Архив выпусков

Влияние резонансов типа Ми на оптические процессы рассеяния является одним из ключевых аспектов в нанофотонике. Настоящая работа посвящена исследованию комбинационного рассеяния света от кремниевых резонансных Ми-войдов. Экспериментально показано усиление сигнала комбинационного рассеяния, связанное с наличием мультипольных резонансов в этих структурах. Результаты демонстрируют зависимость оптических характеристик от геометрии образцов и подтверждают потенциал применения Ми-войдов в современных нанофотонных устройствах. Результаты численного моделирования, выполненного методом конечных элементов, хорошо согласуются с экспериментальными спектрами отражения, а также помогает понять распределение электромагнитных полей внутри нанополостей. Данное исследование открывает новые возможности для практического использования этих наноструктур в спектроскопии комбинационного рассеяния и разработке высокоточных оптических устройств.

Ключевые слова: Ми-резонансы, метаповерхность, спектры отражения, комбинационное рассеяние света, усиление электромагнитного поля.

Белозерова Н.М.
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ. Научный сотрудник лаборатории нейтронной физики им. И.М. Франка, Объединенный Институт Ядерных Исследований (ОИЯИ), г. Дубна, e-mail: belozerova.nm@mipt.ru.

Кислов Д.А.
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Лаборатории контролируемых оптических наноструктур, Центр фотоники и двумерных материалов Московского физико-технического института, г. Долгопрудный, e-mail: denis.a.kislov@gmail.com.

Медведев И.Д.
Техник, Лаборатория контролируемых оптических наноструктур, Центр фотоники и двумерных материалов Московского физико-технического института, г. Долгопрудный, e-mail: medvedev.id@mipt.ru.

Крупатин И.Н.
Инженер-исследователь, ЦКП «Визуализация высокого разрешения», Сколковский институт науки и технологии (Сколтех), Территория инновационного центра «Сколково», г. Москва, e-mail: I.Krupatin@skoltech.ru.

Завидовский И.А.
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур, Центр фотоники и двумерных материалов Московского физико-технического института, г. Долгопрудный, e-mail: zavidovskii.ia@mipt.ru.

Сюй А.В.
Доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники, Центр фотоники и двумерных материалов Московского физико-технического института, г. Долгопрудный, e-mail: alsyuy271@gmail.com.

Шалин А.С.
Доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур, Центр фотоники и двумерных материалов Московского физико-технического института, г. Долгопрудный, e-mail: alexandesh@gmail.com.

Вишневый А.А.
Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией нанооптики и плазмоники, Центр фотоники и двумерных материалов Московского физико-технического института, г. Долгопрудный, e-mail: vyshnevyi.aa@mipt.ru.

Арсенин А.В.
Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией контролируемых оптических наноструктур, Центр фотоники и двумерных материалов Московского физико-технического института, г. Долгопрудный, e-mail: arsenin.av@mipt.ru.

Большаков А.Д.
Доктор физико-математических наук, директор Центра фотоники и двумерных материалов Московского физико-технического института, г. Долгопрудный, e-mail: bolshakov.ad@mipt.ru.

Новиков С.М.
Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией контролируемых оптических наноструктур, Центр фотоники и двумерных материалов Московского физико-технического института, г. Долгопрудный, e-mail: novikov.s@mipt.ru.

1. Plasmon mode excitation and photoluminescence enhancement on silver nanoring / A.A. Kuchmizhak [et al.] // Optics Communications. – 2015. – Vol. 356. – P. 1–6.

2. Demonstration of magnetic dipole resonances of dielectric nanospheres in the visible region / A.B. Evlyukhin [et al.] // Nano Lett. – 2012. – Vol. 12, № 7. – P. 3749–3755.

3. Direct amplitude-phase near-field observation of higher-order anapole states / V.A. Zenin [et al.] // Nano Lett. – 2017. – Vol. 17, № 11. – P. 7152–7159. 

