CC BY
114
ОПТИКА, ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И КОМПЛЕКСЫ
УДК 535.016, 535.361, 535.393 ФОТОННЫЕ СТРУИ В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
Игорь Владиленович Минин
Сибирская государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, Новосибирск, Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры метрологии и технологии оптического производства, e-mail: [email protected]
Олег Владиленович Минин
Сибирская государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, Новосибирск, Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры метрологии и технологии оптического производства, e-mail: [email protected]
Обзор посвящен одному из наиболее интенсивно развивающихся разделов оптики -фотонным струям. Сформулировано общее понятие фотонной струи и приведены основные характеристики, которые относятся к данному разделу науки. Рассмотрены диэлектрические мезоразмерные частицы, формирующие фотонные струи с осевой симметрией и без осевой симметрии. Освещены основные направления исследований и области практического применения явления «фотонной струи» как от индивидуальной частицы, так и кластера частиц.
Ключевые слова: фотонная струя, мезоразмерная частица, нанофотоника.
Фундаментальный рэлеевский критерий разрешения оптических систем заключается в том, что минимальный размер различимого объекта несколько меньше длины волны используемого излучения и принципиально ограничен дифракцией этого излучения [1]. Невозможность сфокусировать свет в свободном пространстве в пятно с размерами меньше некоторого дифракционного предела следует и из соотношения типа соотношения неопределенностей Гей-зенберга [2].
Под преодолением дифракционного предела понимается фокусировка излучения в пятно с размерами меньше, чем у пятна Эйри [1]. Для преодоления дифракционного предела были предложены различные решения, основанные на метаматериалах [1, 3], твердых иммерсионных линзах [4], дифракционной оптики (как плоской [3, 5], так и трехмерной [6] и микросфероидальных частицах [1, 7, 8]).
Преодолеть дифракционный предел в оптике можно различными способами, например, с помощью эффекта «фотонной наноструи» (например, см. [9]).
Поперечный размер фотонной наноструи составляет 1/3-1/4 длины волны излучения, что меньше дифракционного предела классической линзы. При этом формировать локальные области концентрирования электромагнитной энергии вблизи поверхности мезоразмерных диэлектрических частиц возможно с помощью частиц различной формы [10], например, в форме сферы, усеченной сферы, куба, пирамиды, конуса, цилиндра, диска и т. д. при облучении их электромагнитной волной с плоским волновым фронтом и т. д.
Взаимодействие излучения видимого и инфракрасного диапазонов с прозрачными сферами достаточно хорошо изучено [1, 10] и давно было известно их фокусирующее действие. Внимание ученых прозрачные сферические частицы привлекли внимание больше чем двух тысячелетий назад. Например, люди знали, что нельзя поливать растения в солнечный день, так как маленькие капли воды на листьях могут вызвать ожог листьев. Древние греки заполняли стеклянные колбы водой, чтобы получить линзы. Персидский математик и оптик Ибн Сахл (940-1000) в своей работе открыл закон преломления, математически эквивалентный закону Поводка [11] (рис. 1). Он использовал свой закон преломления для вычисления формы линз и зеркал, которые фокусируют свет в единственной точке на оптической оси. Английский ученый Томас Харриот (Англия, 1569-1621) фактически повторил это открытие.
Рис. 1. Сферическая линза:
а) воспроизводство страницы рукописи Ибна Сахла, показывающей открытие закона преломления [11]; б) оптическая диаграмма показывает свет, преломляемый сферическим стеклянным контейнером, полным воды [12]
Английский епископ Роберт Гроссетест (1175-1253) описал фокусирующие свойства сферической линзы (сферический стеклянный сосуд, заполненный водой) (см. рис. 1) [12].
Если задаться коэффициентом преломления Я, то можно определить расстояние от центра шара с радиусом Я до области фокусировки ^
Е ( Ш) 2 (N -1) •
При N > 2 область фокусировки находится внутри линзы, а при 1 < N < 2 -вне линзы.
Однако относительно недавно в работе [7] впервые было обращено внимание на наличие сильной локальной области концентрации оптического излучения вблизи теневой поверхности сферической диэлектрической частицы. Позднее этот эффект получил название «фотонной струи» при исследовании рассеяния лазерного излучения на прозрачных кварцевых микроцилиндрах [13] и позднее на сферических частицах.
Изучение свойств фотонной струи (продольные и поперечные размеры, интенсивность, влияние размеров и коэффициента преломления частицы и т. д.) производится на основе решения уравнения Максвелла. Для сферических частиц точное решение уравнения Максвелла дается теорией Ми [14].
Из теории Ми известно, что оптическое поле как внутри, так и вне слабо поглощающей сферы, освещенной световой волной, характеризуется наличием пространственных зон фокусировок, называемых внутренними и внешним фокусами поля. Их появление обусловлено кривизной поверхности сферической частицы, приводящей к соответствующим деформациям падающего на частицу фазового волнового фронта. Сферическая микрочастица, таким образом, выполняет роль рефракционной сферической микролинзы, фокусирующей световое излучение в пределах субволнового объема [15, 16]. Взаимодействие аберрированных участков волнового поля внутри диэлектрической частицы носит сложный характер и зависит, в частности, от формы частицы, характеристик ее материала, параметра Ми частицы и т. п.
Фотонная струя возникает в области теневой поверхности диэлектрических микросферических частиц - в так называемой ближней зоне дифракции - и характеризуется сильной пространственной локализацией и высокой интенсивностью оптического поля в области фокусировки. Было показано, что при падении плоской волны на сфероидальную частицу достижимо пространственное разрешение до трети длины волны, что ниже классического дифракционного предела.
Позднее возможности получения фотонных наноструй были изучены для диэлектрических осесимметричных тел, например, эллиптических наночастиц [1, 17], многослойных слоисто-неоднородных микросферических частиц с радиальным градиентом коэффициента преломления [18], а также «обрезанных» полусфер [19], дисков [20, 21], цилиндра-сферы [22].
Так же было обнаружено, что фотонные струи могут быть сформированы несимметричными мезоразмерными диэлектрическими частицами [1, 10, 23-28], например, приведенными на рис. 2.
Рис. 2. Диэлектрические мезочастицы различной формы и формируемые ими фотонные струи:
а) круговой конус с коэффициентом преломления материала п = 1,6, высотой и диаметром основания, равными длине волны используемого
излучения X; б) призма: п = 1,6, высота 0,5 X и ребро основания X; в) объемный шестиугольник, п = 1,6; г) деформированный куб, п = 1,6;
д) куб, п = 1,6 [1]
Из сравнения формирования фотонных струй в разных средах было установлено, что относительный коэффициент преломления материала частицы должен находиться примерно в диапазоне от 1,2 до 1,7.
Принципиальное отличие мезочастицы сферической формы от мезочасти-цы в форме куба состоит в том, что формирование фотонной струи начинается для сферической частицы диаметром порядка X, а кубической - порядка 0,5 X.
На рис. 3 показан пример формирования фотонных струй кубоидом в зависимости от коэффициента преломления материала.
Формирование фотонных струй мезоразмерными частицами может происходить и в режиме на «отражение» [10, 27]. Такие структуры были исследованы для сферической и кубической частиц (рис. 4).
Одним из параметров, с помощью которого можно управлять характеристиками фотонной струи (поперечный и продольный размер), является размещение на мезочастице центрального блокирующего излучения слоя [29].
В качестве материалов мезочастиц, формирующих фотонные струи, могут быть использованы и метаматериалы [30].
В настоящее время, в различных устройствах и системах стали применяться монослои кластера сферических мезочастиц, формирующих фотонные струи [31-36].
В результате исследований было установлено, что индивидуальные мезо-размерные частицы, объединенные в кластер частиц, являются зависимыми частицами, формирующими фотонные струи, при этом возможны различные коллективные эффекты.
