RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 4, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2023

 / 

Март

←  →

Обзоры актуальных проблем


Оптические нанорезонаторы

† 
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Ленинский проспект 53, Москва, 119991, Российская Федерация

Представлены анализ и обобщение классических и самых современных подходов к описанию и разработке принципов функционирования открытых оптических нанорезонаторов, т. е. резонаторов, все размеры которых меньше резонансной длины волны излучения в вакууме. Особое внимание уделено физике таких явлений, как связанные состояния в континууме, анапольные состояния, суперрезонансные моды и идеальные неизлучающие моды, имеющие экстремально большие добротности и локализации электромагнитных полей. Проведён анализ оптических свойств собственных колебаний в нанорезонаторах из метаматериалов. Рассмотренные эффекты, помимо того что они имеют фундаментальное значение, могут найти применение при разработке оптических наноантенн, нанолазеров, биосенсоров, устройств фотовольтаики и нелинейной нанофотоники.

Текст: pdf (Полный текст предоставляется по подписке)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2022.02.039153
Ключевые слова: нанорезонаторы, квазинормальные моды, идеальные неизлучающие моды, суперрезонансные состояния, анапольные состояния, связанные состояния в континууме, платоновы тела, добротность, наноантенны, нанолазеры, метаматериалы, резонансы Ми, плазмонные резонансы, биосенсоры
PACS: 03.50.De, 32.50.+d, 32.70.Jz, 42.25.−p, 42.50.Pq, 42.79.−e, 78.67.−n, 78.67.Pt (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2022.02.039153
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2023/3/b/
001133619700001
2-s2.0-85182600686
2023PhyU...66..263K
Цитата: Климов В В "Оптические нанорезонаторы" УФН 193 279–304 (2023)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 10 августа 2021, доработана: 17 января 2022, 11 февраля 2022

English citation: Klimov V V “Optical nanoresonators” Phys. Usp. 66 263–287 (2023); DOI: 10.3367/UFNe.2022.02.039153

Список литературы (195) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (5) Похожие статьи (20)