4. Photocatalytic properties of nanoscale Au/TiO₂ composite / I.V. Martynov [et al.] // Appl. Photonics. – 2023. – Vol. 10, № 8. – P. 5–16.

5. Nanoporous glass as prospective material for fiber optics / E.A. Plastinin [et al.] // Appl. Photonics. – 2023. – Vol. 10, № 8. – P. 82–101.

6. Development of the platform for nucleic acid analysis (DNA sequencer) / V. Bessmel’tsev [et al.] // Appl. Photonics. – 2016. – № 4. – P. 388–412.

7. Sierra-Martin, B. Particles and nanovoids for plasmonics / B. Sierra-Martin, A. Fernandez-Barbero // Advances in Colloid and Interface Science. – 2021. – Vol. 290. – P. 102394.

8. Shalin, A.S. Broadband blooming of a medium modified by an incorporated layer of nanocavities / A.S. Shalin // JETP Lett. – 2010. – Vol. 91, № 12. – P. 636–642.

9. Engineering nanoparticles with pure high-order multipole scattering / V.A. Zenin [et al.] // ACS Photonics. – 2020. – Vol. 7, № 4. – P. 1067–1075.

10. Dielectric Mie voids: confining light in air / M. Hentschel [et al.] // Light Sci Appl. – 2023. – Vol. 12, № 1. – P. 3.

11. Attoliter Mie void sensing / S. Arslan [et al.] // ArXiv. – 2024.

12. Broadband antireflective coatings based on two-dimensional arrays of subwavelength nanopores / D.A. Baranov [et al.] // Applied Physics Letters. – 2015. – Vol. 106, № 17. – P. 171913.

13. Micro-reflectance and transmittance spectroscopy: a versatile and powerful tool to characterize 2D materials / R. Frisenda [et al.] // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2017. – Vol. 50, № 7. – P. 074002.

14. Electron-beam-induced carbon contamination in STEM-in-SEM: quantification and mitigation / M. Hugenschmidt [et al.] // Microscopy and Microanalysis. – 2023. – Vol. 29, № 1. – P. 219–234.

15. Uncertainty analysis for the coefficient of band-to-band absorption of crystalline silicon / C. Schinke [et al.] // AIP Advances. – 2015. – Vol. 5, № 6. – P. 067168. 

Полностью диэлектрические неэрмитовы структуры позволяют получать уникальные эффекты, одним из которых является появление исключительных точек (ИТ) в спектре собственных значений системы. Фундаментальным результатом такого эффекта является то, что структура в состоянии ИТ чувствительна к небольшим изменениям параметров окружающей среды, например показателя преломления, что можно широко использовать в сенсорах, оптических усилителях, лазерных гироскопах и других областях. В данной работе исследована исключительная точка в системе, состоящей из двух кремниевых параллелепипедов на стеклянной подложке с изменяющимся углом раскрытия между ними, причем данный эффект получен нарушением симметрии метаповерхности только в плоскости. Кроме того, была изучена зависимость оптического отклика системы от небольшого изменения ее геометрических параметров. Основное преимущество нашего подхода заключается в упрощённом способе экспериментального контроля ИТ. Как следствие, результаты данной работы имеют потенциал значительно упростить процесс производства фотонных устройств с разнообразными функциями.

Ключевые слова: неэрмитовы структуры, полностью диэлектрическая метаповерхность, исключительная точка, диэлектрическая нанофотоника.

Медведев И.Д.
Студент Московского физико-технического института, техник Международной лаборатории контролируемых оптических нанострукур Московского физикотехнического института, г. Москва, e-mail: ilia.dmit.medvedev@gmail.com.

1. Nano-antennas based on silicon-gold nanostructures / A. Kucherik, S. Kutrovskaya, A. Osipov, M. Gerke, I. Chestnov, S. Arakelian, A.S. Shalin, A.B. Evlyukhin, A.V. Kavokin // Sci Rep. – 2019. – Vol. 9. – P. 338.

