У роботі проведено чисельне дослідження квазірезонансного поглинання ТЕ-поляризованих хвиль періодичною структурою типу металева гратка заповнена діелектриком на діелектричній підкладці. Параметри такої метало-діелектричної гратки, зокрема період, підібрані такими, щоб не виникав хвилеводний резонанс у ґратці. Про відсутність резонансу свідчать низькі поля на межах ґратки з однорідними діелектричними середовищами. Квазірезонансна взаємодія проявляється при умові, якщо реальна частина нульової гармоніки розкладу діелектричної проникності середовища ґратки в ряд Фур’є рівна нулю. З цієї умови визначається коефіцієнт заповнення ґратки QUOTE
який набагато менший одиниці. Розраховано коефіцієнти поглинання, відбивання та пропускання в залежності від товщини ґратки для робочих довжин хвилі 405 нм та 1064 нм. Відповідні залежності мають осцилюючий характер і локальні максимуми поглинання та пропускання відбуваються на одній довжині хвилі. Для товщини ґратки 510 нм, поблизу довжини хвилі 405 нм на спектральній характеристиці поглинання спостерігається максимум, відповідно мінімум для відбивання і максимум для пропускання, що є типовим для резонансних явищ в періодичних структурах. Проте такий резонанс поглинання є спектрально досить широким, а поля на межах ґратки з однорідними діелектричними середовищами є близькими до амплітуди падаючої хвилі. При товщині ґратки 625 нм на робочій довжині хвилі 1064 нм спектральні характеристики досліджуваної структури також мають осцилюючий характер. Це дозволяє зробити припущення, що процеси, які проходять в досліджуваній структурі подібні до процесів в інтерферометрі Фабрі-Перо, у якому присутнє невелике поглинання. Зменшення періоду ґратки приводить до зменшення кількості осциляцій на спектральних характеристиках, а самі спектральні характеристики прямують до спектральних характеристик тришарової структури. Отже, якщо період ґратки набагато менший довжини хвилі, то таку ґратку можна замінити еквівалентною багатошаровою структурою, в якій послідовно чергуються метал і діелектрик і яка матиме приблизно ті самі спектральні характеристики.
[1]. Xu, Y., Bai, P., Zhou, X., Akimov, Y., Eng Png, C., Ang, L.-K., Knoll, W., Wu, Lin. “Optical Refractive Index Sensors with Plasmonic and Photonic Structures: Promising and Inconvenient Truth”. In Advanced Optical Materials, Vol. 7, pp.1801433(47), 2019, https://doi.org/10.1002/adom.201801433
[2]. Quaranta, G., Basset, G., Martin, O. J., & Gallinet, B. “Recent advances in resonant waveguide gratings». IN Laser & Photonics Reviews, Vol. 12, No 9, 1800017, 2018, https://doi.org/10.1002/lpor.201800017
[3]. Homola, J. “Surface plasmon resonance sensors for detection of chemical and biological species”. In Chemical reviews, Vol. 108, No 2, pp. 462-493, pp. 2008, https://doi.org/10.1021/cr068107d
[4]. Wang, S. S., & Magnusson, R. J. A. O. “Theory and applications of guided-mode resonance filters”. In Applied optics, Vol. 32, No 14, pp. 2606-2613, 1993, https://doi.org/10.1364/AO.32.002606
[5]. Bellucci, S., Fitio, V., Yaremchuk, I., Vernyhor, O., Bendziak, A., & Bobitski, Y. “Comparison of the optical planar waveguide sensors’ characteristics based on guided-mode resonance”. In Symmetry, Vol. 12, No 8, pp. 1315, 2020, https://doi.org/10.3390/sym12081315
[6]. Puiu, M., & Bala, C. “SPR and SPR imaging: recent trends in developing nanodevices for detection and real-time monitoring of biomolecular events”. In Sensors, Vol. 16, No 6, pp. 870, 2016, https://doi.org/10.3390/s16060870
[7]. Yoon, K. H., Shuler, M. L., & Kim, S. J. “Design optimization of nano-grating surface plasmon resonance sensors”. In Optics express, Vol. 14, No 11, pp. 4842-4849, 2006, https://doi.org/10.1364/OE.14.004842
[8]. Bellucci, S., Vernyhor, O., Bendziak, A., Yaremchuk, I., Fitio, V. M., & Bobitski, Y. “Characteristics of the Surface Plasmon–Polariton Resonance in a Metal Grating, as a Sensitive Element of Refractive Index Change”. In Materials, Vol. 13, No 8, pp. 1882, 2020, https://doi.org/10.3390/ma13081882
[9]. Fitio, V., Yaremchuk, I., Vernyhor, O., & Bobitski, Y. “Resonance of surface-localized plasmons in a system of periodically arranged gold and silver nanowires on a dielectric substrate”. In Applied Nanoscience, Vol. 8, pp. 1015-1024, 2018, https://doi.org/10.1007/s13204-018-0686-z
[10]. Popov, E., Neviere, M., Enoch, S., & Reinisch, R. “Theory of light transmission through subwavelength periodic hole arrays”. In Physical Review B, Vol. 62, No 23, pp. 16100, 2000, https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.16100
[11]. Treacy, M. M. J. “Dynamical diffraction explanation of the anomalous transmission of light through metallic gratings”. In Physical Review B, Vol. 66, No 19, pp. 195105, 2002, https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.195105
[12]. Cao, Q., & Lalanne, P. “Negative role of surface plasmons in the transmission of metallic gratings with very narrow slits”. In Physical Review Letters, Vol. 88, No 5, pp. 057403, 2002, https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.057403
[13]. Fitio, V., Yaremchuk, I., Vernyhor, O., & Bobitski, Y. “Analytical expressions for spectral dependences of silver, gold, copper and aluminum dielectric permittivity”. In Optica Applicata, Vol. 50, No 2, pp. 171-184, 2020, DOI: 10.37190/oa200201
[14]. Moharam, M. G., Grann, E. B., Pommet, D. A., & Gaylord, T. K. “Formulation for stable and efficient implementation of the rigorous coupled-wave analysis of binary gratings”. JOSA a, Vol. 12, No 5, pp. 1068-1076, 1995, https://doi.org/10.1364/JOSAA.12.001068
[15]. Civiletti, B. J., Lakhtakia, A., & Monk, P. B. “Analysis of the rigorous coupled wave approach for s-polarized light in gratings”. Journal of Computational and Applied Mathematics, Vol. 368, pp. 112478, 2020, https://doi.org/10.1016/j.cam.2019.112478
[16]. Dobrowolski, J. A. Optical properties of films and coatings. Handbook of Optics I, 42-3, 1995.