  1. Климов В В Наноплазмоника 2-е испр. изд. (М.: Физматлит, 2010); Klimov V V Nanoplasmonics (Singapore: Pan Sanford Publ., 2014)
  2. Noginov M A et al Nature 460 1110 (2009)
  3. Ge D et al Nat. Commun. 11 3414 (2020)
  4. Kwon S-H et al Nano Lett. 10 3679 (2010)
  5. Celebrano M et al Nat. Nanotechnol. 10 412 (2015)
  6. Biagioni P, Huang J-S, Hecht B Rep. Prog. Phys. 75 024402 (2012)
  7. Yang Z-J et al Phys. Rep. 701 1 (2017)
  8. Paniagua-Domínguez R et al J. Appl. Phys. 126 150401 (2019)
  9. Краснок А Е и др Письма в ЖЭТФ 94 635 (2011); Krasnok A E et al JETP Lett. 94 593 (2011)
  10. Krasnok A E et al Opt. Express 20 20599 (2012)
  11. Краснок А Е и др УФН 183 561 (2013); Krasnok A E et al Phys. Usp. 56 539 (2013)
  12. Rocco D et al J. Opt. Soc. Am. B 34 1918 (2017)
  13. Sinev I et al ACS Photon. 7 680 (2020)
  14. Luk'yanchuk B S et al ACS Photon. 2 993 (2015)
  15. Manna U et al J. Appl. Phys. 127 033101 (2020)
  16. Baranov D G et al Optica 4 814 (2017)
  17. Kivshar Yu Natl. Sci. Rev. 5 144 (2018)
  18. Koshelev K et al Nanophotonics 8 725 (2019)
  19. Yang Y, Bozhevolnyi S I Nanotechnology 30 204001 (2019)
  20. "Physicists Trap Light in Nanoresonators for Record Time". ITMO News, 17.01.2020, https://physics.itmo.ru/en/news/physicists-trap-light-nanoresonators-record-time
  21. Koshelev K et al Science 367 288 (2020)
  22. Tiguntseva E et al ACS Nano 14 8149 (2020)
  23. Zenin V A et al ACS Photon. 7 1067 (2020)
  24. Melik-Gaykazyan E et al Nano Lett. 21 1765 (2021)
  25. Mylnikov V et al ACS Nano 14 7338 (2020)
  26. Hwang M-S et al Nanophotonics 10 3599 (2021)
  27. Sadrieva Z et al Phys. Rev. B 100 115303 (2019)
  28. Bogdanov A A et al Adv. Photon. 1 016001 (2019)
  29. Carletti L et al Phys. Rev. Res. 1 023016 (2019)
  30. Carletti L et al Phys. Rev. Lett. 121 33903 (2018)
  31. Parker J A et al Phys. Rev. Lett. 124 097402 (2020)
  32. Luk'yanchuk B et al Phys. Rev. A 95 063820 (2017)
  33. Miroshnichenko A E et al Nat. Commun. 6 8069 (2015)
  34. Luk'yanchuk B et al Philos. Trans. R. Soc. A 375 20160069 (2017)
  35. Baryshnikova K V et al Adv. Opt. Mater. 7 1801350 (2019)
  36. Wei L et al Optica 3 799 (2016)
  37. Rybin M V et al Phys. Rev. Lett. 119 243901 (2017)
  38. Odit M et al Adv. Mater. 33 2003804 (2021)
  39. Klimov V Opt. Lett. 45 4300 (2020)
  40. Klimov V Photonics 9 1005 (2022)
  41. Klimov V V, Guzatov D V Photonics 10 248 (2023)
  42. Schwefel H G L et al Optical Microcavities (Advanced Series in Applied Physics) Vol. 5 (Ed. K Vahala) (Singapore: World Scientific, 2004) p. 415
  43. Jackson J D Classical Electrodynamics (New York: Wiley, 1975)
  44. Courant R, Hilbert D Methoden der mathematischen Physik (Berlin: Springer, 1924); Пер. на англ. яз., Courant R, Hilbert D Methods of Mathematical Physics Vol. 1 (Hoboken, NJ: John Wiley and Sons, 1989); Пер. на русск. яз., Курант Р, Гильберт Д Методы математической физики Т. 1 (М.-Л.: ГТТИ, 1933)
  45. de Broglie L Problèmes de propagations guidées des ondes électromagnétiques (Paris: Gauthier-Villars, 1941); Пер. на русск. яз., де Бройль Л Электромагнитные волны в волноводах и полых резонаторах (М.: ГИИЛ, 1948)
  46. Вайнштейн Л А Открытые резонаторы и открытые волноводы (М.: Советское радио, 1966); Пер. на англ. яз., Weinstein L A Open Resonators and Open Waveguides (Boulder, CO: Golem Press, 1969)
  47. Richtmyer R D J. Appl. Phys. 10 391 (1939)