2. CPA-lasing associated with the quasibound states in the continuum in asymmetric non-hermitian structures / D.V. Novitsky, A.C. Valero, A. Krotov, T. Salgals, A.S. Shalin, A.V. Novitsky // ACS Photonics. – 2022. – Vol. 9. – Р. 3035–3042. 

3. Transparent hybrid anapole metasurfaces with negligible electromagnetic coupling for phase engineering / A.V. Kuznetsov, A. Canós Valero, M. Tarkhov, V. Bobrovs, D. Redka, A.S. Shalin // Nanophotonics. – 2021. – Vol. 10. – Р. 4385– 4398.

4. Nanoscale tunable optical binding mediated by hyperbolic metamaterials / N.A. Kostina, D.A. Kislov, A.N. Ivinskaya, A. Proskurin, D.N. Redka, A. Novitsky, P. Ginzburg, A.S. Shalin // ACS Photonics. – 2020. – Vol. 7. – Р. 425–433.

5. Theory, observation, and ultrafast response of the hybrid anapole regime in light scattering / A. Canós Valero, E.A. Gurvitz, F.A. Benimetskiy, D.A. Pidgayko, A. Samusev, A.B. Evlyukhin, V. Bobrovs, D. Redka, M.I. Tribelsky, M. Rahmani, K.Z. Kamali, A.A. Pavlov, A.E. Miroshnichenko, A.S. Shalin // Laser Photon Rev. – 2021. – Vol. 15. – P. 2100114.

6. Kuznetsov, A.V. Methods for dinamics control of the optical properties of single high-index all-dielectric nanoparticles located on substrates with 2D materials. Lecture notes in networks and systems / A.V. Kuznetsov, I.D. Medvedev, V. Bobrovs // Springer. – 2024. – Vol. 4. – Р. 339–343.

7. Medvedev, I.D. Exceptional points in all-dielectric structure with only inplane symmetry breaking. Lecture notes in networks and systems / I.D. Medvedev, A.V. Kuznetsov, V. Bobrovs // Springer. – 2024. – Vol. 4. – Р. 184–188.

8. Bianisotropic exceptional points in an isolated dielectric nanoparticle / A. Canós Valero, V. Bobrovs, T. Weiss, L. Gao, A.S. Shalin, Y. Kivshar // Phys. Rev. Res. – 2024. – Vol. 6. – P. 013053.

9. Wiersig, J. Review of exceptional point-based sensors / J. Wiersig // Photonics Res. – 2020. – Vol. 8. – P. 1457. 

Диэлектрическая нанофотоника использует материалы с высоким показателем преломления для манипулирования светом на наноуровне с минимальными потерями энергии, обеспечивая сильный электрический и магнитный резонанс. Такая способность делает полностью диэлектрические структуры идеальными для целого ряда передовых фотонных приложений: от ультратонких линз до сенсоров. В данной работе мы изучаем мультипольный отклик полностью диэлектрических метаповерхностей вблизи исключительной точки (ИТ) – спектральной сингулярности в неэрмитовых системах, где происходит слияние собственных мод системы. Численное моделирование показывает, что в ИТ резонанс метаповерхности расщепляется со значительным вкладом магнитных дипольных (MD) и электрических квадрупольных (EQ) мод. Эти результаты расширяют наше понимание ИТ в физике метаповерхностей и укрепляют потенциал этой геометрии для приложений в фотонных устройствах.

Ключевые слова: неэрмитовы структуры, полностью диэлектрическая метаповерхность, мультипольная декомпозиция, сечение рассеяния, исключительная точка, диэлектрическая нанофотоника.

Медведев И.Д.
Студент Московского физико-технического института, техник Международной лаборатории контролируемых оптических нанострукур Московского физикотехнического института, г. Москва, e-mail: ilia.dmit.medvedev@gmail.com.

1. Nano-opto-mechanical effects in plasmonic waveguides / A.S. Shalin, P. Ginzburg, P.A. Belov, Y.S. Kivshar, A.V. Zayats // Laser Photon Rev. – 2014. – Vol. 8. – Р. 131–136.

