Two-Way Directional Plasmonic Excitation with Two Unsymmetrical Metallic Slits

Abstract

The model of two-way directional plasmonic excitation is firstly proposed in theory. The structure is composed of a silver film, perforated with two unsymmetrical nanoslits. Under the designed parameters based on surface plasmon polaritons (SPPs) interference, the SPPs are excited unidirectionally under the backside illumination. The unidirectional propagation direction of the SPPs can be tuned to the opposite when the excited light is changed from one surface of the silver layer to another. The field distribution of the structure is investigated by using the finite-difference time-domain (FDTD) method to verify our design.

Design of Surface Plasmon Dichroic Splitter with Two Metallic Slits

“…表 面 等 离 子 体 光 学 是 随 纳 米 技 术 发 展 起 来 的 新 兴 学 科 [1] 。 表 面 等 离 子 体 (SPs)是 金 属 与 电 介 质 交 界 面 存 在 的 自 由 电 子 的 集 体 震 荡 行 为 ， 是 一 种 准 粒 子 或 者 激 元 。 表 面 等 离 子 体 激 元 (SPPs) [2] 是 与 表 面 等 离 子 体 相对应的一种表面电磁模式， 一般将表面电磁波描述为电磁场和对应激元的耦合模式。SPPs 的最大优点在 于能够突破衍射极限， 在金属中等离子体效应十分显著。SPPs 突破衍射极限特性可以应用在金属平板超透 镜 [3] 和表面等离子体纳米光刻 [4] 等众多领域。利用 SPPs 原理在集成光学器件应用可构造器件， 如 SPPs 激发 源、 波导滤波器、 分束器、 光波导、 传感器、 调制器、 光开关、 耦合器等 [5][6][7][8][9][10][11] ， 亦有表面等离子体激元微型偏振器 [12] 及其在非线性光学领域研究 [13] 。 近 几 年 随 着 微 纳 加 工 技 术 的 快 速 发 展 ， 利 用 金 属 -介 质 -金 属 (MIM)微 纳 结 构 定 向 激 发 和 操 控 SPPs 波 收稿日期: 2014-03-22; 收到修改稿日期: 2014-05-14; 网络出版日期: 2014-09-09 传播 [14] 成为微纳光学研究热门问题。加州大学张翔课题组 [15] 提出了可以操控表面等离子波相位和振幅的金 属-电介质-金属(MDM)亚波长结构。斯坦福大学 Brongersma 课题组 [16] 在理论及实验上提出了一种亚波长 等离子体彩色分波器。SPPs 原理应用在 MIM 结构上可以设计各种高性能、 微结构的光通信元器件,具有极 好的应用前景 [17][18][19][20][21]…”

Tunable graphene-based mid-infrared band-pass planar filter and its application

“…Recently, different kinds of optical devices based on SPPs have been proposed and analyzed. [2][3][4][5] However, it is difficult to vary and control the permittivity functions of noble metals; hence, their abilities are limited in plasmonic devices.…”

Multiband enhanced absorption of monolayer graphene with attenuated total reflectance configuration and sensing application

“…T he attenuated total reflection (ATR) geometry usually consists of a glass prism with a thin metal layer deposited on one face of the prism and placed in contact with the medium to be probed, which is diffusely used as an optical method for surface plasmon (SP) excitation. [1][2][3][4][5][6][7][8] Recently, the ATR structure has been used to excite graphene surface plasmon polaritons (SPPs) in the far-infrared (far-IR) wavelength range, and it was feasible to achieve sharp resonances of the attenuation of an EM wave. 9,10) In the midinfrared (mid-IR) to terahertz (THz) regions, graphene can sustain strong SPPs with an extremely strong confinement of fields to the interface, which leads to a strong light-graphene interaction together with a nearly 100% absorption at the resonant wavelength.…”