Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек



Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек
G02F1/00 - Устройства или приспособления для управления интенсивностью, цветом, фазой, поляризацией или направлением света, исходящего от независимого источника, например для переключения, стробирования или модуляции; нелинейная оптика (термометры с использованием изменения цвета или прозрачности G01K 11/12; с использованием изменения параметров флуоресценцией G01K 11/32; световоды G02B 6/00; оптические устройства или приспособления с использованием подвижных или деформируемых элементов для управления светом от независимого источника G02B 26/00; управление светом вообще G05D 25/00; системы визуальной сигнализации G08B 5/00; устройства для индикации меняющейся информации путем выбора или комбинации отдельных элементов G09F 9/00; схемы и устройства управления для приборов

Владельцы патента RU 2657344:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) (RU)

Изобретение относится к способу формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек. Может быть использовано при разработке прототипа задающего плазмонного генератора тактовых импульсов с характерными размерами меньше длины волны возбуждаемых плазмон-поляритонов с последующим применением в плазмонных схемах обработки информации, в том числе, - при проектировании высокоскоростных терагерцовых плазмонных шин данных. Техническим результатом данного изобретения является получение эффективного способа генерации коротких плазмонных импульсов без использования оптической схемы возбуждения. Сущность изобретения заключается в том, что исходя из условия равенства частоты перехода в квантовых точках и плазмонной частоты металлической пластины подбираются материал и размер полупроводниковых квантовых точек, а их концентрация выбирается исходя из условия компенсации потерь на рассматриваемых временных и пространственных масштабах. 2 ил.

 

Изобретение относится к области управления формированием плазмон-поляритонных импульсов на плоской границе раздела двух сред с различными диэлектрическими проницаемостями и может быть использовано для создания прототипа задающего плазмонного генератора тактовых импульсов с характерными размерами меньше длины волны возбуждаемых плазмон-поляритонов.

Известен способ создания плазмонного волновода для конвертации и пропускания светового сигнала [«Plasmonic waveguide, capable of passing a light signal by using surface plasmon polariton», патент Кореи KR 1020090093798, Byoung Ho Lee, Jung Hyun Park, Hwi Kim, дата приоритета 29.02.2008]. Способ основан на создании волноводного канала на основе брэгговских решеток с различным показателем преломления и совмещенных таким образом, чтобы обеспечить селективное пропускание строго определенной длины волны излучения вдоль волновода. Локализации энергии электромагнитной волны в направлении, перпендикулярном направлению распространения, обеспечивается за счет системы антирезонансных брэгговских решеток, препятствующих выходу сигнала за пределы волноводного канала.

Также известен способ фокусировки уже сформированных плазмон-поляритонных волн [«Surface plasmon polariton waveguide focusing device in an MIM structure with an upper metal layer and a lower metal layer including different lengths», патент Кореи KR 1020110045201, Myung Hyun Lee, Hae Ryung Park, дата приоритета 26.10.2009]. В основе способа лежит передача плазмонных возбуждений, проявляющихся в виде электромагнитного поля колебаний электронной плотности, - с одной металлической пластины сужающейся геометрии на другую, которая обладает существенно меньшими геометрическими размерами. Рассматриваемые пластины отделены друг от друга слоем диэлектрика.

Недостатками данных способов является то, что для формирования плазмон-поляритонов требуются устройства с размерами больше или порядка длины волны света, а сам процесс превращения свободно распространяющейся электромагнитной волны (света) в локализованную поверхностную волну сопряжен со значительным уровнем потерь.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ генерации плазмон-поляритонов при наличии дополнительной усиливающей среды [«Method and apparatus for enhancing plasmon-polariton and phonon polariton resonance», Патент США WO 2005111584, Solaris Nanosciences, Inc., 321 South Main Street, Providence, RI 02903 (USA)]. Способ основан на использовании дополнительной активной среды, резонансная частота которой соответствует плазмонной частоте в метал-диэлектрик интерфейсе. В качестве накачки для активной среды может служить как лазерное, так и электронное возбуждение, которое посредством активной среды обеспечивает усиление плазмон-поляритонных мод.