2. Magnetic octupole response of dielectric quadrumers / P.D. Terekhov, A.B. Evlyukhin, D. Redka, V.S. Volkov, A.S. Shalin, A. Karabchevsky // Laser Photon Rev. – 2020. – Vol. 14.

3. Miroshnichenko, A.E. Fano resonances in nanoscale structures / A.E. Miroshnichenko, S. Flach, Y.S. Kivshar // Rev. Mod. Phys. – 2010. – Vol. 82. – Р. 2257–2298.

4. Topological nature of optical bound states in the continuum / B. Zhen, C.W. Hsu, L. Lu, A.D. Stone, M. Soljačić // Phys. Rev. Lett. – 2014. – Vol. 113. – P. 257401. 

5. Special scattering regimes for conical all-dielectric nanoparticles / A.V. Kuznetsov, A. Canós Valero, H.K. Shamkhi, P. Terekhov, X. Ni, V. Bobrovs, M.V. Rybin, A.S. Shalin // Sci Rep. – Vol. 202, № 12. – P. 21904.

6. Kuznetsov, A.V. Methods for dinamics control of the optical properties of single high-index all-dielectric nanoparticles located on substrates with 2D materials. Lecture notes in networks and systems / A.V. Kuznetsov, I.D. Medvedev, V. Bobrovs // Springer. – 2024. – Vol. 4. – Р. 339–343.

7. Medvedev, I.D. Exceptional points in all-dielectric structure with only inplane symmetry breaking. Lecture notes in networks and systems / I.D. Medvedev, A.V. Kuznetsov, V. Bobrovs // Springer. – 2024. – Vol. 4. – Р. 184–188.

8. Bianisotropic exceptional points in an isolated dielectric nanoparticle / A. Canós Valero, V. Bobrovs, T. Weiss, L. Gao, A.S. Shalin, Y. Kivshar // Phys Rev Res. – 2024. – Vol. 6. – P. 013053.

9. Wiersig, J. Review of exceptional point-based sensors / J. Wiersig // Photonics Res. – 2020. – Vol. 8. – P. 1457.

10. Alaee, R. An electromagnetic multipole expansion beyond the longwavelength approximation / R. Alaee, C. Rockstuhl, I. Fernandez-Corbaton // Optics Communications. – 2018. – Vol. 407. – Р. 17–21.  

Впервые продемонстрирована возможность измерения высоких температур вплоть до 1200 °С с помощью ВБР с центральной длиной волны 985 нм, записанной в бессердцевинном чистокварцевом волокне методом фемтосекундной поточечной записи. При этом длина бессердцевинного волокна от ВБР до соединения с многомодовым транспортным волокном была не менее 50 см, а средняя температурная чувствительность составила около 9 пм/°С. Показано, что такая ВБР остается стабильной при температурах вплоть до 1150 °С в течение часа. При 1200 °С наблюдается деградация коэффициента отражения. Использование полностью многомодовой схемы опроса позволило существенно повысить интенсивность отраженного света и снизить влияние модовой интерференции на регистрируемый спектр ВБР, а выбор спектрального диапазона до 1100 нм позволяет использовать сравнительно недорогие спектральные приборы на основе кремниевых фотоприемников.

Ключевые слова: волоконные брэгговские решетки, ВБР-датчики, бессердцевинное волокно.

Симонов В.А.
Кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Лаборатории волоконной оптики Института автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск, e-mail: simonovva@iae.nsk.su.

Голиков Е.В.
Инженер-программист Лаборатории волоконной оптики Института автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск, e-mail: golikov.inc@mail.ru.

Терентьев В.С.
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Лаборатории волоконной оптики Института автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск, e-mail: terentyev@iae.nsk.su.

Достовалов А.В.
Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Лаборатории волоконной оптики Института автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск, старший преподаватель, физический факультет, Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск, e-mail: Dostovalov@iae.nsk.su.