Е-р1апе
1
п=1,75
в)
г)
Е-р1эпе [о 0Л2
п=1.2 С,
Н-р1апе
Н-р1апе п=1.41
Н-р1апе г\-1.2
0.02
д)
Рис. 3. Диэлектрическая мезочастица в форме кубоида и формируемые фотонные струи:
а) схематичное изображение диэлектрического кубоида с размерами Ь = X; б) формируемые тераструи для различных значений коэффициента преломления материала кубоида п = 2; п = 1,75; п = 1,41; п = 1,2 в Е плоскости (левая колонка)
и в Н плоскости (правая колонка)
б) сверху, в) снизу
щ
г)
Рис. 4. Распределение интенсивности для излучения с X = 0,248 мкм, рассеяное на сфере диаметром порядка 2Х с п = 1,6 и прямоугольной частицей в воздухе (б) и в воде (в)
Так, в кластере из мезоразмерных частиц было замечено увеличение длины формируемой фотонной струи, изменение ее интенсивности, при этом максимум интенсивности поля может переместиться к поверхности сферической частицы. Основные параметры фотонной струи зависят от относительного коэффициента преломления материала частицы, величины ее характерного размера, от пространственной структуры кластера микросфер, интерференционных эффектов между фотонными струями, расстояния между частицами и т. д. На рис. 5 приведен пример монослоя сферических мезоразмерных частиц.
Разработка методов получения упорядоченных ансамблей микро- и нано-частиц и формирование на их основе наноструктурированных функциональных пленок с заданными характеристиками - одна из актуальных проблем современной фундаментальной и прикладной науки.
Плотноупакованный монослой сферических диэлектрических мезомас-штабных частиц может быть нанесен на поверхность, например, при высыхании коллоидного раствора, используя самоорганизующиеся слои диэлектрических микросфер [37-39]. Упорядоченные ансамбли формируются из тонких пленок или микрокапель раствора [40, 41]. При такой технологии можно управлять архитектурой ансамбля, варьируя время испарения, толщину исходного слоя раствора и т. д.
Мезомасштабные частицы иной формы могут быть, например, сформированы на подложке методами фотолитографии, электронно-лучевой литографии, например [42] и т. д.
В работе [43] приведен пример структурирования подложки в качестве сферических наночастиц используют частицы полистирола с поверхностными карбоксильными группами диаметром 1 015-1 025 нм. При этом в качестве на-ночастиц материала пленки могут быть использованы частицы полистирола с поверхностными амино- и имидозолиновыми группами диаметром 88-92 нм, а также частицы кремнезема с поверхностными силанольными группами диаметром 220-230 нм.
Рис. 5. Монослой сферических мезоразмерных частиц:
а) схема для моделирования монослоя сферических мезочастиц, размещенных на прозрачной подложке; б) распределение интенсивности электромагнитного поля около одиночной сферы (а, с) и кластера из семи сферических частиц (Ь, (1). Сферические мезочастицы (а, Ь) расположены в свободном пространстве и на подложке (с, (1), диаметр сферических мезочастиц 1 ООО нм при длине волны излучения 800 нм, коэффициент преломления материала частиц и подложки соответственно 1,59 и 1,46 [33]; в) оптическая схема и результаты моделирования в зависимости от коэффициента преломления окружающей среды, N = 1 и N = 1,4 [36]
Монодисперсные микросферы полистирола диаметром 1 020 нм получали методом безэмульгаторной эмульсионной полимеризации стирола в присутствии буферной соли, гидрофосфата натрия, под действием радикального инициатора 4,4-азо-бис (4-цианизовалериановой кислоты), который вводит в полимерные цепи концевые карбоксильные группы [43].
Для получения тонких и равномерных по толщине пленок из коллоидных растворов, содержащих наночастицы, применяется также центрифугирование (spin-coating) [44]. Также надо отметить методы вертикальной [45, 46] и наклонной пластинки [47].
В процессе самосборки ансамбли наночастиц могут образовывать структуры, обладающие той или иной степенью упорядоченности, характеризуемые тем или иным значением плотности расположения частиц. При этом можно говорить о плотности упаковки и типе кристаллической решетки аналогично тому, как это имеет место для атомов вещества, только роль атомов играют нано-частицы. Поэтому методы описания упаковки атомов в кристаллы или аморфные тела могут быть перенесены и на наночастицы [39].
Простейшей упаковкой частиц является кубическая [39]. В этой упаковке центры шаров находятся в точках с целочисленными координатами (если под единицей измерения понимать диаметр шара). Упаковка, соответствующая кубической решетке, имеет низкую плотность, и равна п/6, т. е. около 0,523 6. Значительно более плотное семейство решетчатых упаковок можно получить при помощи кубических решеток, если располагать центры шаров поочередно в шахматном порядке. Плотность, отвечающая решетке типа объемно центрированного куба (ОЦК) несколько больше (примерно 0,68).
Более плотная упаковка сферических частиц - гранецентрированная кубическая решетка (кубическая плотноупакованная или ГЦК). Повторяющейся элементарной ячейкой этой решетки служит куб со стороной 2 с шаром в центре; радиус каждого шара равен ^2/2 (в относительных единицах). Плотность этой упаковки можно вычислить, подсчитав долю объема куба, заполняемую шарами. Она равна п ^2/6, или примерно 0,74.
Применение акустических полей является дальнейшим развитием инструментария управляемой самосборки [39]. В работе [48] была экспериментально продемонстрирована возможность акустического управления самосборкой ансамбля коллоидных частиц. Управление производилось изменением конфигурации и мощности акустической волны, а также вариацией свойств частиц и растворителя. Еще один эффективный способ управления самосборкой связан с заданием теплового режима подложки [49].
В работах Ленгмюра был также предложен экспериментальный метод получения слоев плотноупакованных частиц на твердой поверхности (20 коллоидных кристаллов), основанный на вытягивании за счет поверхностного натяжения коллоидного раствора на подложку с одновременным подсушиванием этого слоя [50, 51]. Полный обзор приведен в работе [14].
В работе [52] предлагается использовать перенос коллоидного монослоя с поверхности жидкости на образец с помощью скотча, однако наличие дополнительного внешнего слоя ограничивает возможности применения такого покрытия.
В качестве материала мезоразмерных частиц могут использоваться различные материалы, например, БЮ2 с коэффициентом преломления 1,538 на длине волны 0,7 мкм, полиэстер, с коэффициентом преломления 1 ,59 на длине волны 0,532 мкм, различные виды стекол, ситаллы, кварц, полиметилметакри-лат (ПММА), полистирол, поликарбонаты с относительными коэффициентами преломления материала лежащего в диапазоне примерно от 1,2 до 1,7.
Рассмотрим применение индивидуальных мезомасштабных диэлектрических частиц, формирующих фотонные струю и кластеры частиц, в науке и технике.
Мезомастабные диэлектрические частицы, формирующие фотонную струю, исследуются и применяются в оптическом, терагерцовом и СВЧ-диапазонах длин волн, а также в акустике [53].
Основная идея состоит в том, что при прохождении излучения лазера через диэлектрическую мезоразмерную частицу за ней возникнет область ближнего поля, в которой интенсивность может превзойти интенсивность при фокусировке лазера объективом в несколько раз. При этом размер этой области заметно меньше размеров перетяжки при фокусировке лазерного излучения объективом. Диэлектрическая микрочастица в оптическом диапазоне длин волн является высокодобротным оптическим резонатором.
Наиболее широко рассмотрено применение мезомасштабных диэлектрических частиц в системах фокусировки излучения с субволновым разрешением, микроскопах [54-58], в различных системах и устройствах оптического обнаружения и изображения нанообъектов, например, в работах [59, 60].
В последнее время интенсивно изучается вопрос о разработке нанолазеров. Как и любой другой лазер, принципиально диэлектрический нанолазер состоит из двух составляющих: электромагнитного резонатора и усиливающей среды. Разрабатываемые нанорезонаторы, помимо субволнового размера лазерной моды, должны обладать сравнительно высокой добротностью Q, чтобы обеспечить возможность наступления лазерной генерации при разумной величине накачки активной среды. В качестве активной среды традиционно используются следующие материалы: полупроводники, органические красители, квантовые точки. Для локализации лазерной моды могут использоваться и другие резонаторы, в частности, микродиски и микросферы (рис. 6), резонансный отклик которых связан с высокодобротными резонансами Ми (модами шепчущей галереи) [61, 62].