  48. Affolter P, Eliasson B IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 21 573 (1973)
  49. Christopoulos T et al Opt. Express 27 14505 (2019)
  50. Wu T, Gurioli M, Lalanne P ACS Photon. 8 1522 (2021)
  51. Bohren C F, Huffman D R Absorption and Scattering of Light by Small Particles (New York: Wiley, 1983)
  52. Kristensen P T, Van Vlack C, Hughes S AIP Conf. Proc. 1398 100 (2011)
  53. Kristensen P T, Hughes S ACS Photon. 1 2 (2014)
  54. Sauvan C et al Phys. Rev. Lett. 110 237401 (2013)
  55. Lalanne P et al Laser Photon. Rev. 12 1700113 (2018)
  56. Muljarov E A, Langbein W Phys. Rev. B 94 235438 (2016)
  57. Coccioli R et al IEE Proc. Optoelectron. 145 391 (1998)
  58. Doost M B, Langbein W, Muljarov E A Phys. Rev. A 87 043827 (2013)
  59. Sauvan C Opt. Express 29 8268 (2021)
  60. Дмитриев В И, Захаров Е В Метод интегральных уравнений в вычислительной электродинамике (М.: МАКС Пресс, 2008)
  61. Bulygin V S et al IET Microwaves Antennas Propag. 9 1186 (2015)
  62. Sukharevsky I O et al Opt. Eng. 58 (1) 016115 (2019)
  63. Давидович М В Изв. Саратовского ун-та. Новая серия. Сер. Физика 8 (1) 3 (2008)
  64. Войтович Н Н, Каценеленбаум Б З, Сивов А Н УФН 118 709 (1976); Voitovich N N, Katsenelenbaum B Z, Sivov A N Sov. Phys. Usp. 19 337 (1976)
  65. Войтович H H, Каценеленбаум Б З, Сивов А Н Обобщенный метод собственных колебаний в теории дифракции (М.: Наука, 1977)
  66. Климов В В, Дюклуа М, Летохов В С Квантовая электроника 31 569 (2001); Klimov V V, Ducloy M, Letokhov V S Quantum Electron. 31 569 (2001)
  67. von Neumann J, Wigner E P Phys. Z. 30 465 (1929)
  68. 3ельдович Я Б ЖЭТФ 33 1531 (1957); Zel'dovich Ia B Sov. Phys. JETP 6 1184 (1958)
  69. Gladyshev S, Frizyuk K, Bogdanov A Phys. Rev. B 102 075103 (2020)
  70. Wu T et al Phys. Rev. A 101 011803 (2020)
  71. Lord Rayleigh F R S Philos. Mag. 5 44 28 (1897)
  72. Stevenson A F J. Appl. Phys. 24 1134 (1953)
  73. Stevenson A F J. Appl. Phys. 24 1143 (1953)
  74. van Bladel J IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 23 199 (1975)
  75. Mongia R K, Bhartia P Int. J. Microwave Millimeter-Wave Comput.-Aided Eng. 4 230 (1994)
  76. Brillouin L J. Phys. Radium 3 373 (1932)
  77. Muljarov E A, Langbein W, Zimmermann R Europhys. Lett. 92 50010 (2010)
  78. COMSOL, https://www.comsol.ru/
  79. Electromagnetic Systems Modeling. CST Studio Suite. Dassault Systèmes, https://www.3ds.com/products-services/simulia/products/cst-studio-suite/electromagnetic-systems/
  80. Bai Q et al Opt. Express 21 27371 (2013)
  81. Yan W, Faggiani R, Lalanne P Phys. Rev. B 97 205422 (2018)
  82. Mie G Ann. Physik 25 377 (1908), по новой нумерации Vol. 330
  83. Luk'yanchuk B S et al J. Opt. A 9 S294 (2007)
  84. Tribelsky M I, Luk'yanchuk B S Phys. Rev. Lett. 97 263902 (2006)
  85. Трибельский М И, Мирошниченко А Е УФН 192 45 (2022); Tribelsky M I, Miroshnichenko A E Phys. Usp. 65 40 (2022)
  86. Bashevoy M V, Fedotov V A, Zheludev N I Opt. Express 13 8372 (2005)
  87. Noh H et al Phys. Rev. Lett. 108 186805 (2012)
  88. Proskurin A, Bogdanov A, Baranov D Laser Photon. Rev. 15 2000430 (2021)
  89. Smythe W R Static and Dynamic Electricity 3rd ed. (New York: McGraw-Hill, 1968); Пер. на русск. яз., Смайт В Электростатика и электродинамика (М.: ИЛ, 1954)
  90. Guzatov D V, Klimov V V, Pikhota M Laser Phys. 20 85 (2010)
  91. Guzatov D V, Klimov V V Chem. Phys. Lett. 412 341 (2005)
  92. Hobson E W The Theory of Spherical and Ellipsoidal Harmonics (Cambridge: The Univ. Press, 1931)