1. Куницина, Н.Г. Обзор различных способов измерения температуры в металлургических процессах / Н.Г. Куницина, Н.К. Николи // Наука и производство Урала. – 2020. – Т. 16. – С. 35–37.

2. Modeling analysis and experimental study on epoxy packaged FBG sensor for cryogenic temperature measurement / Y. Ren [et al.] // Opt. Fiber Technol. – 2024. – Vol. 84. – P. 103710.

3. Fiber Bragg grating regeneration at 450 °C for improved high temperature sensing / K. Chah [et al.] // Opt. Lett. – 2019. – Vol. 44. – P. 4036–4039.

4. Regenerated fibre Bragg gratings: a critical assessment of more than 20 years of investigations / L. Polz [et al.] // Opt. Laser Technol. – 2021. – Vol. 134. – P. 106650.

5. Extreme silica optical fibre gratings / J. Canning [et al.] // Sensors. – 2008. – Vol. 8, № 10. – P. 6448–6452.

6. Development and performance verification of fiber optic temperature sensors in high temperature engine environments / G. Adamovsky [et al.] // Proceedings of 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. – 2014. – P. 1–12.

7. Long-term thermal stability tests at 1000 °C of silica fibre Bragg gratings made with ultrafast laser radiation / D. Grobnic [et al.] // Meas. Sci. Technol. – 2006. – Vol. 17, № 5. – P. 1009–1013.

8. Thermal properties of fibre Bragg gratings inscribed point-by-point by infrared femtosecond laser / A. Martinez, I.Y. Khrushchev, I. Bennion // Electron. Lett. – 2005. – Vol. 41, № 4. – P. 176–178.

9. Fiber Bragg grating sensors for harsh environments / S.J. Mihailov // Sensors. – 2012. – Vol. 12. – P. 1898–1918.

10. Single-mode sapphire fiber temperature sensor / M. Wang [et al.] // J. Light. Technol. – 2024. – Vol. 42, № 18. – P. 6409–6416.

11. Исследование воздействия β-излучения на волоконные брэгговские решетки, записанные фемтосекундным лазерным излучением / А.В. Достовалов, В.А. Симонов, К.А. Окотруб [и др.] // Прикладная фотоника. – 2021. – Т. 8, № 2. – С. 5–18.

12. Femtosecond point-by-point inscription of Bragg gratings by drawing a coated fiber through ferrule / A.V. Dostovalov [et al.] // Opt. Express. – 2016. – Vol. 24, № 14. – P. 16232–16237. 

13. Large-scale cascading of first-order FBG array in a highly multimode coreless fiber using femtosecond laser for distributed thermal sensing / F. Mumtaz [et al.] // Opt. Express. – 2023. – Vol. 31, № 18. – P. 29639.

14. Ultra-fast annealing improves SNR and long-term stability of a highly multiplexed line-by-line FBG array inscribed by femtosecond laser in a coreless fiber for extreme-temperature applications / F. Mumtaz [et al.] // IEEE Trans. Instrum. Meas. – 2024. – Vol. 73. – P. 9505210.

15. Bragg grating writing through the polyimide coating of high NA optical fibres with femtosecond IR radiation / S.J. Mihailov [et al.] // Opt. Commun. – 2008. – Vol. 281, № 21. – P. 5344–5348.  

Представлено исследование влияния температуры на оптическую схему резонаторного волоконно-оптического гироскопа (РВОГ), а также проведено исследование влияния температуры на полуволновое напряжение фазового модулятора, влияние на спектры и мощность суперлюминесцентного диода, на выходную амплитудно-частотную характеристику волоконно-оптического кольцевого резонатора. Результаты исследования показали, что в диапазоне температур от –30 до +50 °С оказывает существенное влияние на параметры оптической схемы РВОГ. Данное исследование является важным этапом разработки РВОГ, указывающее на то, какие параметры необходимо особо тщательно контролировать при дальнейшей разработке датчика для обеспечения температурной стабильности устройства.

