Spektrale und winkelaufgelöste magneto-optische Charakterisierung photoischer Nanostrukturen

Zusammenfassung

Die photonische Bandstruktur ermöglicht es zu verstehen, wie sich eingegrenzte elektromagnetische Modi in einem photonischen Kristall ausbreiten. In photonischen Kristallen, die magnetische Elemente enthalten, werden solche eingeschränkten und resonanzförmigen optischen Modi von einer verbesserten und modifizierten magneto-optischen Aktivität begleitet. Wir beschreiben ein Messverfahren zur Extraktion der magneto-optischen Bandstruktur durch Fourier Raummikroskopie.

Zusammenfassung

Photonische Kristalle sind periodische Nanostrukturen, die eine Vielzahl von begrenzten elektromagnetischen Modi unterstützen können. Solche eingeschränkten Modi werden in der Regel von einer lokalen Verbesserung der elektrischen Feldintensität begleitet, die Licht-Materie-Wechselwirkungen verstärkt und Anwendungen wie oberflächenverstärkte Raman-Streuung (SERS) und Oberflächenplasmon-verstärkte Sensorik ermöglicht. In Gegenwart von magneto-optisch aktiven Materialien führt die lokale Feldverstärkung zu anomaler magneto-optischer Aktivität. Typischerweise hängen die eingeschränkten Modi eines bestimmten photonischen Kristalls stark von der Wellenlänge und dem Einfallswinkel der einfallenden elektromagnetischen Strahlung ab. Daher sind spektrale und winkelaufgelöste Messungen erforderlich, um sie vollständig zu identifizieren und ihre Beziehung zur magneto-optischen Aktivität des Kristalls herzustellen. In diesem Artikel beschreiben wir, wie man ein Fourier-Ebene (Rückenfokusebene) Mikroskop verwendet, um magneto-optisch aktive Proben zu charakterisieren. Als Modellsystem verwenden wir hier ein Plasmonisches Gitter aus magneto-optisch aktiver Au/Co/Au Multilayer. In den Experimenten wenden wir ein Magnetfeld auf das Gitter in situ an und messen seine wechselseitige Raumreaktion, um die magneto-optische Reaktion des Gitters über einen Bereich von Wellenlängen und Einfallswinkeln zu erhalten. Diese Informationen ermöglichen es uns, eine vollständige Karte der Plasmonischen Bandstruktur des Gitters und der winkel- und wellenlängenabhängigen magneto-optischen Aktivität zu erstellen. Diese beiden Bilder ermöglichen es uns, die Wirkung der Plasmonresonanzen auf die magneto-optische Reaktion des Gitters zu bestimmen. Die relativ geringe Größe magnetooptischer Effekte erfordert eine sorgfältige Behandlung der erfassten optischen Signale. Zu diesem Zweck wird ein Bildverarbeitungsprotokoll zur Gewinnung einer magneto-optischen Antwort aus den erfassten Rohdaten erstellt.

Einleitung

Begrenzte elektromagnetische Modi in photonischen Kristallen können aus einer Vielzahl unterschiedlicher Ursprünge entstehen, wie Z. Plasmonresonanzen um metall-dielektrische Schnittstellen oder Mie-Resonanzen in dielektrischen Nanostrukturen^mithohem Brechungsindex 1^,2,3, und können so gestaltet werden, dass sie bei speziell definierten Frequenzen^4,5erscheinen. Ihre Anwesenheit führt zu vielen faszinierenden Phänomenen wie photonischen Bandlücken^6,7,

Protokoll

1. Montage des Setups

1. Optik
   HINWEIS: Erstellen Sie das Setup wie in Abbildung 3A dargestellt auf einem optischen Tisch mit ausreichender Vibrationsisolierung. Um sphärische und andere Aberrationen zu vermeiden, zentrieren Sie alle optischen Komponenten (Linsen, Lochlöcher usw.) in Bezug auf den Strahl. Die optische Anordnung ist in Abbildung 2 mit den angegebenen Abständen zwischen den Komponenten dargestellt.
   1. Führen Sie das Licht von der weißen Lichtquelle zu einem Monochromator, um einen monochromatischen Lichtstrahl zu erhalten. Weitere Informationen z....

Ergebnisse

Abbildung 4A zeigt eine Rasterelektronenmikroskopie (SEM) eines kommerziellen DVD-Gitters, das mit Au/Co/Au Multilayer bedeckt ist und in unseren Experimenten als Demonstrationsprobe verwendet wurde. Seine optischen und magneto-optischen Spektren sind in Abbildung 4B,C dargestellt. Details zur Probenfertigung werden an anderer Stelle vorgestellt²³. Schwarze Linien in Abbildung 4

Diskussion

Wir haben ein Messaufbau und ein Protokoll eingeführt, um eckig aufgelöste magneto-optische Spektren optischer Kristalle zu erhalten. Insbesondere wurde der Fall ferromagnetischer Materialien, der eine zusätzliche Datenanalyse erfordert, um die nichtlineare Durchlässigkeit des Materials zu berücksichtigen, dargelegt. Die anwinkelgelöste magneto-optische Spektroskopie bietet einen zusätzlichen Vorteil gegenüber nicht-angular gelösten Methoden, dass die eingeschränkten Modi leichter identifiziert werden können, da sie sowo.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Strahlteiler	Thorlabs	BSW27
Bertrand-Objektiv	Thorlabs	LA1608	f = 75 mm
CCD-Kamera	Thorlabs	1500M-GE-TE	Kamera für die Bildgebung im realen Weltraum
Sammelobjektiv	Thorlabs	ITL200	f = 200 mm
Kollimationslinse	Zeiss	420640-9800	Vergrößerung 10x NA 0,3
Flip Spiegel	Thorlabs	CCM1-P01/M
Klappspiegelhalterung	Thorlabs	FM90/M
L1-Objektiv	Thorlabs	LA1986	f = 125 mm
L2-Objektiv	Thorlabs	LA1461	f = 250 mm
Objektiv	Nikon	MUE10500	Vergrößerung 50x NA 0,8
Lochblende	Thorlabs	ID8/M
Polarisator	Thorlabs	GTH10M	Für LMOKE-Messungen werden zwei Polarisatoren benötigt
sCMOS-Kamera	Andor	ZYLA-4.2P-USB3