  93. Faggiani R et al ACS Photon. 4 897 (2017)
  94. Märsell E et al Nano Lett. 15 6601 (2015)
  95. Klimov V V, Guzatov D V Phys. Rev. B 75 024303 (2007)
  96. Климов В В УФН 178 875 (2008); Klimov V V Phys. Usp. 51 839 (2008)
  97. Klimov V V, Guzatov D V Appl. Phys. A 89 305 (2007)
  98. Nordlander P et al Nano Lett. 4 899 (2004)
  99. Prodan E, Nordlander P J. Chem. Phys. 120 5444 (2004)
  100. Guzatov D V, Klimov V V New J. Phys. 13 053034 (2011)
  101. Watson J D et al Molecular Biology of the Gene 7th ed. (Boston: Pearson, 2014)
  102. Pal S et al Angew. Chem. 122 2760 (2010); Pal S et al Angew. Chem. Int. Ed. 49 2700 (2010)
  103. Zheng J et al Nano Lett. 6 1502 (2006)
  104. Kuzyk A et al Nature 483 311 (2012)
  105. Mastroianni A J, Claridge S A, Alivisatos A P J. Am. Chem. Soc. 131 8455 (2009)
  106. Klein W P et al Nano Lett. 13 3850 (2013)
  107. Ding B et al J. Am. Chem. Soc. 132 3248 (2010)
  108. Roller E-M et al Nano Lett. 15 1368 (2015)
  109. Roller E-M et al Nat. Phys. 13 761 (2017)
  110. Климов В В, Шаронов Г В Квантовая электроника 50 237 (2020); Klimov V V, Sharonov G V Quantum Electron. 50 237 (2020)
  111. Many V et al Nanophotonics 8 549 (2019)
  112. Ильченко М Е и др Диэлектрические резонаторы (Под ред. М Е Ильченко) (М.: Радио и связь, 1989)
  113. Luk K M, Leung K W (Eds) Dielectric Resonator Antennas (Antennas Series) 1st ed. (Baldock: Research Studies Press Ltd, 2002)
  114. Vahala K Nature 424 839 (2003)
  115. Kuznetsov A I et al Science 354 aag2472 (2016)
  116. Sager O, Tisi F Proc. IEEE 56 1593 (1968)
  117. Gastine M, Courtois L, Dormann J L IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 15 694 (1967)
  118. Martin R J, Tatam R P J. Mod. Opt. 41 1445 (1994)
  119. Filonov D S et al Appl. Phys. Lett. 100 201113 (2012)
  120. Kuznetsov A I et al Sci. Rep. 2 492 (2012)
  121. Voshchinnikov N V, Farafonov V G Astrophys. Space Sci. 204 19 (1993)
  122. Комаров И В, Пономарев Л И, Славянов С Ю Сфероидальные и кулоновские сфероидальные функции (М.: Наука)
  123. Lai H M et al J. Opt. Soc. Am. B 8 1962 (1991)
  124. Luk'yanchuk B S et al ACS Photon. 2 993 (2015)
  125. Bulgakov E, Pichugin K, Sadreev A Phys. Rev. A 104 053507 (2021); Bulgakov E, Pichugin K, Sadreev A arXiv:2107.13719
  126. Kishk A, Glisson A W, Junker G P PIER 33 97 (2001)
  127. Bulygin V S et al "Axially symmetric modeling of dielectric pillbox resonators" 2012 14th Intern. Conf. on Transparent Optical Networks, ICTON (Piscataway, NJ: IEEE, 2012)
  128. Рыбин М В, Лимонов М Ф УФН 189 881 (2019); Rybin M V, Limonov M F Phys. Usp. 62 823 (2019)
  129. Krasikov S et al Phys. Rev. Appl. 15 024052 (2021)
  130. Ruan Z, Fan S Phys. Rev. Lett. 105 013901 (2010)
  131. Qian C et al Phys. Rev. Lett. 122 063901 (2019)
  132. Qian C et al ACS Photon. 5 1506 (2018)
  133. Bulgakov E, Pichugin K, Sadreev A Photonics 8 49 (2021)
  134. Климов В В УФН 189 1131 (2019); Klimov V V Phys. Usp. 62 1058 (2019)
  135. Lu Y et al Opto-Electron Adv. 5 210014 (2022)
  136. Веселаго В Г УФН 92 517 (1967); Veselago V G Sov. Phys. Usp. 10 509 (1968)
  137. Shelby R A, Smith D R, Schultz S Science 292 77 (2001)
  138. Shelby R A et al Appl. Phys. Lett. 78 489 (2001)
  139. Ремнев М А, Климов В В УФН 188 169 (2018); Remnev M A, Klimov V V Phys. Usp. 61 157 (2018)
  140. Веселаго В Г УФН 181 1201 (2011); Veselago V G Phys. Usp. 54 1161 (2011)
