Fotonik Nanoyapıların Spektral ve Açı Çözümlü Manyeto-Optik Karakterizasyonu

Fotonik kristallerde sınırlı elektromanyetik modlar metal / dielektrik arayüzleri veya yüksek kırılma indisi dielektrik nanoyapılar 1 Mie rezonansları etrafında plazon rezonansları gibi farklı kökenleri, çeşitli ortaya çıkabilir^{1 ,2,3}, ve özellikle tanımlanmış frekanslarda görünmesi için tasarlanmış olabilir^4,5. Onların varlığı fotonik bant boşlukları^6,7,8,güçlü foton lokalizasyonu⁹, yavaş ışık¹⁰ ve Dirac konileri¹¹gibi birçok büyüleyici olaylara yol açar. Fourier düzlem mikroskobu ve spektroskopi, fotonik nanoyapıların karakterizasyonu için temel araçlardır, çünkü içlerinde oluşan sınırlı modların birçok temel özelliğinin yakalanmasını sağlarlar. Fourier uzay mikroskobunda, geleneksel gerçek düzlem görüntülemenin aksine, bilgiler açısal koordinatların işlevi olarak sunulmaktadır^12,13. Alternatif olarak arka odak düzlemi (BFP) görüntülemesi olarak bilinir, çünkü örnekten yayılan ışığın açısal ayrışması mikroskop hedefinin arka odak düzleminden kaydedilir. Açısal spektrum, yani, örneğin uzak alan emisyon deseni, ondan yayılan ışığın momentumu ile ilgilidir(k). Özellikle düzlem içi momentumunu (k_x,k_y)dağılımını temsil eder^14.

Manyeto-optik aktif örneklerde, sınırlı fotonik uyarma varlığı manyeto-optik yanıt 15 önemli ölçüde geliştirme neden^{gösterilmiştir,16,17,18,19}. Manyeto-optik etkiler manyetik alanın karşılıklı geometrisi ve olay elektromanyetik radyasyon bağlıdır. Doğrusal polarize ışık ve bunların terminolojisi için en sık karşılaşılan manyeto-optik geometriler Şekil 1’degösterilmiştir. Burada, yansımada gözlenen iki manyeto-optik efekti keşfetmek için kullanılabilecek bir düzeneği gösteriyoruz: enine ve boylamsal manyeto-optik Kerr efektleri, sırasıyla TMOKE ve LMOKE olarak kısaltılmış. TMOKE, karşıt manyetizasyon durumlarının yansıtıcılarının farklı olduğu bir yoğunluk etkisi, LMOKE ise yansıyan ışık kutuplaşma ekseninin bir dönüşü olarak kendini gösterir. Etkileri ışık insidansı ile ilgili manyetizasyon yönü ile ayırt edilir, LMOKE için, manyetizasyon ışığın dalga vektörü düzlem bileşeni paralel odaklı iken TMOKE için buna enine. Normalde olay ışığı için, ışığın momentumunun her iki düzlem bileşeni de null (k_x = k_{y =} 0) ve sonuç olarak her iki etki de sıfırdır. Her iki etkinin de bulunduğu yapılandırmalar kolayca tasarlanabilir. Ancak, veri analizini basitleştirmek için, bu gösteride kendimizi etkilerden sadece birinin mevcut olduğu durumlara, yani TMOKE ile sınırlandırıyoruz.

Manyetofotonik kristallerden yayılan ışığın açısal dağılımını ölçmek için çeşitli optik konfigürasyonlar kullanılabilir. Örneğin, Kalish ve ark.²⁰ ve Borovkova ve ark.^21’deböyle bir kurulum, manyeto-optik fenomenler üzerindeki plazmon etkisini ortaya çıkarmak için iletim geometrisinde başarıyla kullanılmıştır. Bir örnek olarak, Kurvits ve ark.²², bazı olası yapılandırmaları bir sonsuz düzeltilmiş objektif lens kullanan bir mikroskop için sunulmaktadır. Şekil 2A’dagösterilen yapılandırmamızda, örnekteki belirli bir noktadan gelen ışığın nesnel mercek tarafından collinear ışınlara yönlendirildiği sonsuz düzeltilmiş bir mercek kullanırız. Şekil 2A’da,örneğin üst kısmından (kesik çizgiler) ve alt (düz çizgiler) ortaya çıkan kirişler şematik olarak tasvir edilir. Daha sonra, bir toplama lens görüntü düzleminde bir görüntü oluşturmak için bu kirişler yeniden odaklamak için kullanılır (IP). Bertrand lens olarak da bilinen ikinci bir lens, daha sonra görüntü düzleminden sonra, odak düzleminde gelen ışığı şekil 2A’da kırmızı, mavi ve siyah olarak gösterilen açısal bileşenlere ayırmak için yerleştirilir. Bu arka odak düzleminden, numunetarafından yayılan ışığın açısal dağılımı bir kamera ile ölçülebilir. Etkili bir şekilde, Bertrand lens ona gelen ışık demeti üzerinde bir Fourier dönüşümü gerçekleştirir. BFP’deki mekansal yoğunluk dağılımı, olay radyasyonunun açısal dağılımına karşılık gelir. Numunenin tam karşılıklı alan yansıtma haritası, numunenin yanıtını toplamak için kullanılan aynı amaç ile aydınlatılarak oluşturulabilir. Gelen ve giden kirişler bir ışın ayırıcı kullanılarak ayrılır. Tam kurulum Şekil 3A’da gösterilmiştir. Bir spektrum elde etmek için, bir tmümkün ışık kaynağı veya monokromatör gereklidir. Ölçüm daha sonra farklı dalga boylarında tekrarlanabilir, standart ışık kaynaklarının spektrumu nedeniyle sonuçların bir kontrol numunesinin yansıtıcılığına göre normalleştirilmesi gerektiğini göz önünde bulundurarak. Bu amaçla, bir ayna veya yüksek bir yansıtıcılık sağlamak için kasıtlı olarak desensiz bırakılmış örnek bir parçası kullanabilirsiniz. Konumlandırmaya yardımcı olmak için, kurulumun şekil 2B’degösterilen örneğin gerçek zamanlı görüntülenmesine olanak tanıyan ek bir optik sistemle nasıl entegre edilebildiğini gösteriyoruz.

Şimdi bir fotonik kristal açısal çözülmüş manyeto-optik spektrum ölçmek için bir yöntem kurmak için devam, temsili bir örnek olarak kullanarak, ferromanyetik kobalt varlığı önemli manyeto-optik aktivite 23 yol açar bir Au / Co / Au film ile kaplı bir DVD^ızgara. DVD ızgarasının periyodik olukasyonu, yüzey plazmon polariton (SPP) rezonanslarının farklı dalga boyu-açı kombinasyonlarında

n’nin çevrenin kırılma indisi olduğu yerde, k₀ serbest uzayda ışığın dalga vektörü, π₀ insidans açısı, d ızgara nın periyodikliği ve m SPP’nin sırasını gösteren bir karşıcıdır. SPP dalga vektörü, ε₁ ve ε_2’nin metalik tabakanın ve çevresindeki dielektrik ortamın izin verdiği durumlarda verilir. Altın/kobalt çok katmanlı filmin kalınlığı nedeniyle, biz SPS sadece çok katmanlı film üstüne heyecanlı olduğunu varsayabiliriz.