Palik. Academic Press, 2016.

  22. Pandey S., Gupta B., Chanana A., Nahata A. // Advances in Physics. 2016. V. 1. № 2. P. 176. https://doi.org/10.1080/23746149.2016.1165079

  23. Жижин Г.Н., Никитин А.К., Балашов А.А., Рыжова Т.А. Патент РФ на изобретение № 2318192 // Опубл. 27.02.2008. Бюл. № 6.

  24. Богомолов Г.Д., Жижин Г.Н., Кирьянов А.П., Никитин А.К. // Известия РАН. Сер. физ. 2009. Т. 73. № 4. С. 562.

  25. Никитин А.К., Князев Б.А., Герасимов В.В., Хасанов И.Ш. Патент РФ на изобретение № 2653590 // Опубл. 11.05.2018. Бюл. № 14.

  26. Жижин Г.Н., Кирьянов А.П., Никитин А.К. // Оптика и спектроскопия. 2012. Т. 112. № 4. С. 597.

  27. Gerasimov V.V., Knyazev B.A., Nikitin A.K., Nikitin V.V., Rijova T.A. // Discrete and Continuous Models and Applied Computational Science. 2013. № 2. P. 191. https://journals.rudn.ru/miph/article/view/8543

  28. Герасимов В.В., Князев Б.А., Никитин А.К. // Квантовая электроника. 2017. Т. 47. № 1. С. 65. https://doi.org/10.1070/QEL16178

  29. Gerasimov V.V., Nikitin A.K., Lemzyakov A.G., Azarov I.A., Milekhin I.A., Knyazev B.A., Bezus E.A., Kadomina E.A., Doskolovich L.L. // JOSA (B). 2020. V. 37. Is. 5. P. 1461. https://doi.org/10.1364/JOSAB.386331

  30. Никитин А.К., Хитров О.В. Патент РФ на изобретение № 2709600 // Опубл. 18.12.2019. Бюл. № 35.

  31. Gerasimov V.V., Nikitin A.K., Khitrov O.V., Lemzya-kov A.G. // 46-th Intern. Conf. on Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz). Chengdu, China (August 29–September 3) 2021. P. 1. https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz50926.2021.9567134

  32. Shevchenko O.A., Vinokurov N.A., Arbuzov V.S., Chernov K.N., Davidyuk I.V., Deichuly O.I., Dementyev E.N., Dovzhenko B.A., Getmanov Ya.V., Gorbachev Ya.I., Knyazev B.A., Kolobanov E.I., Kondakov A.A., Kozak V.R., Kozyrev E.V. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2019. V. 83. P. 228. https://doi.org/10.3103/S1062873819020278

  33. Stegeman G.I., Wallis R.F., Maradudin A.A. // Optics Letters. 1983. V. 8. № 7. P. 386. https://doi.org/10.1364/OL.8.000386

  34. Kotelnikov I.A., Gerasimov V.V., Knyazev B.A. // Phys. Rev. (A). 2013. V. 87. Art. ID 023828. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.87.023828

  35. Islam M.S., Nine J., Sultana J., Cruz A.L.S., Dinovitser A., Ng B.W., Ebendorff-Heidepriem H., Losic D., Abbott D. // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 97204. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2996278

  36. Nazarov M., Garet F., Armand D., Shkurinov A., Cou-taz J.-L. // C. R. Physique. 2008. V. 9. P. 232. https://doi.org/10.1016/j.crhy.2008.01.004

  37. Князев Б.А., Никитин А.К. Патент РФ № 2547164 // Опубл. 10.04.2015. Бюл. № 10.

  38. Knyazev B.A., Gerasimov V.V., Nikitin A.K., Azarov I.A., Choporova Yu.Yu. // J. Opt. Soc. Am. (B). 2019. V. 36 P. 1684. https://doi.org/10.1364/JOSAB.36.001684

  39. Герасимов В.В., Князев Б.А., Никитин А.К. // Письма в ЖТФ. 2010. Т. 36. Вып. 21. С. 93.

  40. Zayats A.V., Smolyaninov I.I., Maradudin A.A. // Physics Reports. 2005. V. 408. P. 131. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2004.11.001

  41. Gerasimov V.V., Knyazev B.A., Lemzyakov A.G., Nikitin A.K., Zhizhin G.N. // J. Opt. Soc. Am. (B). 2016. V. 33. P. 2196. https://doi.org/10.1364/JOSAB.33.002196

  42. Минин И.В., Минин О.В. // Вестник СГУГИТ. 2022. Т. 26. № 4. С. 160. https://doi.org/10.33764/2411-1759-2021-26-4-160-175

  43. http://www.tydexoptics.com/ru/products/thz_devices/ golay_cell/

  44. http://www.nzpp.ru/product/gotovye-izdeli/fotopriemnye-ustroystva/

  45. Паулиш А.Г., Дорожкин К.В., Сусляев, Гусаченко А.В., Морозов А.О., Пыргаева С.М. // Сб. трудов конференции “Актуальные проблемы радиофизики АПР 2019ˮ. Томск, 2019. С. 482. http://vital.lib.tsu.ru/vital /access/manager/Repository/vtls:000709334

  46. Зубов В.А. Методы измерения характеристик лазерного излучения. М.: Наука, 1973.

  47. Kubarev V.V., Kulipanov G.N., Kolobanov E.I., Matveenko A.N., Medvedev L.E., Ovchar V.K., Salikova T.V., Scheglov M.A., Serednyakov S.S., Vinokurov N.A. // Nucl. Instrum. and Methods. 2009. V. A603. P. 25. https://doi.org/10.1016/j.nima.2008.12.122

  48. Handbook: Physical Data / Ed. by I.S. Grigoryev and E.Z. Meilikhov. M.: Energoatomizdat, 1991.

  49. Mathar R.J. // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2007. V. 9. P. 470. https://doi.org/10.1088/1464-4258/9/5/008

  50. Burke J.J., Stegeman G.I., Tamir T. // Phys. Rev. (B). 1986. V. 33. № 8. P. 5186. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.33.5186

  51. Ordal M.A., Long L.L., Bell R.J., Bell S.E., Bell R.R., Alexander R.W., Ward C.A. // Appl. Opt. 1983. V. 22. P. 1099. https://doi.org/10.1364/AO.22.001099

  52. Jiu Zhi-Xian, Zuo Du-Luo, Miao Liang, Qi Chun-Chao, Cheng Zu-Hai // Chinese Phys. Lett. 2010. V. 27. P. 024211. https://doi.org/10.1088/0256-307X/27/2/024211

  53. Kozlov G., Volkov A. // In: Grüner G. Millimeter and Submillimeter Wave Spectroscopy of Solids. Topics in Applied Physics, V. 74. Berlin, Heidelberg: Springer, 2007. https://doi.org/10.1007/BFb0103420

  54. Idehara T., Sabchevski S.P., Glyavin M., Mitsudo S. // Appl. Sci. 2020. V. 10. P. 980. https://doi.org/10.3390/app10030980

  55. Wen B., Ban D. // Progress in Quantum Electronics. 2021. V. 80. Art. ID 100363. https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2021.100363

  56. Кубарев В.В. Дисс. … докт. физ.-мат. наук. Новосибирск: ИЯФ им. Г.И. Будкера. 2016.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Приборы и техника эксперимента

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал