Вышедшие номера
Возбуждение мод металлического капилляра сфокусированным светом: теория и оценки возможностей увеличения сигналов комбинационного рассеяния
Российский научный фонд (РНФ), Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами, 24-23-00194
Коузов А.П. 1
1Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
Email: a.kouzov@spbu.ru
Поступила в редакцию: 26 ноября 2025 г.
В окончательной редакции: 17 марта 2026 г.
Принята к печати: 7 апреля 2026 г.
Выставление онлайн: 16 октября 2026 г.

Теоретически проанализированы возможности, открываемые использованием металлических капилляров (МК) для усиления сигналов комбинационного рассеяния (КР) света. Детально изучены характеристики возбуждения E- и H-мод круглого МК при фокусировке монохроматического луча на входное отверстие капилляра. Показано, что в мультимодовом режиме число возбуждаемых E1m- и H1m-мод существенно ограничивается числом осцилляций поля на дифракционной картине, возникающей на входе МК. По этой причине использование малых численных апертур сильно снижает число мод, участвующих в переносе световой энергии. Предложенная модификация метрики для расчета модовых амплитуд унифицирует расчет характеристик эванесцентных и распространяющихся волн и дает новое правило сумм для корней производной J1 (x) функции Бесселя. Построены поверхности пропускания как функции номера моды m и безразмерной комбинации поверхностного импеданса, внутреннего радиуса МК и длины оптического пути L. Эти данные сильно упрощают нахождение оптимального фокусного расстояния и дают возможность быстро рассчитать эффективную длину L для произвольного МК. По нашим оценкам H-волны при возбуждении светом с λ=0.5 μm могут распространяться в идеальном серебряном МК с внутренним радиусом 1 mm почти на 15 m, что намного превосходит длину распространения E-волн. При использовании такого МК в качестве оптической кюветы сигнал КР по сравнению со стандартной схемой возбуждения фокусировкой падающего луча в открытом пространстве может быть увеличен до трех десятичных порядков. Ключевые слова: металлические световоды, оптическое возбуждение мод, спектроскопия комбинационного рассеяния.
  1. V.V. Vitkin, A.P. Kouzov, N.N. Filippov, E.E. Popov, I.K. Chubchenko. In: Proc. of the Int. Conf. Laser Optics (Saint Petersburg, Russian Federation, 2024), p. 305. DOI: 10.1109/ICLO59702.2024.10624059
  2. G.E. Walrafen, J. Stone. Appl. Spectrosc., 26, 585 (1972)
  3. P. Russell. Science, 299, 358 (2003). DOI: 10.1126/science.1079280
  4. A.D. Pryamikov, A.V. Gladyshev, A.F. Kosolapov, I.A. Bufetov. Physics - Uspekhi, 67, 129156 (2024). DOI: 10.3367/UFNe.2023.12.039616
  5. M.P. Buric, K.P. Chen, J. Falk, S.D. Woodruff. Appl. Opt., 47, 4255 (2008). DOI: 10.1364/AO.47.004255
  6. W.F. Pearman, J.C. Carter, S.M. Angel, J. Chan Wai-Jeung. Appl. Spectrosc., 62, 285 (2008)
  7. M.P. Buric, K.P. Chen, J. Falk, R. Velez, S.D. Woodruff. Proc. SPIE, 7316, 731608 (2009). DOI: 10.1117/12.818746
  8. S. Rupp, T.M. James, H.H. Telle, M. Schlosser, B. Bornschein. Fusion Sci. Technol., 67, 547 (2015). DOI: 10.13182/FST14-T76
  9. S. Rupp, A. Off, H. Seitz-Moskaliuk, T.M. James, H.H. Telle. Sensors, 15, 23110 (2015). DOI: 10.3390/s150923110
  10. E.A.T. Marcatili, R.A. Schmeltzer. Bell Syst. Tech. J., 43, 1783 (1964)
  11. B. Bowden, J.A. Harrington, O. Mitrofanov. Appl. Phys. Lett., 93, 181104 (2008). DOI: 10.1063/1.3013585
  12. C.A. Leal-Sevillano, J.A. Ruiz-Cruz, J.R. Montejo-Garai, J.M. Rebolla. IEEE Trans. Microw. Theory Tech., 59, 3013 (2011)
  13. Y. Kato, M. Miyagi. IEEE Trans. Microw. Theory Tech., 40, 679 (1992)
  14. F.E. Vermeulen, A.M. Robinson, C.R. James, J.N. McMullin. IEEE Trans. Microw. Theory Tech., 42, 1932 (1994)
  15. L. Novotny, C. Hafner. Phys Rev. E, 50, 4094 (1994). DOI: 10.1103/PhysRevE.50.4094
  16. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теоретическая физика, т. 8 (Электродинамика сплошных сред) (Наука, Москва, 1982), гл. 10
  17. L.B. Felsen, V. Marcuvitz. Radiation and Scattering of Waves (Wiley \& Sons, Hoboken, 2003)
  18. A.W. Snyder, J.D. Love. Optical Waveguide Theory (Chapman and Hall, London, 1983), ch. 11
  19. M. Born, E. Wolf. Principles of Optics (Cambridge University Press, Cambridge, 1999)
  20. G.N. Watson. A Treatise on the Theory of Bessel Functions (Cambridge University Press, Cambridge, 1945)
  21. S. Babar, J.H. Weaver. Appl. Optics, 54, 477 (2015). DOI: 10.1364/AO.54.000477
  22. P.B. Johnson, R.W. Christy. Phys. Rev. B, 6, 4370 (1972). DOI: 10.1103/PhysRevB.6.4370

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.