Диэлектрические оптические наноантенны

Нанофотоника позволяет управлять светом в масштабе меньше длины волны. Оптические наноантенны представляют собой элементы нанометрового масштаба, обеспечивающие повышение разрешения в биоизображении, создание новых источников фотонов, разработку солнечных элементов с более высоким поглощением и детектирование флуоресценции от одной молекулы. Хотя плазмонные наноантенны широко исследовались в научной литературе, диэлектрические наноантенны обладают рядом преимуществ по сравнению с плазмонными аналогами, включая низкие диссипативные потери и усиление в ближнем поле как электрического, так и магнитного поля. Наноантенны увеличивают оптическую плотность состояний, что повышает скорость спонтанного излучения благодаря эффекту Пёрселла. Это увеличение количественно характеризуется фактором Пёрселла, который зависит от объёма моды и добротности. Фактор Пёрселла является одним из основных параметров эффективности наноантенн. Особенно интересной особенностью диэлектрических наноантенн является возможность интеграции их в оптические резонаторы с высокой добротностью, что дополнительно повышает эффективность наноантенн и обеспечивает очень высокие значения фактора Пёрселла. В этом обзоре представлены свойства и параметры диэлектрических оптических наноантенн, а также приведена классификация наноантенн по числу и форме их элементов. Представлен обзор последних достижений в данной области и приведён пример моделирования. Показано, что смоделированная наноантенна — димер, состоящий из двух кремниевых наношаров, разделённых зазором, — имеет очень малый объём моды, но низкую добротность. Рассмотрены некоторые недавние работы по фотонно-кристаллическим резонаторам, включая работу, в которой наноантенна интегрирована в элементарную ячейку в форме «галстука-бабочки». Это приводит к огромному увеличению рассчитанного фактора Пёрселла: с 200 для рассмотренного димера до 8 × 10^6 для фотонно-кристаллического резонатора. Описаны некоторые применения диэлектрических наноантенн. С учётом текущего прогресса в этой области ожидается, что число применений будет расти и что...