  141. Кильдишев А В, Шалаев В М УФН 181 59 (2011); Kildishev A V, Shalaev V M Phys. Usp. 54 53 (2011)
  142. Klimov V V Opt. Commun. 211 183 (2002)
  143. Климов В В УФН 191 1044 (2021); Klimov V V Phys. Usp. 64 990 (2021)
  144. Klimov V arXiv:2102.12690
  145. Бокуть Б В, Сердюков А Н, Федоров Ф И Кристаллография 15 1002 (1970); Bokut' B V, Serdyukov A N, Fedorov F I Sov. Phys. Crystallogr. 15 871 (1971)
  146. Lindell I V et al Electromagnetic Waves in Chiral and Bi-isotropic Media (Boston: Artech House, 1994)
  147. Pendry J B Science 306 1353 (2004)
  148. Zhang S et al Phys. Rev. Lett. 102 023901 (2009)
  149. Dong J et al Opt. Express. 17 14172 (2009)
  150. ""Chiral metamaterials" US 8271241, B2, September 18, 2012
  151. "Chiral metamaterials", US 8,271.241 B2. Google Patents, http://www.google.ch/patents/US8271241
  152. Wongkasem N, Akyurtlu A, Marx K PIER 63 295 (2006)
  153. Klimov V V, Guzatov D V, Ducloy M Europhys. Lett. 97 47004 (2012)
  154. Климов В В, Гузатов Д В УФН 182 1130 (2012); Klimov V V, Guzatov D V Phys. Usp. 55 1054 (2012)
  155. Bohren C F Chem. Phys. Lett. 29 458 (1974)
  156. Guzatov D V, Klimov V V New J. Phys. 14 123009 (2012)
  157. Klimov V V et al Opt. Express 22 18564 (2014)
  158. Klimov V, Guzatov D Singular and Chiral Nanoplasmonics (Eds N Zheludev, S Boriskina) (Singapore: Pan Stanford Publ., 2014) p. 121
  159. Guzatov D V, Klimov V V Квантовая электроника 45 250 (2015); Klimov V V, Guzatov D V Quantum Electron. 45 250 (2015)
  160. Guzatov D V et al Opt. Express 25 6036 (2017)
  161. Wu C et al Phys. Rev. X 4 021015 (2014)
  162. Давидович М В УФН 189 1249 (2019); Davidovich M V Phys. Usp. 62 1173 (2019)
  163. Roth J, Dignam M J J. Opt. Soc. Am. 63 308 (1973)
  164. Totero Gongora J S et al Nat. Commun. 8 15535 (2017)
  165. Wan M et al Appl. Phys. Lett. 110 031103 (2017)
  166. Schwartz J J, Stavrakis S, Quake S R Nat. Nanotechnol. 5 127 (2010)
  167. Staude I et al ACS Photon. 2 172 (2015)
  168. Krasnok A E et al Laser Photon. Rev. 9 385 (2015)
  169. Ee H-S et al Nano Lett. 15 1759 (2015)
  170. Singh M et al Nanoscale 7 1424 (2015)
  171. Caldarola M et al Nat. Commun. 6 7915 (2015)
  172. Szenes A et al Sci. Rep. 7 13845 (2017)
  173. Elshaari A W et al Nat. Photon. 14 285 (2020)
  174. Brongersma M L, Cui Y, Fan S Nat. Mater. 13 451 (2014)
  175. Kim S J et al Nat. Commun. 6 7591 (2015)
  176. Sousa-Castillo A et al Nano Energy 37 118 (2017)
  177. Lee K-T et al Sci. Rep. 7 10640 (2017)
  178. Vismara R et al Opt. Express 27 A967 (2019)
  179. García-Guirado J et al Nano Lett. 20 585 (2020)
  180. Yavas O et al Nano Lett. 17 4421 (2017)
  181. Bontempi N et al Nanoscale 9 4972 (2017)
  182. Yang Y et al Nat. Commun. 16 5753 (2014)
  183. Tittl A et al Science 360 1105 (2018)
  184. Rodionov S A, Remnev M A, Klimov V V Sens. Bio-Sens. Res. 22 100263 (2019)
  185. Klimov V V et al J. Phys. D 50 285101 (2017)
  186. Mariani S et al Opt. Lett. 39 3062 (2014)
  187. Kuo P S, Bravo-Abad J, Solomon G S Nat. Commun. 5 3109 (2014)
  188. Gigli C et al Front. Phys. 7 221 (2019)
  189. Li G-C et al Nat. Commun. 12 4326 (2021)
  190. Shcherbakov M R et al Nano Lett. 14 6488 (2014)
  191. Grinblat G et al Nano Lett. 16 4635 (2016)
  192. Grinblat G et al ACS Nano 11 953 (2017)
  193. Evlyukhin A B et al Nano Lett. 12 3749 (2012)
  194. Staude I et al ACS Nano 7 7824 (2013)
  195. Tonkaev P et al Appl. Phys. Lett. 118 091104 (2021)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение