Фазовая модуляция и преломление поверхностных плазмон-поляритонов с подавлением паразитного рассеяния
Безус Е.А., Досколович Л.Л.

Институт систем обработки изображений РАН,
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва
(национальный исследовательский университет) (СГАУ)

Аннотация:
Теоретически и численно показано, что планарная структура, состоящая из двух изотропных диэлектрических слоёв, может быть использована для уменьшения паразитного рассеяния поверхностных плазмон-поляритонов при произвольном угле падения. Средние потери на рассеяние для рассмотренного примера уменьшаются на порядок до 0,015. Фазовая модуляция и преломление поверхностных плазмонов с подавлением рассеяния хорошо описываются аналитической моделью, основанной на формулах Френеля. Предложенный подход может быть использован при создании плазмонных линз, рефлекторов, плазмонных кристаллов и резонаторов плазмонных лазеров.

Ключевые слова :
поверхностный плазмон-поляритон, плазмоника, фазовая модуляция, преломление, паразитное рассеяние, дифракция, метод фурье-мод.

Литература:

  1. Ma, R.-M. Plasmon lasers: coherent light source at molecular scales / R.-M. Ma, R.F. Oulton, V.J. Sorger and X. Zhang // Laser & Photonics Reviews. – 2013. – Vol. 7. – P. 1-21.
  2. Xie, Z. Plasmonic Nanolithography: A Review / Z. Xie, W. Yu, T. Wang, H. Zhang, Y. Fu, H. Liu, F. Li, Z. Lu and Q. Sun // Plasmonics. – 2011. – Vol. 6. – P. 565-580.
  3. Han, Z. Radiation guiding with surface plasmon polaritons / Z. Han and S.I. Bozhevolnyi // Reports on Progress in Physics. – 2013. – Vol. 76. – 016402.
  4. Atwater, H.A. Plasmonics for improved photovoltaic devices / H.A. Atwater and A. Polman // Nature Materials. – 2010. – Vol. 9. – P. 205-213.
  5. Oulton, R.F. Scattering of surface plasmon polaritons at abrupt surface interfaces: Implications for nanoscale cavities / R.F. Oulton, D.F.P. Pile, Y. Liu and X. Zhang // Physical Review B. – 2007. – Vol. 76. – 035408.
  6. Elser, J. Scattering-Free Plasmonic Optics with Anisotropic Metamaterials / J. Elser and V.A. Podolskiy // Physical Review Letters. – 2008. – Vol. 100. – 066402.
  7. Zhong-Tuan, M. Pure Reflection and Refraction of a Surface Polariton by a Matched Waveguide Structure / M. Zhong-Tuan, W. Pei, C. Yong, T. Hong-Gao and M. Hai // Chinese Physics Letters. – 2006. – Vol. 23. – P. 2545-2548.
  8. Thongrattanasiri, S. Quasi-planar optics: computing light propagation and scattering in planar waveguide arrays / S. Thongrattanasiri, J. Elser and V.A. Podolskiy // Journal of the Optical Society of America B. – 2009. – Vol. 26. – P. B102-B110.
  9. Novitsky, A.V. Conversion from surface wave to surface wave on reflection / A.V. Novitsky // Journal of Optics. – 2010. – Vol. 12. – 115705.
  10. Bezus, E.A. Scattering suppression in plasmonic optics using a simple two-layer dielectric structure / E.A. Bezus, L.L. Doskolovich and N.L. Kazanskiy // Applied Physics Letters. – 2011. – Vol. 98. – 221108.
  11. Bezus, E.A. Scattering in elements of plasmon optics suppressed by two-layer dielectric structures / E.A. Bezus, L.L. Doskolovich, N.L. Kazanskiy and V.A. Soifer // Technical Physics Letters. – 2011. – Vol. 37. – P. 1091-1095.
  12. Salandrino, A. Airy plasmon: a nondiffracting surface wave / A. Salandrino and D.N. Christodoulides // Optics Letters. – 2010. – Vol. 35. – P. 2082-2084.
  13. Garcia-Ortiz, C.E. Generation of diffraction-free plasmonic beams with one-dimensional Bessel profiles / C.E. Garcia-Ortiz, V. Coello, Z. Han and S.I. Bozhevolnyi // Optics Letters. – 2013. – Vol. 38. – P. 905-907.
  14. Avrutsky, I. Sub-wavelength plasmonic modes in a conductor-gap-dielectric system with a nanoscale gap / I. Avrutsky, R. Soref and W. Buchwald // Optics Express. – 2010. – Vol. 18. – P. 348-363.
  15. Sannikov, D.G. The surface mode of a dielectric waveguide with metal substrate / D.G. Sannikov and D.I. Sementsov // Technical Physics Letters. – 2003. – Vol. 29. – P. 353-356.
  16. Johnson, P.B. Optical Constants of the Noble Metals / P.B. Johnson and R.W. Christy // Physical Review B. – 1972. – Vol. 6. – P. 4370-4379.
  17. RefractiveIndex.INFO – Refractive index database [Электронный ресурс]. – http://refractiveindex.info (дата обращения – 13.11.2014).
  18. Zia, R. Dielectric waveguide model for guided surface polaritons / R. Zia, A. Chandran and M.L. Brongersma // Optics Letters. – 2005. – Vol. 30. – P. 1473-1475.
  19. Moharam, M.G. Formulation for stable and efficient implementation of the rigorous coupled-wave analysis of binary gratings / M.G. Moharam, E.B. Grann, D.A. Pommet and T.K. Gaylord // Journal of the Optical Society of America A. – 1995. – Vol. 12. – P. 1068-1076.
  20. Li, L. Use of Fourier series in the analysis of discontinuous periodic structures / L. Li // Journal of the Optical Society of America A. – 1996. – Vol. 13. – P. 1870-1876.
  21. Silberstein, E. Use of grating theories in integrated optics / E. Silberstein, P. Lalanne, J.-P. Hugonin and Q. Cao // Journal of the Optical Society of America A. – 2001. – Vol. 18. – P. 2865-2875.
  22. Bezus, E.A. Design of diffractive lenses for focusing surface plasmons / E.A. Bezus, L.L. Doskolovich, N.L. Ka­zanskiy, V.A. Soifer and S.I. Kharitonov // Journal of Optics. – 2010. – Vol. 12. – 015001.

© 2009, IPSI RAS
Institution of Russian Academy of Sciences, Image Processing Systems Institute of RAS, Russia, 443001, Samara, Molodogvardeyskaya Street 151; E-mail: ko@smr.ru; Phones: +7 (846) 332-56-22, Fax: +7 (846) 332-56-20