Ключевые слова: оптический кольцевой резонатор, оптический гироскоп, датчик угловой скорости, суперлюминесцентный диод, полуволновое напряжение.  

Овчинников К.А.
Аспирант кафедры «Обшая физика» Пермского национального исследовательского политехнического университета, г. Пермь, e-mail: krishtop@pnppk.ru.

1. Fiber optic resonators for angular rate sensors / D.G. Gilev, K.A. Ovchinnikov, V.V. Krishtop [et al.] // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. – 2022. – Vol. 86. – P. S75–S80.

2. Broadband source-driven resonant micro-optic gyroscope based on a multiturn waveguide-type ring resonator / Shuang Liu, Junyi Hu, Yuxin Wang, Qingwen Liu, Huilian Ma, Zuyuan He // Opt. Lett. – 2023. – Vol. 48. – P. 1152–1155.

3. Navigation-grade three-axis resonant fiber-optic gyroscope employing a multiplexed source / Shuang Liu, Junyi Hu, Yuxin Wang, Qingwen Liu, Huilian Ma, Zuyuan He // Opt. Lett. – 2023. – Vol. 48. – P. 2639–2642.

4. Resonant fiber optic gyroscope driven by a broadband light source based on an over-coupled state fiber ring resonator / Kai Xu, Yanru Zhou, Fanyan Xue, Yulin Wang, Wenyao Liu, Jun Tang, Jun Liu // Appl. Opt. – 2024. – Vol. 63. – P. 4840–4847.

5. Lefevre, H. The Fiber-Optic Gyroscope. Third Edition / H. Lefevre. – Artech, 2022.

6. Navigation-grade resonant fiber-optic gyroscope using ultra-simple whitelight multibeam interferometry / Shuangxiang Zhao, Qingwen Liu, Yuanyuan Liu, Huilian Ma, Zuyuan He // Photon. Res. – 2022. – Vol. 10. – P. 542–549.

7. A prototype for a passive resonant interferometric fiber optic gyroscope with a 3 × 3 directional coupler / K.A. Ovchinnikov, D.G. Gilev, V.V. Krishtop [et al.] // Sensors. – 2023. – Vol. 23, № 3. – P. 1319.

8. Performance improvement of white-light-driven resonant fiber optic gyroscope using four-frequency sawtooth wave modulation technology / F. Wu, J. Li, S. Lan, B. Yan, J. Zhou, Y. Yue // Optics Communications. – 2023. – Vol. 550. – P. 129827.

9. Research progress of the resonant fiber optic gyroscope technology / L. Wang, Y. Yan, H. Ma, Z. Jin // Proceedings of Applied Optics and Photonics China. – 2015. – P. 967906. 

10. Ovchinnikov, K.A. Study of the temperature stability of the parameters of a fiber-optic resonator with preservation of polarization / K.A. Ovchinnikov, D.G. Gilev, V.V. Krishtop // Proceedings of International Conference Laser Optics (ICLO). – 2024. – P. 561.

11. Овчинников, К.А. Определение температурного коэффициента изменения полуволнового напряжения фазового модулятора на LiNbO₃ / К.А. Овчинников, Д.Г. Гилев, В.В. Криштоп // Прикладная фотоника. – 2024. – Т. 11, № 2. – С. 36–48.

12. Hui, R. Chapter 7: External electro-optic modulators. Introduction to Fiber-Optic Communications / ed. R. Hui. – Academic Press. – 2020. – P. 299–335.

13. Smith, D.S. Refractive indices of lithium niobate / D.S. Smith, H.D. Riccius, R.P. Edwin // Optics Communications. – 1976. – Vol. 17, № 3. – P. 332–335.

14. Zook, J.D. Temperature dependence and model of the electro‐optic effect in LiNbO₃ / J.D. Zook, D. Chen, G.N. Otto // Applied Physics Letters. – 1967. – Vol. 11, № 5. – P. 159–161.