Аннотация результатов, полученных в 2022 году
С помощью метода трансфер-матрицы Берремана был выполнен численный расчет спектров пропускания и отражения двух типов микрорезонаторов при падении света под углом Брюстера. Первый микрорезонатор представляет собой два одинаковых фотонных кристалла, с анизотропным резонаторным слоем между ними. В анизотропном слое могут возбуждаться микрорезонаторные (дефектные) моды. Второй микрорезонатор включает дополнительно слой металла, покрывающий фотонный кристалл снаружи. При возбуждении на границе металл/фотонный кристалл таммовского плазмон-поляритона в структуре могут возбуждаться гибридные таммовские-микрорезонаторные моды. Выполнены расчёты спектров при повороте оптической оси анизотропного слоя относительно плоскости падения. Расчёты продемонстрировали возможность управления положением и шириной (добротностью) резонансных линий. Для определенных углов пространственной ориентации оптической оси, резонансные линии испытывают коллапс, свидетельствующий о реализации связанного состояния в континууме. Для исследуемых моделей была решена задача на собственные значения открытой системы и задача на связанные состояния в континууме. Аналитическое положение собственных частот резонансных мод согласуется с положением резонансных линий в спектрах рассеяния. Собственные частоты, отвечающие решениям задачи на связанные состояния в континууме, соответствуют положению коллапсов резонансных линий в спектрах рассеяния. Для системы, поддерживающей существование гибридных мод, была построена феноменологическая модель связанных осцилляторов (резонаторов) на основе временной теории связанных мод. Геометрические и материальные параметры структуры микрорезонаторов были оптимизированы для экспериментальной реализации. Оба типа микрорезонаторов были изготовлены на основе фотонных кристаллов из чередующихся слоёв нитрида и диоксида кремния, осажденных на стеклянную подложку, покрытую слоем проводящего прозрачного оксида ITO или AZO. Фотоннокристаллическое зеркало одного из резонаторов дополнительно было покрыто слоем золота для возбуждения в системе таммовского плазмон-поляритона. В качестве анизотропного материала в микрорезонаторах выступил слой нематического жидкого кристалла 5CB. Была собрана автоматизированная экспериментальная схема измерения спектров микрорезонаторов, и написана программа, управляющая через персональный компьютер всеми частями схемы: спектрометром, моторизованной платформой, генератором сигналов и мультиметром. Были измерены спектры пропускания и отражения образцов под углом Брюстера, при механическом повороте микрорезонатора, а также при приложении к нему внешнего напряжения. Измеренные спектры хорошо согласуются с рассчитанными, а положение измеренных резонансных линий и коллапсов хорошо согласуется с решением задачи на собственные значения и на связанные состояния в континууме соответственно. Нами было показано, что в микрорезонаторе с двумя одинаковыми фотонными кристаллами, величина добротности резко увеличивается при приближении к точке связанного состояния в континууме. Измеренное значение добротности меняется в диапазоне от 100 до 360, при изменении напряжения на величину 0.6В. В структуре, содержащей слой золота, наблюдалась раздвоенная резонансная линия в спектральной области существования таммовского плазмон-поляритона, что свидетельствует о возбуждении гибридных таммовских-микрорезонаторных мод. Впервые была продемонстрирована возможность эффективного электрического и механического управления не только положением, но и шириной резонансных линий. Таким образом, были экспериментально реализованы микрорезонаторы с управляемой добротностью на основе концепции связанных состояний в континууме.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1) В данном проекте продемонстрировано оптическое связанное состояние в континууме в фотоннокристаллическом микрорезонаторе, перестраиваемом путем нагрева анизотропного резонаторного слоя из жидкого кристалла. Экспериментально измерены температурные зависимости спектров пропускания под углом Брюстера, в которых наблюдались множественные коллапсы резонансных линии, указывающие на возникновение оптических связанных состояний в континууме. Полученные зависимости объяснены теоретически с применением временной теории связанных мод и строгого метода трансфер-матрицы Берремана. Обнаружено, что в точке оптического связанного состояния в континууме ширина резонансной линии резко меняется, что можно использовать для проектирования датчиков температуры. Экспериментально полученное значение температурной чувствительности ширины резонансной линии в спектральной окрестности связанного состояния в континууме составляет 7 нм/°С. 2) В настоящем проекте рассмотрены гибридные моды, образующиеся при взаимодействии таммовского плазмон-поляритона и микрорезонаторной моды. В рамках временной теории связанных мод решена задача рассеяния в спектральной окрестности связанного состояния в континууме. Спектры, полученные в рамках теоретической модели, согласуются со спектрами, рассчитанными точным матричным методом Берремана. Связь таммовского плазмон-поляритона с микрорезонаторной модой спектрально проявляется в виде квазипересечения резонансных линий и резонансного пропускания из канала ТМ-поляризации в канал ТЕ-поляризации. Для экспериментальной проверки результатов были измерены спектры пропускания микрорезонатора с резонаторным жидкокристаллическим слоем. Измеренные спектры качественно согласуются с теоретической моделью. В спектрах пропускания микрорезонатора наблюдались множественные коллапсы резонансных линии микрорезонаторных мод, что указывает на реализацию связанных состояний в континууме. Резонансное пропускание ТМ в ТЕ-поляризацию наблюдалось вблизи спектрального положения таммовского плазмон-поляритона. Ввиду чувствительности жидкого кристалла к внешним факторам динамическое управление положением и шириной спектральных линий гибридных мод осуществлялось путем нагрева образца. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании устройств нанофотоники с перестраиваемой добротностью, работающих при низких напряжениях.