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Caractérisation spectrale et optique de la caractérisation spectrale et angle des nanostructures photoniques
Chapters
Summary November 21st, 2019
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La structure de la bande photonique permet de comprendre comment les modes électromagnétiques confinés se propagent dans un cristal photonique. Dans les cristaux photoniques qui incorporent des éléments magnétiques, ces modes optiques confinés et résonnants sont accompagnés d'une activité magnéto-optique améliorée et modifiée. Nous décrivons une procédure de mesure pour extraire la structure magnéto-optique de bande par la microscopie d'espace de Fourier.
Transcript
Les structures des bandes photoniques cartographient les relations de dispersion des modes électromagnétiques confinés dans un cristal photonique et sont associées à des interactions lumière-matière améliorées telles que les effets magnéto-optiques. Notre méthode permet de cartographier les effets magnéto-optiques dans l’espace réciproque du cristal photonique afin que nous puissions étudier directement comment la magnétisation modifie une réponse photonique. Les cristaux magnéto-optiques sont intéressants pour leurs propriétés optiques non réciproques.
Bien que nous allons démontrer cette technique avec une grille plasmonique simple, il est applicable à de nombreux autres types de cristaux photoniques. Un défi particulier de cette technique est que les effets magnéto-optiques sont généralement très faibles, donc vous devez prendre un soin supplémentaire pour s’assurer que tout bruit est minimisé. Commencez par construire la configuration sur une table optique avec un isolation vibratoire suffisant.
L’optique du faisceau émergeant de l’échantillon doit être mise en place comme indiqué avec l’objectif corrigé à l’infini qui dirige les fronts d’ondes qui émergent de chaque point de l’échantillon en faisceaux collinear. Placez une lentille collector avec un f de 200 millimètres à 330 millimètres de l’objectif de recentrer les faisceaux pour former une image au plan d’image. Insérez un rétroviseur après le plan d’image pour permettre l’imagerie de l’espace réel de l’échantillon et insérez une lentille L1 avec un f de 125 millimètres de sorte que le plan d’image est au point.
Placez une lentille L2 avec un f de 250 millimètres à une distance de 135 millimètres de L1. Placez une caméra à 210 millimètres de l’objectif L2 pour capturer une image agrandie du plan d’image et déplacer l’objectif L1 et L2 jusqu’à ce qu’un sténopé placé dans le plan d’image soit bien concentré sur la caméra CCD. Placez un sténopé dans le plan d’image à 200 millimètres de l’objectif collecteur au besoin pour limiter la région photographiée à une petite zone à motifs. Placez un objectif Bertrand avec un f de 75 millimètres 120 millimètres après le plan d’image pour créer une transformation Fourier des composants angulaires de l’image et placer un appareil photo à 75 millimètres de l’objectif Bertrand.
À l’aide d’une petite goutte de peinture argentée, monter l’échantillon, un DVD commercial râpant recouvert d’or magnétoplasmonique-cobalt-or-film, sur le porte-échantillon. Placez l’échantillon entre les poteaux d’un électroaimant puis déplacez l’objectif vers l’échantillon jusqu’à ce que l’échantillon soit bien concentré dans la caméra CCD. Pour effectuer une mesure de réflectivité optique, à l’aide de l’image de l’espace réel de l’échantillon, placez la tache lumineuse au-dessus d’une section réfléchissante et non patchée de l’échantillon et retournez le miroir pour visualiser le plan focal arrière du microscope.
Sélectionnez la zone du plan focal arrière qui correspond à l’état d’intérêt de polarisation et sélectionnez une zone d’intérêt comme section transversale rectilineal du plan focal arrière objectif le long de l’axe qui correspond à la polarisation magnéto-optique transversale. Cliquez sur Mesurer le spectre de normalisation pour mesurer le spectre de la source lumineuse. Comme chaque longueur d’onde donne un ensemble 1D de points de données, le spectre complet de la source lumineuse est enregistré sous la forme d’un tenseur 2D dans lequel chaque point de données représente une combinaison de longueur d’onde et d’angle.
À l’aide de l’image de l’espace réel de l’échantillon, placez la source lumineuse au-dessus du cristal photonique d’intérêt et retournez au plan focal arrière, en veillant à ce que les modes plasmon soient visibles sous forme de lignes sombres traversant le plan focal arrière. À l’aide des mêmes zones d’intérêt et des mêmes paramètres de mesure, cliquez sur Mesurer le spectre de réflexion pour mesurer le spectre de réflexion du cristal photonique. Pour effectuer une mesure magnéto-optique, commencez par mesurer une boucle d’hystérèse à l’aide d’un angle et d’une longueur d’onde connus pour correspondre à une bonne réponse magnéto-optique.
À l’aide de la boucle d’hystérèse, sélectionnez la plage de champs magnétiques pour boucler. Pour les échantillons ferrrommagnétiques, boucler les champs d’un état complètement saturé à un état saturé opposé, en étendant la portée confortablement sur le champ de saturation. Enfin mesurer l’intensité reflétée par l’échantillon à chaque point de champ magnétique défini, en répétant sur plusieurs boucles comme vous le souhaitez.
Chaque longueur d’onde et chaque point de magnétisation donneront un seul tableau 1D de données numériques pour lesquelles chaque point du tableau correspond à un angle particulier. Pour tenir compte de la variation spectrale de l’intensité de la source lumineuse, normalisez le spectre obtenu par le spectre de la source lumineuse. Cela donnera un tableau 2D de nombres de zéro à un pour lequel on correspond à entièrement réfléchissant et zéro correspond à des conditions entièrement absorptive.
Pour l’analyse des données, à l’aide de la boucle d’hystérèse de l’échantillon, assignez chaque image mesurée à l’un ou l’autre des états saturés ou à l’état intermédiaire, puis jetez les intensités mesurées pour les états intermédiaires et soustrayez les intensités saturées séparément pour chaque point de données angulaire et de longueur d’onde. Dans ce chiffre, on peut observer un micrographe microscope électronique à balayage d’un DVD commercial râpant recouvert d’un multicouche or-cobalt-or. Ici, les spectres optiques et magnéto-optiques de la grille peuvent être observés.
Les lignes montrent les relations de dispersion du plasmon calculées à partir de l’équation 1 et correspondent à une baisse visible de la réflectivité qui résulte de la conversion du rayonnement incident en PSP et dissipée par amortissement ohmique. Dans le spectre magnéto-optique de la grille plasmonique, les lignes de plasmon s’accompagnent d’une augmentation de l’activité magnéto-optique qui s’inverse brusquement à la surface plasmon polariton. La forme de la ligne peut s’expliquer par le fait que la magnétisation modifie légèrement les conditions d’excitation du polariton de plasmon de surface, ce qui entraîne deux polaritons plasmon de surface différents pour les états de magnétisation opposés.
En raison de la faible magnitude des effets magnéto-optiques, le champ magnétique doit être appliqué in situ mesurant chaque longueur d’onde à l’époque pour assurer un rapport signal-bruit optimal. Cette configuration peut être utilisée pour une variété de techniques magnéto-optiques, par exemple, pour la microscopie Kerr pour étudier la structure dominante des matériaux magnétiques. Nous avons étudié les effets magnéto-optiques dans la diffraction en limitant la propagation angulaire de la lumière incidente pour observer les faisceaux diffractés dans le plan focal arrière.
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