Silica microsphere
Рис. 6. Резонатор на основе мезоразмерных диалектических частиц:
а) резонатор на моде шепчущей галереи, снабженный волноводом для накачки активной среды и вывода лазерного излучения [61]; б) распределение интенсивности поля для моды ТМ138 в ближнем поле для двухслойной диэлектрической сферической
частицы и формируемой фотонной струи [62]
Диэлектрические устройства формирования фотонных струй находят свое применение в различных датчиках, например, датчиках террагерцового излучения [63], датчиках волнового фронта [64], в спектрометрических датчиках излучения [65], в устройствах для измерения коэффициента преломления, температуры [1, 66], в качестве антенны с оптически управляемыми параметрами [67], в малогабаритном эмиттере генератора терагерцового излучения [68].
В работах [1, 66] предложено и рассмотрено использование диэлектрических мезоразмерных частиц в сканирующих устройствах на основе диска Нип-кова, в спектрометрах, в оптических ловушках для манипулирования нанообъе-тами [69, 70].
Диэлетрические мезоразмерные частицы применяются в устройствах транспортировки сфокусированных поверхностных плазмон-поляритонов оптического диапазона длин волн [70], в устройствах канализации и транспортировки энергии на основе фотонных струй [71, 72], в квазиоптических линиях передач терагерцовых волн [73].
Эффект фотонной струи может быть использован в светоделительном диэлектрическом кубике с возможностью фокусировки излучения [74].
Сферические мезоразмерные частицы, расположенные по кольцу, могут найти применение в конфокальных микроскопах [75]. Используя восемь микросфер из SiO2 с коэффициентом преломления материала, равного 1,45 на длине волны 632 нм, было достигнуто пространственное разрешение порядка 0,63Х на расстоянии порядка 20,4Х. Схема эксперимента приведена на рис. 7.
1х
---"---4^
Рис. 7. Схема конфокального микроскопа на основе сферических
мезоразмерных частиц [75]
Рассмотрено применение двумерного монослоя кварцевых или полистире-новых сфер, формирующих фотонные струи для создания матрицы цилиндрических отверстий с диаметром менее длины волны падающего излучения [76] необходимых, например, для создания солнечных элементов [77], фотодатчиков [78], фотонных кристаллов [79], устройств памяти [80], искусственной почки [81] и т. д.
В солнечных элементах монослой сфер может увеличить поглощение и уменьшить отражение электромагнитной энергии от поверхности солнечного элемента в случае упорядоченного и беспорядочного расположения его на кремниевой пленке [82].
Кластеры мезоразмерных частиц находят применение в нанолитографии [83, 84]. На рис. 8 приведена схема процесса для изготовления периодических наноотверстий. Перспективно применение кластеров мезорахмерных частиц в технологиях по лазерной нанополимеризации [85], наноструктуировании поверхности [86].
*(мщ " 1 I
• м«
# Г 0 |
Рис. 8. Схема процесса для изготовления периодических наноотверстий:
а) нанесение фоторезиста на подложку; б) формирование монослоя сфер на фоторезисте; в) облучение матрицы сфер ультрафиолетовым излучением и распределение интенсивности света от матрицы сфер; г) удаление матрицы сфер с фоторезиста и формируемая маска [76]
Монослои мезоразмерных чатиц могут использоваться в качестве простого и эффективного средства для повышения чувствительности фотоэлементов [87]. Например, достигнутое повышение эффективности фотолюминесценции в пленке ZnO за счет размещения на ней монослоя диэлектрических микро-сферсоставляло от 2 до 10 раз.
В работе [88] рассмотрено применение двумерного монослоя диэлектрических мезоразмерных частиц в датчике для обнаружения наночастиц в устройствах биомедицинской диагностики. На рис. 9 приведена схема устройства для биомедицинской диагностики крови.
I Л'
в) И I I I И I
а РЭ гшсгоэрИеге (т1сго1еп5) Ь к/
о о,
Рис. 9. Схема устройства для биомедицинской диагностики крови. Оптическое изображение матрицы мезоразмерных частиц состоящих из 60 (а) и 130 (Ь) микрофокусирующих устройств; d - схема работы датчика по оптическому захвату и обнаружению наночастиц; оптическое изображение частиц с характерным размером 190 нм, 398 нам (е) и частиц длиной 2,6 мкм и диаметром 400 нм (1 [88]
Основное применение устройств на основе «фотонных струй» лежит в оптическом диапазоне длин волн, но в последнее время они находят свою нишу и в СВЧ-диапазоне и акустике. Например, мезомасштабные частицы, формирующие фотонную струю в виде индивидуальных частиц или монослоя частиц, могут использоваться в качестве «усилителей» сигнала в оптико-акустических приемниках. Техническим результатом их применения является повышение чувствительности оптико-акустического приемника и уменьшение габаритов его чувствительного элемента.
Диэлектрические мезомасштабные частички могут применяться в волно-водных СВЧ-приемниках, для повышения чувствительности и быстродействия приемника СВЧ-излучения. Эффект достигается за счет дополнительной фокусировки излучения на чувствительный элемент приемника и возможного уменьшения размеров чувствительного элемента.
Рассмотренные применения диэлектрических мезомасштабных частиц основывались на эффекте формирования фотонной струи в ближней зоне. Но оказывается, что такие частицы обладают полезными свойствами и при использовании их и в дальней зоне. Например, было обнаружено, что в волноводном излучателе, состоящем из тонкостенного металлического волновода с открытым торцом, при присоединении к его открытому торцу концу диэлектрической ме-зоразмерной частицы, увеличивается коэффициент усиления на 6-5 дБи, при сохранении поперечных размеров излучателя.
На основе мезоразмерных частиц может быть реализована акустическая линза, которая содержит оболочку из податливого материала, заполненную жидкостью, или оболочку, заполненную газом, при этом оболочка выполнена в форме кубика с размером ребра не менее Х/2 или в виде сферы с диаметром не менее X, где X - длина волны излучения в окружающем пространстве линзы, а заполняемое оболочку вещество имеет скорость звука относительно скорости звука в окружающей среде, лежащего в диапазоне от 0,5 до 0,83.
На рис. 10 приведен пример акустической кубической линзы, предназначенной для фокусировки акустических волн звукового диапазона.
ИО-
F= 514 Гц F= 686 Гц F=875Гц
Рис. 10. Кубическая акустическая линза, формирующая «фотонную струю» в звуковом диапазоне и формирование сферической свинцовой сферой с диаметром В = 10Х акустической «фотонной» струи в воде
Заключение
В настоящем обзоре представлен анализ общего состояния науки о фотонных струях и диэлектрических мезоразмерных тел их формирующих. Подводя итог, можно утверждать, что указанное направление в науке и технике, как часть нанооптики и фотоники, является одним из самых бурно развивающихся в настоящее время. Это обусловлено перспективами получения больших преимуществ от использования явления фотонных струй в различных прикладных областях. Сегодня еще нельзя говорить о повсеместном внедрении устройств и систем на основе явления «фотонной струи», но многие перспективные приложения уже стоят на пороге их использования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Минин И. В., Минин О. В. Квазиоптика: современные тенденции развития - Новосибирск : СГУГиТ, 2015. - 163 с.
2. Minin I. V., Minin O. V. Experimental verification 3D subwavelength resolution beyond the diffraction limit with zone plate in millimeter wave // Microwave and Optical Technology Letters. - 2014. - Vol. 56, No. 10. - P. 2436-2439.