Ограничения данного метода связаны с необходимостью совмещения сразу нескольких устройств - генератора плазмон-поляритонного сигнала, а также его усилителя, при этом их характерные размеры остаются больше длины волны излучения.

Задача, решаемая изобретением, - обеспечение максимальной эффективности при конвертации энергии внешнего источника накачки в плазмонные моды на масштабах сугубо меньше длины волны формируемых плазмон-поляритонных мод.

Предлагаемая задача решается тем, что в способе формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек, включающем процесс безизлучательной передачи энергии возбужденных полупроводниковых квантовых точек к возникающим на границе раздела металл-диэлектрик плазмон-поляритонам, отличающимся использованием наводимых полем плазмон-поляритонов кантовых корреляций между отдельными квантовыми точками возникает возможность осуществить коллективный процесс их распада и приводит к формированию коротких импульсов, вид которых может быть получен из решения нелинейного уравнения маятника вида

с дополнительным слагаемым при , ответственным за учет диссипативных процессов в диэлектрической среде-носителе с квантовыми точками и где θ определяет угол для вектора на сфере Блоха, координаты которого Z=cos(θ) и R=sin(θ) связаны с разностью населенности n21 и поляризацией ρ12 в ансамбле квантовых точек соотношениями и Z=n21, а К0SPt-kSPz определяется через значения циклической частоты ωSP и волнового числа kSP поля плазмонов, распространяющихся во времени t и пространстве z вдоль плоской границы металл-диэлектрик; параметр выражается через количество квантовых точек Na в области взаимодействия и константу связи g, тогда как коэффициент u1 ответственен за диссипативные процессы, связанные с учетом локального поля диэлектрика.

Технически формирование коротких плазмонных импульсов возможно в процессе коллективного распада в ансамбле возбужденных квантовых точек, расположенных в слое диэлектрика вблизи металлической пластины (Фиг. 1), размер которых выбирается из условия равенства частоты перехода в квантовых точках и плазмонной частоты металлической пластины, а концентрация - исходя из условия компенсации потерь на рассматриваемых временных и пространственных масштабах. Динамика процесса формирования плазмонных импульсов (Фиг. 2) описывается системой самосогласованных уравнений

где определяет характерное время установления квантовых корреляций между квантовыми точками и выражается через параметр Бергмана для границы раздела металл/диэлектрик с диэлектрической проницаемостью εd диэлектрика и металла и с учетом столкновительной частоты γp, а также плазмонной частоты , где - плазменная частота в металле с массой электронов m0, зарядом е при их концентрации nm; ε0 является электрической постоянной, постоянной Планка, - константа связи в объеме V, выражающаяся через частоту Раби Ω0 и , где Np - количество плазмонов в области взаимодействия. Параметр Гε в (2а) и (2б) представляет собой суммарную скорость радиационных и нерадиационных потерь для квантовых точек, тогда как параметр определяет добавку к частоте Раби, появляющуюся вследствие перехода от максвелловского к локальному полю, действующему на квантовые точки. Дисперсионная uR и диссипативная поправки u1 имеют физический смысл дополнительных частотной модуляции и эффектов поглощения и возникают за счет учета локального отклика в диэлектрике с комплексным показателем преломления n=nR+in1, имеющим действительную nR и мнимую n1 части, при определенном выборе которых скорость радиационного затухания квантовых точек может быть скомпенсирована, то есть Гε=0.

Краткое описание чертежей.

