Квантование электромагнитного поля в трехмерных фотонных структурах на основе формализма матрицы рассеяния (S-квантование)
Российский научный фонд, 16-12-10503
Иванов К.А.1, Губайдуллин А.Р.1,2, Калитеевский М.А.1,3,2
1Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия
2Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж.И. Алфёрова Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия
3Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
Email: kivanov@corp.imfo.ru, m.kaliteevski@mail.ru
Поступила в редакцию: 11 декабря 2017 г.
Выставление онлайн: 20 августа 2018 г.
На основе формализма матрицы рассеяния развит метод квантования электромагнитного поля в фотонных наноструктурах с трехмерной модуляцией диэлектрической проницаемости (S-квантование в трехмерном случае). Квантование основано на приравнивании единице собственных чисел матрицы рассеяния, что эквивалентно приравниванию друг другу совокупности полей, раскладываемых в ряды Фурье, падающих на структуру волн и убегающих от структуры волн. В фотонной наноструктуре пространственное изменение мод электромагнитного поля рассчитано на основе матриц \hat R и \hat T, описывающих отражение и прохождение компонент Фурье через структуру. Для вычисления коэффициентов отражения и пропускания отдельных координатных и фурье-компонент структура разбивается на параллельные слои, в которых диэлектрическая проницаемость меняется в двумерном пространстве. При помощи преобразования Фурье уравнения Максвелла записываются в виде матрицы, связывающей компоненты Фурье электрического поля на границах соседних слоев. На основе вычисленных векторов отражения и пропускания для всех поляризаций и Фурье-компонент формируется матрица рассеяния для всей структуры и осуществляется квантование путем приравнивания единице собственных чисел матрицы рассеяния. Развитый метод позволяет получать пространственные профили собственных мод без решения системы нелинейных интегро-дифференциальных уравнений и значительно сокращает вычислительные ресурсы, необходимые для расчета вероятности спонтанного излучения в трехмерных системах.
- Р. Лоудон. Квантовая теория света (М., Мир, 1976) [Пер. с англ. R. Loudon. Quantum Theory of Light (Oxford University Press, 2000)]
- В.Л. Гинзбург. УФН, 140 (4), 687 (1983)
- Е.М. Purcell. Phys. Rev., 69 (11), 681 (1946)
- В.П. Быков. ЖЭТФ, 35, 269 (1972)
- E. Yablonovitch. Phys. Rev. Lett., 58 (20), 2059 (1987)
- S. Brand, R.A. Abram, M.A. Kaliteevski. Phys. Rev. B, 75, 035102 (2007)
- F.J. Garci a-de-Abajo. Rev. Mod. Phys., 79, 1267 (2007)
- C. Symonds, G. Lheureux , J.-P. Hugonin, J.-J. Greffet, J. Laverdant, G. Brucoli, A. Lemaitre, P. Senellart, J. Bellessa. Nano Lett., 13 (7), 3179 (2013)
- Л. Мандель, Э. Вольф. Оптическая когерентность и квантовая оптика (М., Физматлит, 2000.) [Пер. с англ. L. Mandel, E. Wolf. Optical coherence and quantum optics (Cambridge, University Press, 1995)]
- Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теоретическая физика. Т. 4. В.Б. Берестецкий, Е.М. Лифшиц, Л.П. Питаевский. Квантовая электродинамика. 4-e изд.(М., Физматлит, 2002)
- F. De Martini, M. Marrocco, P. Mataloni, L. Crescentini, R. Loudon. Phys. Rev. A, 43 (5), 2480 (1991)
- М.А. Калитеевский, В.А. Мазлин, К.А. Иванов, А.Р. Губайдуллин. Опт. и спектр., 119 (5), 810 (2015)
- M.S. Tomas, Z. Lenac. Phys. Rev. A, 56 (5), 4197 (1997)
- S.G. Tikhodeev, A.L. Yablonskii, E.A. Muljarov, N.A. Gippius, T. Ishihara. Phys. Rev. B, 66, 045102 (2002)
- М.А. Калитеевский, А.Р. Губайдуллин, К.А. Иванов, В.А. Мазлин. Опт. и спектр., 121 (3), 446 (2016)
- J.B. Pendry. J. Mod. Opt., 41, 209 (1994)
- M. Борн, Э. Вольф. Основы оптики (М., Наука, 1973)
- К.А. Иванов, В. В. Николаев, А.Р. Губайдуллин, М.А. Калитеевский. Опт. и спектр., 123 (4), 616 (2017)
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.