Зависимость частот поверхностных электромагнитных состояний в фотонных кристаллах от параметров двухслойной диэлектрической элементарной ячейки

Abstract

Теоретически исследованы поверхностные электромагнитные состояния (ПЭС) на границе раздела фотонного кристалла и плазмоподобной среды. Предполагалось, что элементарная ячейка фотонного кристалла состоит из двух различных немагнитных диэлектриков. Изучено изменение частот ПЭС при изменении конфигурации элементарной ячейки фотонного кристалла. Показано, что при определенных параметрах элементарной ячейки фотонного кристалла могут существовать несколько ПЭС, отличающихся частотами и степенью локализации электромагнитного поля в фотонном кристалле и плазмоподобной среде. Продемонстрирована возможность существования ПЭС в структурах типа металл−фотонный кристалл со слоями SiO₂ и Si, широко применяющихся в приложениях кремниевой нанофотоники.

In this paper, we present the theoretical analysis of surface electromagnetic states (SES) at the interface between a photonic crystal and a plasma-like medium. It was assumed that an elementary cell of the photonic crystal is composed of two different non-magnetic dielectrics. The change of frequencies of SES with the configuration of the elementary cell has been studied. We have shown that at certain parameters of the elementary cell a number of SES can exist. These states differ in frequencies and their electromagnetic field localization in the photonic crystal and in the plasma-like medium. The possibility of existence of SES in metal-photonic crystal structures with layers of SiO₂ and Si has been demonstrated. These structures are widely used for up-to-date applications of silicon nanophotonics.

Теоретично досліджено поверхневі електромагнітні стани (ПЕС) на межі розділу фотонного кристала і плазмоподібного середовища. Передбачалося, що елементарна комірка фотонного кристала складається з двох різних немагнітних діелектриків. Вивчено зміну частот ПЕС при зміні конфігурації елементарної комірки фотонного кристала. Показано, що при певних параметрах елементарної комірки фотонного кристала можуть існувати декілька поверхневих ПЕС, що розрізняються частотами і ступенем локалізації електромагнітного поля у фотонному кристалі та плазмоподібному середовищі. Продемонстровано можливість існування ПЕС у структурах типу метал-фотонний кристал із шарами SiO₂ і Si, які широко застосовуються в приладах кремнієвої нанофотоніки.