Фиг. 1.1 - Схема формирования плазмонных импульсов в слоистом (планарном) волноводе металл/диэлектрик с накачкой CdS КТ: 2 - антирезонансные брэгговские волноводы (ARROW); 3 - дифракционная решетка; 4 - квантовые точки CdS с дипольным моментом ; 5 - диэлектрик (пленка); 6 - металл (Au); 7 - объем взаимодействия в диэлектрике V; 8 - накачивающий объем в металле V’; 9 - оптический импульс накачки ; 10 - триггерный плазмонный импульс εex, 11 - формируемый в результате распада экситонов КТ плазмонный импульс ε; 12 - ось Ох; 13 - ось Оу; 14 - ось Oz; 15 - зависимость энергии межзонного перехода 1Se-1Sh в эВ (ось ординат) от размера DQD в нм (ось абсцисс) CdS КТ (Eg=2.42 эВ при 0 К для сплошной среды).

Фиг. 2. Профили интенсивности плазмонных импульсов Ip в МВт/см2 (ось ординат) от времени t в пс (ось абсцисс), полученные при численном моделировании системы (2) при выборе концентрации N=2.83⋅1022 м-3 квантовых точек CdS с размером DQD=1.56 нм и начальной стохастической поляризацией вблизи золотой поверхности для случаев нескомпенсированной Гε=6.3⋅1011 с-1 (штриховая линия) и скомпенсированной Гε=0 с-1 при nR=1.6 n1=1.23 (сплошная линия) скорости затухания в КТ. Параметры взаимодействия: u1=-0.1582, γR=4.1⋅1013 с-1, g=1.14⋅1012 с-1, ξ0=2.5⋅1010 с-1.

Пример реализации способа.

В качестве модельной среды использовали интерфейс в виде волновода металл/диэлектрик с размещенными внутри тонкого диэлектрического слоя двухуровневыми хромофорами в виде полупроводниковых квантовых точек CdS на Фиг. 1 со средним диаметром DQD=1.56 нм, длина волны межуровневого перехода для которых резонансна плазмонной длине волны λSP=192 нм золота (ωp=1.37⋅1016 с-1), а соответствующий дипольный момент межзонного перехода составляет μ=μ12=5⋅10-29 Кл⋅м. При концентрации квантовых точек N=2.83⋅1022 м-3 их количество в области взаимодействия с объемом оказывается равным Na=200, а величина длительности формируемого плазмонного импульса составит 450 фс с учетом скорости затухания Гε=6.3⋅1011 с-1 или 250 фс при ее компенсации Гε=0 с-1 путем выбора диэлектрика с nR=1.6, n1=1.23 (K=-0.0147) (на Фиг. 2); столкновительная частота золота γp=4.1⋅1013 с-1, величины константы связи g=1.14⋅1012 с-1, параметр Бергмана , его производная при εd=2.56.

Способ формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек, включающий процесс безизлучательной передачи энергии возбужденных полупроводниковых квантовых точек к возникающим на границе раздела металл-диэлектрик плазмон-поляритонам, отличающийся использованием наводимых полем плазмон-поляритонов квантовых корреляций между отдельными квантовыми точками позволяет осуществить коллективный процесс их распада и приводит к формированию коротких импульсов, вид которых может быть получен из решения нелинейного уравнения маятника вида

с дополнительным слагаемым при ответственным за учет диссипативных процессов в диэлектрической среде-носителе с квантовыми точками, и где θ определяет угол для вектора на сфере Блоха, координаты которого Z=cos(θ) и R=sin(θ) связаны с разностью населенности n21 и поляризацией ρ12 в ансамбле квантовых точек соотношениями и Z=n21, а K0SPt-kSPz определяется через значения циклической частоты ωSP и волнового числа kSP поля плазмонов, распространяющихся во времени t и пространстве z вдоль плоской границы металл-диэлектрик; параметр выражается через количество квантовых точек Na в области взаимодействия и константу связи g, тогда как коэффициент uI ответственен за диссипативные процессы, связанные с учетом локального поля диэлектрика.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технологий жидкокристаллических дисплеев. Техническим результатом является улучшение качества отображаемого изображения жидкокристаллической панели за счет того, что яркости различных областей сбалансированы, и за счет исключения светлых и темных вертикальных линий.

