Плазмоника, Теория и приложения, Майер С.А., 2011

Плазмоника, Теория и приложения, Майер С.А., 2011.
  В книге достаточно полно изложена история развития плазмоники. Она предназначена как для студентов, имеющих общие представления о теории электромагнетизма и прикладной оптике и желающих начать собственные исследования в данной сфере, так и для научных работников, для которых эта книга, возможно, станет настольным справочником. Первая часть данного издания представляет собой введение в плазмонику, начиная с элементарною описания классического электромагнетизма, причем особое внимание уделяется проводящим материалам. В последующих главах обсуждаются поверхностные плазмон-поляритоны и локализованные плазмоны в наноструктурах в видимой части спектра, а также поверхностные электромагнитные волны. Во второй части книги рассматриваются вопросы практического применения теории для разнообразных приложений, например, для создания плазменных волноводов, апертурных решеток для усиления света. В заключении дается краткое описание свойств нового класса сред — метаматериалов.

Уравнения Максвелла и распространение электромагнитных волн.
Взаимодействие электромагнитных полей с металлами можно понять в рамках классической физики, базирующейся на уравнениях Максвелла. Даже металлические структуры вплоть до размеров порядка нескольких нанометров можно описать в рамках классической физики, не прибегая к квантовой механике, поскольку из-за высокой плотности свободных носителей заряда интервалы между электронными энергетическими уровнями малы по сравнению с тепловой энергией kBТ для комнатной температуры. Таким образом, рассматриваемая в данной книге электродинамика металлов ограничивается классическими представлениями и позволяет изучить явления, связанные с зависимостью свойств металлов от частоты.
Как известно из эксперимента, в широкой области частот металлы обладают высокой отражательной способностью, электромагнитные волны не проникают в металл. По этой причине металлы традиционно используются в качестве оболочек для создания волноводов и резонаторов электромагнитного излучения на микроволновых частотах. В этом частотном режиме используется приближение идеальной проводимости или приближение
проводника с бесконечной либо большой проводимостью, поскольку в металл проникает лишь малая часть падающего электромагнитного излучения.
Оглавление
Предисловие редактора перевода
Предисловие
Введение
Благодарность
ЧАСТЬ I. ОСНОВЫ ПЛАЗМОНИКИ
Введение
Глава 1. Электромагнитные свойства металлов
1.1. Уравнения Максвелла и распространение электромагнитных волн
1.2. Диэлектрическая проницаемость газа свободных электронов
1.3. Дисперсионные соотношения для объемных плазмонов в приближении газа свободных электронов
1.4. Межзонные переходы в металлах
1.5. Плотность энергии электромагнитного поля в металлах
Глава 2. Поверхностные плазмон-поляритоны на границе раздела металл-диэлектрик
2.1. Волновое уравнение
2.2. Поверхностные плазмон-поляритоны на одиночных границах раздела
2.3. Многослойные системы
2.4. Удержание энергии и эффективная длина волны
Глава 3. Возбуждение поверхностных плазмон-поляритонов на плоских границах раздела сред
3.1. Возбуждение пучком заряженных частиц
3.2. Призменный ввод
3.3. Решеточный ввод
3.4. Возбуждение с использованием фокусированных оптических пучков
3.5. Возбуждение в ближнем поле
3.6. Схемы связи, подходящие для объединения с традиционными фотонными элементами
Глава 4 Способы визуализации поверхностного плазмон-поляритона
4.1. Микроскопия ближнего поля
4.2. Флуоресцентное изображение
4.3. Излучение дифракционных потерь
4.4. Изображение рассеянного светового излучения
Глава 5. Локализованные поверхностные плазмоны
5.1. Нормальные моды электромагнитного поля в металлических частицах
5.2. Теория Ми
5.3. За пределами квазистатической аппроксимации и времени жизни плазмона
5.4. Наблюдение плазмонов в частицах
5.5. Связь между локализованными плазмонами
5.6. Плазмоны в нановключениях и металлических нанооболочках
5.7. Локализованные плазмоны в усиливающей среде
Глава 6. Электромагнитные поверхностные моды на низких частотах
6.1. Поверхностные плазмон-поляритоны при терагерцовых частотах
6.2. Ложные поверхностные плазмон-поляритоны на гофрированных поверхностях
6.3. Поверхностные фонон-поляритоны
ЧАСТЬ II. ПРИЛОЖЕНИЯ
Введение
Глава 7. Плазменные волноводы
7.1. Планарные элементы для управления распространением поверхностных плазмон-поляритонов
7.2. Структура запрещенных зон для поверхностных плазмон-поляритонов
7.3. Распространение поверхностных плазмон-поляритонов вдоль металлических полос
7.4. Металлические нанопровода и конические волокна для эффективной передачи и фокусирования волн
7.5. Моды, локализованные в зазорах и канавках
7.6. Металлические наночастичные волноводы
7.7. Преодоление потерь за счет использования усиливающих сред
Глава 8. Прохождение излучения сквозь отверстия и пленки
8.1. Теория дифракции на субволновых отверстиях
8.2. Прохождение света сквозь субволновые апертуры
8.3. Направленное излучение за счет структурирования выходной стороны экрана
8.4. Локализованные поверхностные плазмоны и светопропускание сквозь одиночные апертуры
8.5. Практические применения экстраординарного пропускания
8.6. Светопропускание сквозь неперфорированную пленку
Глава 9. Излучение и нелинейность
9.1. Основы SERS
9.2. SERS и усиление поля резонатора
9.3. Геометрии SERS
9.4. Усиление флуоресценции
9.5. Люминесценция металлических наноструктур
9.6. Усиление нелинейных процессов
Глава 10. Спектроскопия и сенсорные измерения
10.1. Одночастичная спектроскопия
10.2. Сенсоры на базе поверхностных плазмон-поляритонов
Глава 11. Метаматериалы, получение изображений с помощью поверхностных плазмон-поляритонов
11.1. Метаматериалы и отрицательный показатель преломления на оптических частотах
11.2. Идеальная линза, получение изображений и литография
Глава 12. Заключение
Литература
Предметный указатель.