filmov
tv
The Quest for High-Quality Eigenmodes in Nanoparticles of Different Shapes | Prof. Vasily Klimov
Показать описание
Optical Seminar at The Department of Physics & Engineering, ITMO | 29 Sept 2021
Timecodes are below the abstract.
Prof. Vasily Klimov,
Lebedev Physical Institute
Title: "The Quest for High-Quality Eigenmodes in Nanoparticles of Different Shapes and Materials"
Abstract: The confinement of light in localized modes is extremely important for modern applications in nanophotonics including lasing, sensing, higher harmonic generation, Raman scattering, computer interconnects. and photovoltaics. For many optical devices, it becomes critical to localize electromagnetic fields in subwavelength volumes. The physics and description of high-quality eigenmodes in open resonators are very complicated and a priori it is difficult to say which resonator has the highest Q-factor.
I will start with a discussion of usual eigenmodes in plasmonic and dielectric nanoparticles with the Sommerfeld radiation condition at infinity. Such eigenmodes have complex frequencies and increase unlimitedly at infinity. The analytical and numerical results are obtained for nanoparticles in the shape of a sphere, a spheroid, a cylinder, and even more complicated shapes. Our results show that for nanoparticles of the same volume, the spherical one has the highest Q factor as a rule. Unusual eigenmodes in nanoparticles made of metamaterials with a negative refractive index will also be discussed here.
In the second part of my talk, I will discuss perfect nonradiating modes in dielectric nanoparticles. In contrast to the Sommerfeld radiation condition, to describe the fields of such modes at infinity we use only the functions which are nonsingular in the interior of nanoparticles. It is proved that such modes exist in axisymmetric dielectric nanoparticles and have real eigenfrequencies and unlimited radiative Q-factors. With smart tuning of the excitation beams, perfect modes appear as deep minima in the scattered radiation spectra (up to complete disappearance), but at the same time, they have a giant amplification of the fields inside the particle. Such modes have no analogs and can be useful for the realization of low threshold nanolasers and other strong nonlinear effects in nanoparticles.
00:00:00 Вступление
00:01:00 Мотивация
00:02:00 Объекты исследования
00:03:00 Структура доклада
00:04:00 Как определяются моды и факторы добротности в наночастицах
00:10:00 Сравнение подходов к определению фактора добротности
00:11:00 Моды в диэлектрических наночастицах
00:13:00 Факторы добротности в сферах (TM и TE колебаний)
00:17:00 Фактор добротности в несферических наночастицах (для высокодобротных мод), примеры
00:26:00 Высокие моды в наночастицах с отрицательным показателем преломления
00:27:00 Размерная зависимость Ми-коэффициентов в наночастицах с отрицательным показателем преломления
00:30:00 Поверхностные моды в наночастицах с отрицательным показателем преломления (возбуждение - бесселев пучок)
00:34:00 Фактор Парселя радиального магнитного диполя вблизи наночастицы с отрицательным показателем преломления
00:36:00 Существуют ли другие моды с более высокой добротностью?
00:37:00 Что такое идеально неизлучающие моды (два определения)?
00:40:00 Отличие обычных от идеальных неизлучающих мод
00:42:00 Аналоги идеальных неизлучающих мод
идеальных неизлучающих мод
00:57:00 Где проявляются идеальные неизлучающие моды
00:58:00 Обобщение Ми-теории на Бесселевы пучки. Обобщение фактора Парселла
01:05:00 Суперпозиция Бесселевых пучков
01:07:00 Идеальные моды и факторы добротности для различных сфероидов
01:16:00 Демонстрация важноности идеальных мод
01:23:00 Поперечно электрические идеально неизлучающие моды
01:29:00 идеально неизлучающие моды в супер-эллипсоидах
01:34:00 Заключение
01:36:00 Дикуссия
01:58:00 Завершение семинара
The Department of Physics and Engineering of ITMO University (Saint Petersburg, Russia) hosts online weekly seminars to discuss recent scientific achievements of researchers from all over the world with a wide audience. The topics include experimental (Optical seminar) and theoretical (Theoretical seminar) aspects of nanophotonics, solid-state physics, material science, as well as design and applications of radiofrequency structures and devices (Microwave seminar).
#OpticalSeminar #ITMO #новыйфизтех #scientificseminar
Timecodes are below the abstract.