Изобретение предлагает одноцепочечную планку освещения с устройством защиты от перегрузки и схему драйвера источника освещения для устройства отображения. Технический результат заключается в предотвращении перегрева из-за превышения тока в планке освещения и предотвращение повреждения всего модуля подсветки.

Изобретение относится к оптической системе передачи для аналоговых или цифровых радиочастотных сигналов с использованием твердотельного лазера с внешней модуляцией.

Изобретение относится к области оптики и касается способа генерации узкополосного терагерцового излучения. Генерация осуществляется путем воздействия линейно поляризованными фемтосекундными лазерными импульсами на входную поверхность анизотропного нелинейного монокристалла, приводящего к преобразованию излучения с терагерцовым выходом в направлении распространения лазерных импульсов при длине прохождения этих импульсов в монокристалле, равной длине поглощения в нем терагерцового излучения на рабочей частоте, и терагерцовым выходом в обратном направлении, при длине прохождения, превышающей длину поглощения терагерцового излучения на рабочей частоте.

Изобретение относится к оптической технике. Оптический модулятор, каждый пиксель которого содержит перекрывающие площадь пикселя неподвижный плоский поляризатор и параллельный ему подвижный плоский поляризатор.

Изобретение относится к области обработки оптической информации. В оптическом модуляторе света модуляция происходит посредством поворота подвижного поляризатора в виде диска относительно неподвижного поляризатора.

Изобретение относится к области нелинейной оптики, а именно к оптическим материалам, обладающим способностью к изменению пропускания ультрафиолетового излучения при воздействии на них управляющего излучения.

Изобретение относится к жидкокристаллическим дисплейным устройствам. Жидкокристаллическое дисплейное устройство содержит модуль управления, который регулирует яркость устройства подсветки с использованием ШИМ-затемнения.

Изобретение относится к технологии жидкокристаллических дисплеев. Жидкокристаллический дисплей, содержащий: компонент рамки; жидкокристаллическую панель, прикрепленную к одной стороне компонента рамки; печатную плату, прикрепленную к другой стороне компонента рамки; и чип на ленточном носителе, соединяющий жидкокристаллическую панель и печатную плату друг с другом, причем чип на ленточном носителе имеет удлиненную дорожку, которая является регулируемой.

Изобретение относится к области технологий создания жидкокристаллических дисплеев. Жидкокристаллическая панель включает модуль управления затвором, устройство отображения и несколько монтажных блоков.

Изобретение относится к электрохромным устройствам и контроллерам окон. Контроллер для окрашиваемого окна содержит процессор с инструкциями для активации определения уровня окрашивания окрашиваемого окна, вход для приема выходных сигналов от датчиков и выход для управления уровнем окрашивания в окрашиваемом окне. Указанные инструкции содержат зависимость между принятыми выходными сигналами и уровнем окрашивания, в которой используются выходные сигналы от внешнего фотодатчика, внутреннего фотодатчика, датчиков присутствия, внешней температуры и пропускания. Технический результат – минимизация энергопотребления. 9 н. и 56 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к способу формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек. Может быть использовано при разработке прототипа задающего плазмонного генератора тактовых импульсов с характерными размерами меньше длины волны возбуждаемых плазмон-поляритонов с последующим применением в плазмонных схемах обработки информации, в том числе, - при проектировании высокоскоростных терагерцовых плазмонных шин данных. Техническим результатом данного изобретения является получение эффективного способа генерации коротких плазмонных импульсов без использования оптической схемы возбуждения. Сущность изобретения заключается в том, что исходя из условия равенства частоты перехода в квантовых точках и плазмонной частоты металлической пластины подбираются материал и размер полупроводниковых квантовых точек, а их концентрация выбирается исходя из условия компенсации потерь на рассматриваемых временных и пространственных масштабах. 2 ил.

Наверх