3. Pendry J. B. Negative Refraction Makes a Perfect Lens // Phys. Rev. Lett. - 2000. -Vol. 85. - 3966 p.
4. Mansfield S. M., Kino G. S. Solid immersion microscope // Appl. Phys. Lett. - 1990. -Vol. 57. - 2615 p.
5. Minin I. V., Minin O. V., Gagnon N., Petosa A. FDTD Analysis of a Flat Diffractive Optics with Sub-Reyleigh Limit Resolution in MM/THz Waveband // Proceedings of Joint 31st International Conference on Infrared Millimeter Waves and 14th International Conference Terahertz Electronics (IEEE, Shanghai, China, 2006). - P. 170.
6. Minin I. V., Minin O. V. 3D diffractive lenses to overcome the 3D Abbe subwavelength diffraction limit // Chin. Opt. Lett. - 2014. - Vol. 12. - Р. 060014.
7. Lu Y. F., Zhang L., Song W. D., Zheng Y. W., Luk'yanchuk B. S. // J. Exp. Theor. Phys. Lett. - 2000. - Vol. 72. - 457 p.
8. Hao X., Kuang C., Liu X., Zhang H., Li Y. // Appl. Phys. Lett. - 2011. - Vol. 99. - 203102 p.
9. Heifetz A. et al. Experimental confirmation of backscattering enhancement induced by a photonic jet // Appl.Phys.Lett. - 200689. - Vol. 22. - 1118 p.
10. Minin I. V., Minin O. V. Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit. - Springer, 2016 [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook.
11. Rashed R. A Pioneer in Anaclastics: Ibn Sahl on Burning Mirrors and Lenses // Isis. -1990. - Vol. 81. - P. 464-91.
12. Crombie A. C., Robert. Grosseteste and the Origins of Experimental Science. - Oxford : Clarendon Press, 1971. - 110 p.
13. Optical analysis of nanoparticles via enhanced backscattering facilitated by 3-D photonic nanojets / X. Li, Z. Chen, A. Taflove, V. Backman // Opt. Express. - 2005. - 13. - 526 p.
14. Mie G. Contributions to the optics of turbid media, particularly of colloidal metal solutions // Ann. Phys. - 1908. - Vol. 25 (3). - P. 377-445.
15. Гейнц Ю., Землянов А., Панина Е. Микрочастица в интенсивном световом поле. -Palmarium Academic Publishing, 2012. - 252 с.
16. Chang Spatial distribution of the internal and near-field intensities of large cylindrical and spherical scatterers / D. S. Benincasa, Peter W. Barber, Jian-Zhi Zhang, Wen-Feng Hsieh, Richard K. // Applied Optics. - 1987. - Vol. 26, No. 7. - P. 1348-1356.
17. Jalalia T., Erni D. Highly confined photonic nanojet from elliptical particles // Journal of Modern Optics. - 2014. - Vol. 61, No. 13. - P. 1069-1076.
18. César Méndez Ruiz, Jamesina J. Simpson. Detection of embedded ultrasubwavelength-thin dielectric features using elongated photonic nanojets // Optics Express. - 2010. - Vol. 18, No. 16. - 16805 p.
19. Cheng-Yang Liu. Photonic nanojet shaping of dielectric non-spherical microparticles // Physica. - 2014. - Vol. E 64. - P. 23-28.
20. The Fano resonance in plasmonic nanostructures and metamaterials / B. Luk'yanchuk, N. I. Zheludev, S. A. Maier, N. J. Halas, P. Nordlander, H. Giessenand, T. C. Chong // Nat. Mater. -2010. - Vol. 9. - P. 707-715.
21. Liu C-Y., Li C-C. Photonic nanojet induced modes generated by a chain of dielectric microdisks // Optik. - 2016. - Vol. 127. - P. 267-273.
22. Jinlong Zhu, Lynford L. Goddard. Spatial control of photonic nanojets // Optics Express. - 2016. - Vol. 24, No. 26. - 30445 p.
23. Terajets produced by 3D dielectric cuboids / V. Pacheco-Pena, M. Beruete, I. V. Minin, O. V. Minin //Appl. Phys. Lett. - 2014. - Vol. 105. - 084102 p.
24. Minin I. V., Minin O. V., Geintz Y. E. Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: brief review // Annalen der Physik (AdP). - 2015. doi: 10.1002/andp.201500132.
25. Geints Yu. E., Zemlyanov A. A, Panina E. K. Characteristics of photonic jets from microcones // Optics and Spectroscopy. - 2015. - Vol. 119. - P. 849-854.
26. Liu C. Y. Photonic jets produced by dielectric micro cuboids // Appl. Optics - 2015. -Vol. 54. - P. 8694-8699.
27. Localized photonic jets from flat, three-dimensional dielectric cuboids in the reflection mode / I. V. Minin, O. V. Minin, V. Pacheco-Peña, M. Beruete // Optics Letters. - 2015. - Vol. 40. -P. 2329-2332.
28. Минин И. В., Минин О. В. Фотоника изолированных диэлектрических частиц произвольной трехмерной формы - новое направление оптических информационных технологий // Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии. - 2014. - № 4. - С. 4-10.
29. Минин И. В., Минин О. В. Устройство для формирования фотонной струи с увеличенной глубиной фокуса : патент РФ № 153686.
30. Минин И. В., Минин О. В. Устройство для фокусировки излучения метакубоидной плоской линзой : патент РФ № 164738.
31. Laser micro/nano fabrication in glass with tunable-focus particle lens array / Z. B. Wang, Wei Guo, A. Pena, D. J. Whitehead, B. S. Luk'yanchuk, Lin. Li, Z. Liu, Y. Zhou, M. H. Hong // Optics Express. - 2008. - Vol. 16, No. 24. - 19706 p.
32. Arnold N. Influence of the substrate, metal overlayer and lattice neighbors on the focusing properties of colloidal microspheres // Appl. Phys., A Mater. Sci. Process. - 2008. -Vol. 92 (4). - P. 1005-1012.
33. Effects of spherical mode coupling on near-field focusing by clusters of dielectric microspheres / A. Pikulin, A. Afanasiev, N. Agareva, A. P. Alexandrov, V. Bredikhin, N. Bityurin // Optics Express. - 2012. - Vol. 20, No. 8. - P. 9052-9057.
34. Гейнц Ю. Э., Землянов А. А., Панина Е. К. Характеристики фотонных наноструй от упорядоченных микросборок диэлектрических сфер // Квантовая электроника. - 2016. -Т. 46, № 3. - 236 с.
35. Overcoming the diffraction limit of imaging nanoplasmonic arrays by microspheres and microfibers / K. W. Allen, N. Farahi, Y. Li, N. I. Limberopoulos, D. E. Walker Jr., A. M. Urbas, V. N. Astratov // Opt. Express. - Vol. 23. - P. 24484-24496
36. Optical Near-field Interaction between Neighbouring Micro/Nano-Particles / Zeng Bo Wang, Wei Guo, Boris Luk'yanchuk, David. J. Whitehead, Lin. Li, Zhu Liu // JLMN-Journal of Laser Micro/Nanoengineering. - 2008. - Vol. 3, No. 1. - P. 14-18.
37. Prevo B. G., Hon E. W., Velev O. D.Assembly and characterization of colloid-based antireflective coatings on multicrystalline silicon solar cells // J. Mater. Chem. - 2007. - Vol. 17. -P.791-799.
38. Anti-reflection layer formed by monolayer of microspheres / C.-H. Chan, A. Fischer, A. Martinez-Gil, P. Taillepierre, C.-C. Lee, S.-L. Yang, C.-H. Hou, H.-T. Chien, D.-P. Cai, K.-C. Hsu et al. // Appl. Phys. B. - 2010. - Vol. 100. - P. 547-551.
39. Самосборка наночастиц в микрообъеме коллоидного раствора: физика, моделирование, эксперимент / П. В. Лебедев-Степанов, Р. М. Кадушников, С. П. Молчанов, А. А. Иванов, В. П. Митрохин, К. О. Власов, Н. И. Рубин, Г. А. Юрасик, В. Г. Назаров, М. В. Алфимов // Российские нанотехнологии. - 2013. - Т. 8, № 3-4. - С. 5-23.
