Discrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational Science2658-46702658-7149Peoples' Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)8543ArticlesСтатьиResearch ArticleInterference Refractometry of Terahertz Surface Plasmon-Polaritons Launched by a Free-Electron LaserИнтерференционная рефрактометрия терагерцовых поверхностных плазмон-поляритонов, генерированных лазером на свободных электронахGerasimovV VГерасимовВасилий Валерьевич-KnyazevB AКнязевБорис Александровичknyazev@phys.nsu.ruNikitinA KНикитинАлексей Константиновичalnikitin@mail.ruNikitinV VНикитинВ В-RijovaT AРыжоваТатьяна АлександровнаGeneral Physics DepartmentКафедра общей физики-Budker Institute of Nuclear Physics SB RASИнститут ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАНNovosibirsk State UniversityНовосибирский государственный университетScientific and Technological Center for Unique Instrumentation of RASНаучно-технологический центр уникального приборостроения РАНPeople’s Friendship University of RussiaРоссийский университет дружбы народов150220132NO2 (2013)№2 (2013)19120008092016Copyright ©; 2013, Герасимов В.В., Князев Б.А., Никитин А.К., Никитин В.В., Рыжова Т.А.2013Герасимов В.В., Князев Б.А., Никитин А.К., Никитин В.В., Рыжова Т.А.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/miph/article/view/8543The problem of terahertz (THz) surface plasmon-polaritons (SPP) refractometry, i.e. determination of their complex refractive index κ = κ′ + i ⋅ κ′′ employing interferometric measurements, is considered in the paper. It is stated that one can determine both parts of κ provided the interference pattern formed by a reference bulk wave and the wave produced by the SPP is recorded. The idea was tested for SPP generated by monochromatic radiation (wavelength 140 μm) of Novosibirsk THz free-electron laser on gold samples covered with different thickness ZnS layers. Besides, intensity distribution of the SPP field in air over the track has been registered instantly with an uncooled vanadium oxide microbolometer focal plane array consisting of 320×240 sensitive elements. The results obtained are in good agreement with the theory provided the covering layer thickness is equal or exceeds 2 μm.В статье рассмотрена проблема интерференционной рефрактометрии монохроматических терагерцовых (ТГц) поверхностных плазмон-поляритонов (ППП), т.е. задача определения их комплексного показателя преломления κ = κ′ + i ⋅ κ′′. Показано, что интерференционная картина, полученная в результате взаимодействия опорного пучка объёмного излучения и объёмной волны, порождаемой ППП, содержит информацию об обеих частях κ. Метод апробирован для ППП, генерируемых излучением Новосибирского лазера на свободных электронах (длина волны 140 мкм) на поверхности золотых образцов с ZnS покрытием различной толщины. Кроме того, с помощью неохлаждаемой матрицы (320 × 240 пикселей) микроболометров на основе окиси ванадия получены изображения распределения интенсивности поля в воздухе над треком ППП. Результаты измерений хорошо согласуются с расчётными для покровного слоя толщиной 2 мкм и более.terahertz radiationsurface plasmon-polaritonsrefractometrysurface electromagnetic wavesfree-electron laserрефрактометрия монохроматических терагерцовых поверхностных плазмон-поляритоновповерхностные электромагнитные волнылазер на свободных электронах1.Maier S.A. Plasmonics: Fundamentals and Applications. — Springer, 2007. — 223 p.2.Surface Polaritons. Surface Electromagnetic Waves at Surfaces and Interfaces / Ed. by V.M. Agranovich, D.L. Mills. — Amsterdam, N.-Y., Oxford, 1982. — 587 p.3.Knyazev B.A., Kuzmin A.V. Surface ElectromagneticWaves: from Visible Range to Microwaves // Bulletin of Novosibirsk State University (Physics). — 2007. — Vol. 2(1). — Pp. 108–122.4.Two-Dimensional Optics with Surface Electromagnetic Waves / R.J. Bell, C.A. Goben, M. Davarpanah et al. // Applied Optics. — 1975. — Vol. 14 (6). — Pp. 1322–1325.5.Dispersive Fourier-Transform Spectroscopy of Surface Plasmons in the Infrared Frequency Range / G.N. Zhizhin, A.P. Kiryanov, A.K. Nikitin, O. Khitrov // Optics and Spectroscopy. — 2012. — Vol. 112, No 4. — Pp. 545–550.6.First Experiments on Application of Free-Electron Laser Terahertz Radiation for Optical Control of Metal Surfaces / G.D. Bogomolov, U.Y. Jeong, G.N. Zhizhin et al. // J. of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques.— 2005. — No 5. — Pp. 57–63.7.Knyazev B.A., Kulipanov G.N., Vinokurov N.A. Novosibirsk Terahertz Free Electron Laser: Instrumentation Development and Experimental Achievements // Measurement Science and Technology. — 2010. — Vol. 21. — 054017.8.IR Surface Plasmon (Polariton) Phase Spectroscopy / V.I. Silin, S.A. Voronov, V.A. Yakovlev et al. // Intern. J. Infrared & Millimeter Waves. — 1989. — Vol. 10(1). — Pp. 101–120.9.Method for Identifying Diffraction Satellites of Surface Plasmons in Terahertz Frequency Range / V.V. Gerasimov, B.A. Knyazev, A.K. Nikitin, V.V. Nikitin // Technical Physics Letters. — 2010. — Vol. 36(11). — Pp. 1016–1019.10.Surface Plasmon Dispersive Spectroscopy of Thin Films at THz Frequencies / A.K. Nikitin, O.V. Khitrov, A.P. Kyrianov et al. // Proc. SPIE. — 2010. — Vol. 7376. — 73760U.11.Optical Properties of the Metals Al, Co, Cu, Au, Fe, Pb, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti and W in the Infrared and Far Infrared / M.A. Ordal, L. L. Long, R. J. Bell et al. // Applied Optics. — 1983. — Vol. 22(7). — Pp. 1099–1119.12.Microbolometer Detector Arrays for the Infrared and Terahertz Ranges / M.A. Dem’yanenko, D.G. Esaev, V.N. Ovsyuk et al. // J. Optical Technology. — 2009. — Vol. 76(12). — Pp. 739–743.13.Jeon T.-I., Grischkowsky D. THz Zenneck Surface Wave (Surface Plasmon) Propagation on a Metal Sheet // Applied Physics Letters. — 2006. — Vol. 88. — 061113.14.http://www.ansoft.com.