Prof. Vasily Klimov,
Lebedev Physical Institute
Title: "The Quest for High-Quality Eigenmodes in Nanoparticles of Different Shapes and Materials"
Abstract: The confinement of light in localized modes is extremely important for modern applications in nanophotonics including lasing, sensing, higher harmonic generation, Raman scattering, computer interconnects. and photovoltaics. For many optical devices, it becomes critical to localize electromagnetic fields in subwavelength volumes. The physics and description of high-quality eigenmodes in open resonators are very complicated and a priori it is difficult to say which resonator has the highest Q-factor.
I will start with a discussion of usual eigenmodes in plasmonic and dielectric nanoparticles with the Sommerfeld radiation condition at infinity. Such eigenmodes have complex frequencies and increase unlimitedly at infinity. The analytical and numerical results are obtained for nanoparticles in the shape of a sphere, a spheroid, a cylinder, and even more complicated shapes. Our results show that for nanoparticles of the same volume, the spherical one has the highest Q factor as a rule. Unusual eigenmodes in nanoparticles made of metamaterials with a negative refractive index will also be discussed here.
In the second part of my talk, I will discuss perfect nonradiating modes in dielectric nanoparticles. In contrast to the Sommerfeld radiation condition, to describe the fields of such modes at infinity we use only the functions which are nonsingular in the interior of nanoparticles. It is proved that such modes exist in axisymmetric dielectric nanoparticles and have real eigenfrequencies and unlimited radiative Q-factors. With smart tuning of the excitation beams, perfect modes appear as deep minima in the scattered radiation spectra (up to complete disappearance), but at the same time, they have a giant amplification of the fields inside the particle. Such modes have no analogs and can be useful for the realization of low threshold nanolasers and other strong nonlinear effects in nanoparticles.
00:00:00 Вступление
00:01:00 Мотивация
00:02:00 Объекты исследования
00:03:00 Структура доклада
00:04:00 Как определяются моды и факторы добротности в наночастицах
00:10:00 Сравнение подходов к определению фактора добротности
00:11:00 Моды в диэлектрических наночастицах
00:13:00 Факторы добротности в сферах (TM и TE колебаний)
00:17:00 Фактор добротности в несферических наночастицах (для высокодобротных мод), примеры
00:26:00 Высокие моды в наночастицах с отрицательным показателем преломления
00:27:00 Размерная зависимость Ми-коэффициентов в наночастицах с отрицательным показателем преломления
00:30:00 Поверхностные моды в наночастицах с отрицательным показателем преломления (возбуждение - бесселев пучок)
00:34:00 Фактор Парселя радиального магнитного диполя вблизи наночастицы с отрицательным показателем преломления
00:36:00 Существуют ли другие моды с более высокой добротностью?
00:37:00 Что такое идеально неизлучающие моды (два определения)?
00:40:00 Отличие обычных от идеальных неизлучающих мод
00:42:00 Аналоги идеальных неизлучающих мод
идеальных неизлучающих мод
00:57:00 Где проявляются идеальные неизлучающие моды
00:58:00 Обобщение Ми-теории на Бесселевы пучки. Обобщение фактора Парселла
01:05:00 Суперпозиция Бесселевых пучков
01:07:00 Идеальные моды и факторы добротности для различных сфероидов
01:16:00 Демонстрация важноности идеальных мод
01:23:00 Поперечно электрические идеально неизлучающие моды
01:29:00 идеально неизлучающие моды в супер-эллипсоидах
01:34:00 Заключение
01:36:00 Дикуссия
01:58:00 Завершение семинара
The Department of Physics and Engineering of ITMO University (Saint Petersburg, Russia) hosts online weekly seminars to discuss recent scientific achievements of researchers from all over the world with a wide audience. The topics include experimental (Optical seminar) and theoretical (Theoretical seminar) aspects of nanophotonics, solid-state physics, material science, as well as design and applications of radiofrequency structures and devices (Microwave seminar).
#OpticalSeminar #ITMO #новыйфизтех #scientificseminar
1:58:11
0:02:38
0:02:00
0:03:06
0:17:16
1:01:37
1:11:22
0:38:46
0:42:32
1:03:30
1:01:23
0:40:39
0:58:09
0:48:55
1:06:19
1:33:52
0:58:23
0:52:32
2:20:43
0:04:19
0:51:56
1:04:45
1:16:06
1:31:48