40. Aizenberg J., Braun P. V., Wiltzius P. Patterned Colloidal Deposition Controlled by Electrostatic and Capillary Forces // Phys. Rev. Lett. - Vol. 84, No 13. - P. 2997-3000.
41. Br'etagnol F., at al. Fabrication of functional nano-patterned surfaces by a combination of plasma processes and electron-beam lithography // Nanotechnology. - 2007. - Vol. 18. -135303 p.
42. Способ изготовления литографической маски для liga-технологии / Генцелев А. Н., Гольденберг Б. Г., Кондратьев В. И., Петрова Е. В. : патент РФ № 2350996.
43. Алфимов М. В., Лебедев-Степанов П. В., Хохлов П. Е. Способ получения упорядоченных наноструктурированных пленок на основе наночастиц : патент РФ № 2387044.
44. Meyerhofer D. Characteristics of resist films produced by spinning // J. Appl. Phys. -1978. - Vol. 49. - P. 3993-3997.
45. Механизм образования регулярных структур благородного опала в виде пленок на поверхности твердых тел / Д. В. Калинин, В. В. Сердобинцева, А. И. Плеханов, Н. В. Соболев // Доклады академии наук. - 2005. - Т. 2. - С. 227-229.
46. Dziomkina N., Vancso J. Colloidal Crystal Assembly on Topologically Patterned Templates // Soft Matter. - 2005. - Vol. 1. - P. 265-279.
47. Tretyakov S. Yu., Khokhlov P. E., Lebedev-Stepanov P. V. Self-Assembly of colloids in solution thin films // 3rd International Conference Proceedings. - Kaluga, Russia, October 1-4, 2008. - Vol. 1. - P. 104-105.
48. Самосборка ансамблей коллоидных частиц в акустическом поле / О. В. Руденко, П. В. Лебедев-Степанов, А. И. Коробов, Б. А. Коршак, С. П. Молчанов, М. В. Алфимов // Российские нанотехнологии. - 2010. - № 7-8. -63 с.
49. Самосборка упорядоченных слоев микросфер диоксида кремния на вертикальной пластинке / С. П. Молчанов, П. В. Лебедев-Степанов, С. О. Климонский, К. Ф. Шеберстов, С. Ю. Третьяков, М. В. Алфимов // Российские нанотехнологии. - 2010. - № 5-6. -54 с.
50. Langmuir I. J. The constitution and fundamental properties of solid and liquids // Am. Chem. Soc. - 1917. - Vol. 39. - P. 1848-1906.
51. Blodgett K. B. Films built by depositing successive monomolecular layer on a solid surface // Am. Chem. Soc. - 1935. - Vol. 57. - P. 1007-1022.
52. Laser micro/nano patterning of hydrophobic surface by contact particle lens array / A. Khan, Z. B. Wang, M. A. Sheikh, D. J. Whitehead, L. Li // Appl. Surf. Sci. - 2011. -Vol. 258 (2). - P. 774-779.
53. Minin, O.V., Minin, I.V. Acoustojet: acoustic analogue of photonic jet phenomenon based on penetrable 3D particle // Opt Quant Electron. - 2017. - Vol. 49. - 54 p. doi:10.1007/s 11082-017-0893 -y
54. Focusing and imaging in microsphere-based microscopy / T. X. Hoang, Y. Duan, X. Chen, G. Barbastathis // Opt. Express. - 2015. - Vol. 23. - P. 12337-12353.
55. Darafsheh, Li Y., Astratov V. N. Super-resolution microscopy by dielectric microcylinders // 15th Int'l Conf. Transparent Opt. Networks, 2013. - P. 38. doi:10.1109/ICTON.2013.6602907
56. Far-field super-resolution imaging using near-field illumination by micro-fiber / X. Hao, X. Liu, C. Kuang, Y. Li, Y. Ku, H. Zhang, H. Li, L. Tong // Appl. Phys. Lett. - 2013. - Vol. 102. -013104 p. doi:10.1063/1.4773572
57. Super-resolution microscopy by movable thin-films with embedded microspheres: resolution analysis / K. W. Allen, N. Farahi, Y. Li, N. I. Limberopoulos, D. E. Walker Jr., A. M. Urbas, V. Liberman, V. N. Astratov // Ann. Phys. (Berlin). - 2015. - Vol. 527. - P. 513-522.
58. Optical super-resolution by high-index liquid-immersed microspheres / Darafsheh, G. F. Walsh, L. Dal Negro, V. N. Astratov // Appl. Phys. Lett. - 2012. - Vol. 101. - P. 141128. doi:10.1063/1.4757600
59. Yang Hui, Cornaglia Matteo, Gijs Martin. System for optical detection and imaging of sub-difraction-limited nano-objects : patent WO 2016/020831
60. Минин И. В., Минин О. В. Устройство для регистрации субволновых частиц : патент РФ № 166253.
61. Vahala K. J. Optical microcavities // Nature. - 2003. - Vol. 424. - P. 839.
62. Журавлев М. В., Solis N. W., Перетягин П. Ю. и др. Пороговая интенсивность и коэффициент усиления вынужденного комбинационного рассеяния в двуслойном высокодобротном микрорезонаторе при формировании внутренней и внешней фотонной субмикронной струи: «фотонный наноджет» в ближнем поле // Журнал технической физики. - 2016. - Т. 86, № 4. - С. 106-112.
63. Минин И. В., Минин О. В. Оптический микродатчик на основе фотонных струй те-рагерцовых, ИК или оптических волн : патент РФ 161592.
64. Минин И. В., Минин О. В. Субволновой датчик волнового фронта : патент РФ 160810.
65. Минин И. В., Минин О. В. Малогабаритный спетрометрический датчик излучения : патент РФ 153680.
66. Минин И. В., Минин О. В. Метрология в фотонике и нанооптике. - Новосибирск : СГУГиТ, 2016 - 172 с.
67. Минин И. В., Минин О. В. Диэлектрическая антенна основе полупроводникового материала с оптически управляемыми электромагнитными параметрами : патент РФ 160955.
68. Минин И. В., Минин О. В. Многоэлементный малогабаритный эмиттер генератора террагерцового излучения : патент РФ 160986.
69. Субволновая оптическая ловушка в поле стоячей волны на основе фотонной струи / И. В. Минин, О. В. Минин, В. Пачеко Пена, М. Беруэте // Квант. электрон. - 2016. -Vol. 46:6. - P. 555-557.
70. Минин И. В., Минин О. В. Устройство транспортировки сфокусированных плаз-мон-поляритонов оптического диапазона : патент РФ 166250.
71. Минин И. В., Минин О. В. Устройство канализации и транспортировки энергии на основе фотонных струй : патент РФ 163673.
72. Минин И. В., Минин О. В. Устройство канализации и субволновой электромагнитных волн : патент РФ 163674.
73. Минин В.Ф., Минин И. В., Минин О. В. Устройство квазиоптической линии передачи терагерцовых волн : патент РФ 2591282.
74. Минин И. В., Минин О. В. Светоделительный диэлектрический кубик с возможностью фокусировки : патент РФ 160168.
75. Subwavelength focusing by a microsphere array / TingtingWang, Cuifang Kuang, Xiang Hao and Xu Liu // J. Opt. - 2011. - Vol. 13. - 035702. - P. 1-5. doi:10.1088/2040-8978/13/3/035702.
76. A deep sub-wavelength process for the formation of highly uniform arrays of nanoholes and nanopillars / Wei Wu, Alex Katsnelson, Omer G Memis, Hooman Mohseni // Nanotechnology. - 2007. - Vol. 18. - 485302 p. doi:10.1088/0957-4484/18/48/485302.
77. Sub-Wavelength Texturing for Solar Cells Using Interferometric Lithography / W. L. Chiu, M. M. Alkaisi, G. Kumaravelu, R. J. Blaikie, R. J. Reeves, A. Bittar // Adv. Sci. Technol. - 2006. - Vol. 51. - P. 115-120.
