Плазмонное усиление поля металлическими субволновыми решетками на кремнии в ближнем ИК-диапазоне

Проведены теоретические исследования процессов усиления электрического поля в плазмонных наноструктурах на основе Si в ближнем ИК-диапазоне. Двумерные квадратные решетки круглых отверстий различного диаметра в золотой пленке выступали в качестве метаповерхностей, позволяющих преобразовать внешнее электромагнитное излучение в поверхностные плазмонные моды на границе Au-Si. Установлено, что засветка наноструктур со стороны подложки Si обеспечивает большее усиление поля по сравнению со случаем фронтального освещения, поскольку в первом случае падающая световая волна достигает границы с золотом, не проходя предварительно через субволновые отверстия, для которых коэффициент пропускания чрезвычайно мал. Величина плазмонного усиления поля, как функция диаметра отверстий решетки, демонстрирует максимум, при котором происходит смена блоховских плазмон-поляритонных волн, распространяющихся вдоль границы Au-Si, локализованными поверхностными плазмонными модами. Обнаружены два типа локализованных плазмонов. Коротковолновый плазмон возбуждается вдоль диагоналей решетки и существует при любых углах падения света на структуру $\theta$. Длинноволновый плазмон возникает только при $\theta \neq 0^{\circ}$ и располагается вдоль ортогональных направлений, параллельных сторонам квадратной решетки. Полученные результаты имеют непосредственное отношение к проблеме создания эффективных кремниевых фотодетекторов с квантовыми точками.