УДК 535.338.32
В. С. Г о р е л и к, В. В. Ф и л а т о в
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОТОННЫХ
КРИСТАЛЛОВ, ЗАПОЛНЕННЫХ
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
Исследованы оптические свойства резонансных фотонных крис-
таллов на примере искусственных опалов с нановключениями ок-
сида европия. Определены дисперсионные кривые, коэффициенты
отражения света, эффективные показатели преломления, группо-
вые скорости и эффективные массы электромагнитных волн в ис-
ходном опале и резонансном фотонном кристалле. Проведено сопо-
ставление теории с экспериментом по спектрам отражения и фо-
толюминесценции в отраженном свете. Рассчитаны параметры
электромагнитных волн на резонансном уровне.
E-mail:
gorelik@sci.lebedev.ru
Ключевые слова
:
глобулярный фотонный кристалл, опал, оксид евро-
пия, спектр, люминесценция, дисперсионное соотношение, показатель
преломления, коэффициент отражения, фотоны, групповая скорость,
эффективная масса, резонанс.
В последнее время большой интерес исследователей во всем мире
вызывают метаматериалы — композиты, свойства которых обусловле-
ны не столько свойствами составляющих элементов, сколько искус-
ственно созданной периодической структурой [1]. Для задач оптики
важны структуры с изменением показателя преломления с периодом,
допускающим брэгговскую дифракцию света, — фотонные кристал-
лы [2]. Достижения в области исследований фотонных кристаллов свя-
заны с трехмерными образцами, например, на основе искусственных
опалов. Глобулярные фотонные кристаллы (ГФК) — это композиты,
образованные ГЦК-решеткой глобул (шаров) аморфного кварца SiO
2
.
Наличие пор в опале позволяет вводить в материал различные включе-
ния. Легирование опалов представляет интерес в связи с возможно-
стью управления оптическими свойствами образцов. Исследованиям
фотонных кристаллов на основе искусственных опалов с различными
внедрениями посвящена серия работ авторов [3–6].
В работе [2] развита теория экситон-поляритонной зонной струк-
туры резонансного фотонного кристалла. В частности, теоретически
установлена возможность появления резонансного уровня в запрещен-
ной зоне. В силу того что диэлектрическая проницаемость оксидов
некоторых редкоземельных элементов имеет резонансный вид, пред-
ставляется важным исследовать резонансные фотонные кристаллы с
внедрениями подобного рода на примере искусственных опалов, за-
полненных оксидом европия Eu
2
O
3
.
Таким образом, целью данной
104
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2012