78. Rogalski A Quantum well photoconductors in infrared detector technology // J. Appl. Phys. - 2003. - Vol. 93. - P. 4355-91.
79. Photonic band gap in anodic porous alumina with extremely high aspect ratio formed in phosphoric acid solution / H. Masuda, M. Ohya, K. Nishio, H. Asoh, M. Nakao1, M. Nohtomi, A. Yokoo and T. Tamamura // Jpn. J. Appl. Phys. - 2000. - Part 2, Vol. 39. - P. L1039-L1041.
80. Weekes S. M., Ogrin F. Y., Murray W. A. Fabrication of large-area ferromagnetic arrays using etched nanosphere lithography // Langmuir. - 2004. - Vol. 20. - P. 11208-11212.
81. Applications of nano-patterning to tissue engineering / N. Gadegaard, E. Martines, M. O. Riehle, K. Seunarine, C .D. W. Wilkinson // Microelectron Eng. - 2006. - Vol. 83. -P.1577-1581.
82. Photovoltaic absorption enhancement in thin-film solar cells by non-resonant beam collimation by submicron dielectric particles / C. R. Simovski, A. S. Shalin, P. M. Voroshilov, P. A. Belov // Journal of Applied Physics - 2013. - Vol. 114. - 103104 p.
83. Advances in contemporary nanosphere lithographic techniques / X. Y. Zhang, A. V. Whitney, J. Zhao, E. M. Hicks, R. P. Van Duyne // J Nanosci Nanotechnol. - 2006. -Vol. 6 (7). - P. 1920-1934. doi: 10.1166/jnn.2006.322.
84. Fabrication of Nanoscale Rings, Dots, and Rods by Combining Shadow Nanosphere Lithography and Annealed Polystyrene Nanosphere Masks / A. Kosiorek, W. Kandulski, G. H. laczynska, M. Giersig // Small. - 2005. - Vol. 4. - P. 439-444.
85. Пикулин А. В., Битюрин Н. М. Флуктуационные ограничения минимального размера вокселя при лазерной нанополимеризации // Журнал технической физики. - 2012. -Т. 82, вып. 5. - С. 120-128.
86. Two-color beam improvement of the colloidal particle lens array assisted surface nanostructuring / A. Afanasiev, V. Bredikhin, A. Pikulin, I. Ilyakov, B. Shishkin, R. Akhmedzhanov, N. Bityurin // Applied Physics Letters. - 2015. - Vol. 106. - 183102 p.
87. Ten-fold enhancement of ZnO thin film ultraviolet-luminescence by dielectric microsphere arrays / Yinzhou Yan, Yong Zeng, Yan Wu, Yan Zhao, Lingfei Ji, Yijian Jiang, Lin Li // Optics Express - 2014.- Vol. 22, No. 19. - P. 23552-23564. doi:10.1364/0E.22.023552.
88. Trapping and Detection of Nanoparticles and Cells Using a Parallel Photonic Nanojet Array / Yuchao Li, Hongbao Xin, Xiaoshuai Liu, Yao Zhang, Hongxiang Lei, Baojun Li // ACS Nano. - 2016. - P. 1-28.
Получено 06.03.2017
© И. В. Минин, О. В. Минин, 2017
PHOTON JETS IN THE SCIENCE AND TECHNICS
Igor V. Minin
Siberian State University of Geosystems and Technologies, Russia, 630108, Novosibirsk, 10 Plahotnogo St., Dr. Sc., Professor, Department of Metrology and Technology of Optical Production, e-mail: [email protected]
Oleg V. Minin
Siberian State University of Geosystems and Technologies, Russia, 630108, Novosibirsk, 10 Plahotnogo St., Dr. Sc., Professor, Department of Metrology and Technology of Optical Production, e-mail: [email protected]
The review is devoted to one of most intensively developing sections of optics - to photon jets. The general concept of a photon jet is formulated and the basic characteristics which concern to the given section of a science are resulted. Are considered dielectric mesoscale the particles forming photon jets with axial and without axial symmetry. The basic directions of researches and areas of practical application of the phenomenon of «photon jet» from an individual particle, and array particles are shined.
Key words: a photon jet, mesoscale the particle, nanofotonics.
REFERENCES
1. Minin, I. V., & Minin, O. V. (2015). Kvazioptika: sovremennye tendentsii razvitiya [Qasioptica: sovremennuie tendenzii razvitia]. Novosibirsk: SSUGT [in Russian].
2. Minin, I. V., & Minin, O. V. (2014). Experimental verification 3D subwavelength resolution beyond the diffraction limit with zone plate in millimeter wave. Microwave and Optical Technology Letters, 56(10), 2436-2439.
3. Pendry, J. B. (2000). Negative Refraction Makes a Perfect Lens. Phys. Rev. Lett., 85, 3966 p.
4. Mansfield, S. M., Kino, G. S. (1990). Solid immersion microscope. Appl. Phys. Lett., 57, 2615 p.
5. Minin, V., Minin, O. V., Gagnon, N., & Petosa, A. (2006). FDTD Analysis of a Flat Dif-fractive Optics with Sub-Reyleigh Limit Resolution in MM/THz Waveband. Proceedings of Joint 31st International Conference on Infrared Millimeter Waves and 14th International Conference Terahertz Electronics (IEEE) (p. 170). China: Shanghai.
6. Minin, V., & Minin, O. V. (2014). 3D diffractive lenses to overcome the 3D Abbe subwavelength diffraction limit. Chin. Opt. Lett., 12, 060014 p.
7. Lu, Y. F., Zhang, L., Song, W. D., Zheng, Y. W., & Luk'yanchuk, B. S. (2000). J. Exp. Theor. Phys. Lett., 72, 457 p.
8. Hao, X., Kuang, C., Liu, X., Zhang, H., & Li, Y. (2011). Appl. Phys. Lett., 99, 203102 p.
9. Heifetz A. et al. (2006). Experimental confirmation of backscattering enhancement induced by a photonic jet. Appl. Phys. Lett., 89, 221118 p.
10. Minin I. V., & Minin, O. V. (2016). Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit. Springer. Retrieved from http://www.springer.com/us/book/ 9783319242514#aboutBook
11. Rashed, R. (1990). A Pioneer in Anaclastics: Ibn Sahl on Burning Mirrors and Lenses. Isis, 81, 464-91.
12. C. Crombie. (1971). Robert Grosseteste and the Origins of Experimental Science. Oxford: Clarendon Press.
13. Li, X., Chen, Z., Taflove, A., & Backman, V. (2005). Optical analysis of nanoparticles via enhanced backscattering facilitated by 3-D photonic nanojets. Opt. Express, 13, 526 p.
14. Mie, G. (1908). Contributions to the optics of turbid media, particularly of colloidal metal solutions. Ann. Phys., 25(3), 377-445.
15. Geinc, Y., Zemlinov, A., & Panina, E. (2012). Mikrochasticia v intensivnom svetovom pole. Palmarium Academic Publishing.
16. Benincasa, D. S., Barber, P. W., Zhang, Jian-Zhi, Hsieh, Wen-Feng, & Chang R. K. (1987). Spatial distribution of the internal and near-field intensities of large cylindrical and spherical scatterers. Applied Optics, 26(7), 1348-1356.
17. Jalalia, T., & Erni, D. (2014). Highly confined photonic nanojet from elliptical particles. Journal of Modern Optics, 61(13), 1069-1076.
18. Ruiz, C. M., & Simpson, J. J. (2010). Detection of embedded ultrasubwavelength-thin dielectric features using elongated photonic nanojets. Optics Express, 18(16), 16805 p.
19. Cheng-Yang Liu. (2014). Photonic nanojet shaping of dielectric non-spherical microparticles. Physica E, 64, 23-28.
20. Luk'yanchuk, B., Zheludev, N. I., Maier, S. A., Halas, N. J., Nordlander, P., Giessenand, H., & Chong, T. C. (2010). The Fano resonance in plasmonic nanostructures and metamaterials. Nat. Mater, 9, 707-715.
