Metody pro modelování fotonických a plazmonických struktur

Abstract

Plazmonika je mladý obor, jehož středobodem zájmu je studium specifické skupiny kvazičástic, nazývaných plazmony, které jsou chápány jako kvantum oscilací elektronového plynu uvnitř pevných látek. Ukázalo se, že tato kvazičástice dokáže interagovat, za určitých podmínek, se světlem takovým způsobem, že umožnila vznik nejen nového oboru, tedy plazmoniky, ale také našla uplatnění napříč velkému množství fyzikálních a technických oborů, jmenovitě například spektroskopie, fotovoltaika, či v dnešní době rychleji se rozvíjející obor fotonických počítačů. Tato bakalářská práce je rozdělena na tři velké kapitoly, kde první kapitola pojednává o fyzice povrchových a lokalizovaných plazmonů. V kapitole druhé je pozornost zaměřena na několik rozličných numerických metod, které za pomocí počítačů umožňují simulovat fotonické a plazmonické jevy. Některé z těchto numerických metod byly následně použity v kapitole třetí ke zkoumání různých plazmonických rezonančních struktur, které mají za úkol koncentrovat dopadající světelné záření do velmi malé oblasti v prostoru. Následně jsou v této kapitole výsledky ze simulací podrobeny hlubší analýze.

Plasmonics is a young field of study focused on the investigation of a specific group of quasi-particles called plasmons, which are understood as quantum oscillations of an electron gas within solid materials. It has been found that these quasi-particles can interact, under certain conditions, with light in such a way that they have enabled the emergence of a new field, namely plasmonics. They have also found applications across a wide range of physical and technical disciplines, including spectroscopy, photovoltaics, and the rapidly advancing field of photonics computing. This bachelor's thesis is divided into three main chapters. The first chapter discusses the physics of surface and localized plasmons. The second chapter focuses on several different numerical methods that allow the simulation of photonic and plasmonic phenomena using computers. Some of these numerical methods were subsequently employed in the third chapter to investigate various plasmonic resonance structures, which are designed to concentrate incident light into a very small region of space. The results from the simulations are then subjected to more in-depth analysis in this chapter.