21. Liu, C-Y., & Li, C-C. (2016). Photonic nanojet induced modes generated by a chain of dielectric microdisks. Optik, 127, 267-273.
22. Jinlong, Zhu, & Lynford, L. (2016). Goddard. Spatial control of photonic nanojets. Optics Express, 24(26), 30445.
23. Pacheco-Pena, V., Beruete, M., Minin, I. V., & Minin, O. V. (2014). Terajets produced by 3D dielectric cuboids. Appl. Phys. Lett., 105, 084102 p.
24. Minin, I. V., Minin, O. V., & Geintz, Y. E. (2015). Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: brief review. Annalen der Physik (AdP). doi: 10.1002/andp.201500132.
25. Geints, Yu. E., Zemlyanov, A. A., & Panina, E. K. (2015). Characteristics of photonic jets from microcones. Optics and Spectroscopy, 119, 849-854.
26. Liu, C. Y. (2015). Photonic jets produced by dielectric micro cuboids. Appl. Optics, 54, 8694-8699.
27. Minin, V., Minin, O. V., Pacheco-Peña, V., & Beruete, M. (2015). Localized photonic jets from flat, three-dimensional dielectric cuboids in the reflection mode. Optics Letters, 40, 23292332.
28. Minin I. V., & Minin O. V. (2014). Fotonica izolirovannuh dielectricheskih chastic proizvolnoi trehmernoi formy - novoe napravlenie opticheskih informacionnuh technologii. Vestnik NGU. Seriya: Informacionnue technologii [Novosibirsk State University Journal of Information Technologies], 4, 4-10 [in Russian].
29. Minin, I. V., & Minin, O. V. Patent RFNo 153686. Novosibirsk: IP Russian Federation.
30. Minin, I. V., & Minin, O. V. Patent RF No 164738. Novosibirsk: IP Russian Federation.
31. Wang, Z. B., Guo, Wei, Pena, A., Whitehead, D. J., Luk'yanchuk, B. S., Li, Lin., Liu, Z., Zhou, Y., & Hong, M. H. (2008). Laser micro/nano fabrication in glass with tunable-focus particle lens array. Optics Express, 16(24), 19706 p.
32. Arnold, N. Influence of the substrate, metal overlayer and lattice neighbors on the focusing properties of colloidal microspheres. (2008). Appl. Phys., A Mater. Sci. Process., 92(4), 10051012.
33. Pikulin, A., Afanasiev, A., Agareva, N., Alexandrov, A. P., Bredikhin, V., & Bityurin, N. (2012). Effects of spherical mode coupling on near-field focusing by clusters of dielectric microspheres. Optics Express, 20(8), P. 9052-9057.
34. Geinz, Y. E., Zemlyanov, A. A., & Panina, E. K. (2016). Characteristici fotonnuch nanostrui ot yporiadochennuh microsborok dielectricheskih sphere. Qantovaia electronic, 46(3), 236 p.
35. Allen, K. W., Farahi, N., Li, Y., Limberopoulos, N. I., Walker Jr., D. E., Urbas, A. M., & Astratov, V. N. Overcoming the diffraction limit of imaging nanoplasmonic arrays by microspheres and microfibers. Opt. Express, 23, 24484-24496.
36. Zeng Bo Wang, Wei Guo, Luk'yanchuk, B., Whitehead, D. J., Li, Lin., & Liu, Z. (2008). Optical Near-field Interaction between Neighbouring Micro/Nano-Particles. JLMN-Journal of Laser Micro/Nanoengineering, 3(1), 14-18.
37. Prevo, B. G., Hon, E. W., & Velev, O. D. (2007). Assembly and characterization of colloid-based antireflective coatings on multicrystalline silicon solar cells. J. Mater. Chem., 17, 791799.
38. Chan, C.-H., Fischer, A., Martinez-Gil, A., Taillepierre, P., Lee, C.-C., Yang, S.-L., Hou, C.-H., Chien, H.-T., Cai, D.-P., & Hsu, K.-C. et al. (2010). Anti-reflection layer formed by monolayer of microspheres. Appl. Phys. B., 100, 547-551.
39. Lebedev-Stepanov, P. V., Cadychnicov, R. M., Molchanov, S. P., Ivanov, A. A., Mitrohin, V. P., Vlasov, K.O., Rubin, N. I., Yrasik, G. A., Nazarov, V. G., Alfimov, M. V. (2013). Nanoparticles self-assembly into a microvolume of colloidal solution: physics, computation, experiments. Rossiskie nanotechnologii [Russian nanotechnology], 8(3-4), 5-23 [in Russian].
40. Aizenberg, J., Braun, P. V., Wiltzius, P. Patterned Colloidal Deposition Controlled by Electrostatic and Capillary Forces. Phys. Rev. Lett., 84(3), 2997-3000.
41. Br'etagnol, F., at al. (2007). Fabrication of functional nano-patterned surfaces by a combination of plasma processes and electron-beam lithography. Nanotechnology, 18, 135303.
42. Gencelev, A. N., Goldenberg, B. G., Condratiev, V. I., & Penrova, T. V. Patent RF № 2350996. IP Russian Federation.
43. Alfimov, M. V., Lebedev-Steganov, P. V., & Hohkov, P. E. Patent RF № 2387044. IP Russian Federation.
44. Meyerhofer, D. (1978). Characteristics of resist films produced by spinning. J. Appl. Phys., 49, 3993-3997.
45. Calinin, D. V., Serdobiceva, V. V., Plehanov, A. I., Sobolev, N. V. (2005). The mechanism of formation of regular structures of precious opal in the form of a film on the surface of solids. Dokladu akademii nayk [Reports of the Academy of Science], 2, 227-229 [in Russian].
46. Dziomkina, N., & Vancso, J. (2005). Colloidal Crystal Assembly on Topologically Patterned Templates. Soft Matter, 1, 265-279.
47. Tretyakov, S. Yu., Khokhlov, P. E., & Lebedev-Stepanov, P. V. (2008). Self-Assembly of colloids in solution thin films. 3rd International Conference Proceedings, October 1-4: Vol. 1 (pp. 104-105). Russia: Kaluga.
48. Rudenko, O. V., Lebedev-Stepanov, P. V., Korobov, A. I., Korshak, B. A., Molchanov, S. P., & Alfimov, M. V. (2010). Self-assembly of colloidal-particle ensembles in an acoustic field. Rossiyskie nanotekhnologii [Nanotechnologies in Russia], 7-8, 63 p. [in Russian].
49. Molchanov, S. P., Lebedev-Stepanov, P. V., Clinovskii, S. O., Cherstov, K. F., Tretyakov, S. Yu., & Alfimov, M. V. (2010). Self-assembly of ordered layers of silica microspheres on a vertical plate. Rossiyskie nanotekhnologii [Nanotechnologies in Russia], 5-6, 54 p. [in Russian].
50. Langmuir, I. J. (1917). The constitution and fundamental properties of solid and liquids Am. Chem. Soc, 39, 1848-1906.
51. Blodgett, K. B. (1935). Films built by depositing successive monomolecular layer on a solid surface. Am. Chem. Soc., 57, 1007-1022.
52. Khan, A., Wang, Z. B., Sheikh, M. A., Whitehead, D. J., & Li, L. (2011). Laser micro/nano patterning of hydrophobic surface by contact particle lens array. Appl. Surf. Sci., 258(2), 774-779.
53. Minin, O. V., & Minin, I. V. (2017). Acoustojet: acoustic analogue of photonic jet phenomenon based on penetrable 3D particle. Opt Quant Electron, 49, 54 p. doi: 10.1007/s11082-017-0893-y.
54. Hoang, T. X., Duan, Y., Chen, X., Barbastathis, G. (2015). Focusing and imaging in mi-crosphere-based microscopy. Opt. Express, 23, 12337-12353.
55. Darafsheh, Li, Y., & Astratov, V. N. (2013). Super-resolution microscopy by dielectric microcylinders. 15th Int'l Conf. Transparent Opt. Networks. Paper Tu (38 p.). doi:10.1109/ICT0N.2013.6602907.
56. Hao, X., Liu, X., Kuang, C. Li, Y., Ku, Y., Zhang, H., Li, H., & Tong, L. (2013). Far-field super-resolution imaging using near-field illumination by micro-fiber. Appl. Phys. Lett., 102, 013104 p. doi:10.1063/1.4773572.
57. Allen, K. W., Farahi, N., Li, Y., Limberopoulos, N. I., Walker Jr., D. E., Urbas, A. M., Liberman, V., Astratov, V. N. (2015). Super-resolution microscopy by movable thin-films with embedded microspheres: resolution analysis. Ann. Phys., 527, 513-522.
58. Darafsheh, Walsh, G. F., Dal Negro, L., & Astratov, V. N. (2012). Optical superresolution by high-index liquid-immersed microspheres. Appl. Phys. Lett., 101, 141128 p. doi:10.1063/1.4757600.
59. Yang Hui, Cornaglia Matteo, & Gijs Martin. Patent WO 2016/020831. System for optical detection and imaging of sub-difraction-limited nano-objects.
60. Minin, I. V., & Minin, O. V. Patent RF No 166253. Novosibirsk: IP Russian Federation.
61. Vahala, K. J. (2003). Optical microcavities. Nature, 424, 839 p.
62. Zyravlev, M. V., Solis, N. W., & Pereniagin P. Y. et all. (2016). Threshold intensity and coefficient of raman scattering amplification in a high-q bilayer microresonator during the formation of internal and external submicron photonic jets: a photonic nanojet in the near field. Zhurnal tekhnicheskoy fiziki [Technical Physics. The Russian Journal of Applied Physics], 86(4), 106-112.
63. Minin, I. V., & Minin, O. V. The optical microgauge on the basis of photon jets тераreрцовbIх, IR or optical waves. Patent RF No 153471, 155174, 161592. Novosibirsk: IP Russian Federation.
64. Minin, I. V., & Minin, O. V. The subwave gauge of wave front. Patent RF No 152504, 160810, 153626. Novosibirsk: IP Russian Federation.
65. Minin, I. V., & Minin, O. V. Small-sized spectrometric the gauge of radiation. Patent RF No 153680. Novosibirsk: IP Russian Federation.
66. Minin, I. V., & Minin, O. V. (2016). Metrologiya v fotonike i nanooptike [Metrology in photonics andnanooptics]. Novosibirsk: SSUGT [in Russian].
67. Minin, I. V., & Minin, O. V. The dielectric aerial to a basis of a semi-conductor material with optical in operated electromagnetic parameters. Patent RF No 160955. Novosibirsk: IP Russian Federation.
68. Minin, I. V., & Minin, O. V. The multielement small-sized emitter of the generator terahgerz radiations. Patent RF No 160986. Novosibirsk: IP Russian Federation.
69. Minin, I. V., Minin, O. V., Pacheno, Pena, & Beryente, M. (2016). Subwavelength, standing-wave optical trap based on photonic jets. Kvantovaya elektronika [Quantum Electronics], 46(6), 555-557 [in Russian].
70. Minin, I. V., & Minin, O. V. The device of transportation focused plazmon-poliariton an optical range. Patent RF No 166250. Novosibirsk: IP Russian Federation.
71. Minin, I. V., & Minin, O. V. The device of the water drain and transportation of energy photon jets. Patent RF No 163673. Novosibirsk: IP Russian Federation.
72. Minin, I. V., & Minin, O. V. The device of the water drain and subwave electromagnetic waves. Patent RF No 163674. Novosibirsk: IP Russian Federation.
73. Minin V.F., Minin, I. V., & Minin, O. V. The device quasioptical lines of transfer terahgerz waves. Patent RF No 2591282. Novosibirsk: IP Russian Federation.
74. Minin, I. V., & Minin, O. V. Century lightdevide a dielectric cube with an opportunity of focusing. Patent RF No 160168. Novosibirsk: IP Russian Federation.
75. Tingting Wang, Cuifang Kuang, Xiang Hao, & Xu Liu. (2011). Subwavelength focusing by a microsphere array. J. Opt., 13, 1-5 doi:10.1088/2040-8978/13/3/035702.
76. Wei Wu, Alex Katsnelson, Omer G Memis, & Hooman Mohseni (2007). A deep subwavelength process for the formation of highly uniform arrays of nanoholes and nanopillars. Nanotechnology, 18, 485302 p. doi:10.1088/0957-4484/18/48/485302.
77. Chiu, W. L., Alkaisi, M. M., Kumaravelu, G., Blaikie, R. J., Reeves, R. J., & Bittar A. (2006). Sub-Wavelength Texturing for Solar Cells Using Interferometric Lithography. Adv. Sci. Technol., 51, 115-120.
78. Rogalski, A. (2003). Quantum well photoconductors in infrared detector technology. J. Appl. Phys, 93, 4355-91.
79. Masuda, H., Ohya, M., Nishio, K., Asoh, H., Nakao, M., Nohtomi, M., Yokoo, A., & Tamamura, T. (2000). Photonic band gap in anodic porous alumina with extremely high aspect ratio formed in phosphoric acid solution. Jpn. J. Appl. Phys., 39(2), L1039-L1041.
80. Weekes, S. M., Ogrin, F. Y., & Murray, W. A. (2004). Fabrication of large-area ferromagnetic arrays using etched nanosphere lithography. Langmuir, 20, 11208-11212.
81. Gadegaard, N., Martines, E., Riehle, M. O., Seunarine, K., & Wilkinson, C. D. W. (2006). Applications of nano-patterning to tissue engineering. MicroelectronEng., 83, 1577-1581.
82. Simovski, C. R., Shalin, A. S., Voroshilov, P. M., & P. A. Belov. (2013). Photovoltaic absorption enhancement in thin-film solar cells by non-resonant beam collimation by submicron dielectric particles. Journal of Applied Physics, 114, 103104 p.
83. Zhang, X. Y., Whitney, A. V., Zhao, J., Hicks, E. M., & Van Duyne, R. P. (2006). Advances in contemporary nanosphere lithographic techniques. J. Nanosci Nanotechnol., 6(7), 19201934. doi: 10.1166/jnn.2006.322.
84. Kosiorek, A., Kandulski, W., Glaczynska, H., & Giersig, M. (2005). Fabrication of Nanoscale Rings, Dots, and Rods by Combining Shadow Nanosphere Lithography and Annealed Polystyrene Nanosphere Masks. Small, 4, 439-444.
85. Pikulin, A. V., Bityrin, N. M. (2012). Fluctuation limitations on the voxel minimal size at laser nanopolymerization. Zhurnal tekhnicheskoy fiziki [Technical Physics. The Russian Journal of Applied Physics], 82(5), 120-128 [in Russian].
86. Afanasiev, Bredikhin, V., Pikulin, A., Ilyakov, I., Shishkin, B., Akhmedzhanov, R., & Bityurin, N. (2015). Two-color beam improvement of the colloidal particle lens array assisted surface nanostructuring. Applied Physics Letters, 106, 183102 p.
87. Yinzhou Yan, Yong Zeng, Yan Wu, Yan Zhao, Lingfei Ji, Yijian Jiang, & Lin Li. (2014). Ten-fold enhancement of ZnO thin film ultraviolet-luminescence by dielectric microsphere arrays. Optics Express, 22(19), 23552-23564. doi: 10.1364/0E.22.023552.
88. Yuchao Li, Hongbao Xin, Xiaoshuai Liu, Yao Zhang, Hongxiang Lei, & Baojun Li (2016). Trapping and Detection of Nanoparticles and Cells Using a Parallel Photonic Nanojet Array. ACSNano, pp. 1-28.
Received 06.03.2017
© I. V. Minin, O. V. Minin, 2017
