Научно-технический
«ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ»
издается с 1931 года
 
   
Русский вариант сайта Английский вариант сайта
   
       
   
       
Статьи последнего выпуска

Электронные версии
выпусков начиная с 2008


Алфавитный указатель
2000-2010 гг


444
Архив оглавлений
выпусков 2002-2007 гг


Реквизиты и адреса

Вниманию авторов и рецензентов!
- Порядок публикации
- Порядок рецензирования статей
- Типовой договор
- Правила оформления
- Получение авторского вознаграждения
- Редакционная этика


Контакты

Подписка

Карта сайта




Журнал с 01.12.2015 допущен ВАК для публикации основных результатов диссертаций как издание, входящее в международные реферативные базы систем цитирования (Web Science, Scopus) (см. Vak.ed.gov.ru Перечень журналов МБД 16.03.2018г)

Аннотации (11.2016) : ОПТИМИЗАЦИЯ ОДНОНАПРАВЛЕННОГО СОЕДИНИТЕЛЯ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ПЛАЗМОН-ПОЛЯРИТОНОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ЛЕВЕНБЕРГА–МАРКВАРДТА

ОПТИМИЗАЦИЯ ОДНОНАПРАВЛЕННОГО СОЕДИНИТЕЛЯ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ПЛАЗМОН-ПОЛЯРИТОНОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ЛЕВЕНБЕРГА–МАРКВАРДТА

 

© 2016 г.     J. J. Ping; H. X. Ma; Y. W. Liu

Управление эффективностью генерирования и направленностью поверхностных плазмон-поляритонов является важной задачей в реализации плазмонных устройств. Работа посвящена использованию метода Левенберга–Марквардта для оптимизации параметров геометрии однонаправленных соединителей. С использованием инструмента COMSOL LiveLink математического пакета MATLAB построен использующий этот метод алгоритм оптимизации и исследована работа однонаправленного соединителя. Соединитель оптимизирован на основе решеток, состоящих из пяти групп субволновых штрихов-дублетов, обладающих коэффициентом экстинкции около 71 дБ. Комбинация инструмента COMSOL и метода Левенберга–Марквардта в составе пакета MATLAB дает практически удобный метод конструирования однонаправленных соединителей. Более того, лежащие в основе использованного подхода общие принципы конструирования могут быть легко распространены на другие численные алгоритмы и другие плазмонные устройства.

Ключевые слова: поверхностные плазмон-поляритоны, однонаправленный соединитель, метод конечных элементов, метод Левенберга–Марквардта.

 

 

UNIDIRECTIONAL COUPLER OPTIMIZATION OF SURFACE PLASMON POLARITONS BASED ON DAMPED LEAST-SQUARE METHOD

© 2016   J. J. Ping, graduate student; H. X. Ma, doctor of optical engineering; Y. W. Liu, doctor of optical engineering

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Department of Applied Physics, Nanjing 211106, China

Е-mail: mahaixia@nuaa.edu.cn

Controlling the launching efficiency and the directionality of surface plasmon polaritons is a major goal for the development of plasmonic devices. This study presents the use of damped least-square method to optimize the geometry parameters of surface plasmon polaritons unidirectional coupler. A damped least-square algorithm has been constructed and the performance of surface plasmon polaritons unidirectional coupler has been obtained with COMSOL LiveLink for MATLAB. We have optimized a quasi-periodic surface plasmon polaritons unidirectional grating coupler, which consists of five groups of sub-wavelength groove-doublets with the extinction ratio of nearly 71 dB. Combination of the COMSOL and damped least-square method in a MATLAB environment is a practicable method for the design of surface plasmon polaritons unidirectional coupler, moreover, the general design principles behind this study can readily be extended to other numeric algorithms and other plasmonic devices.

Keywords: surface plasmon polaritons, unidirectional coupler, finite element method, damped least-square method.

OCIS codes: 240.6680, 310.6628

Submitted 01.02.2016

REFERENCES

1.         Raether H. Surface plasmons on smooth and rough surfaces and on gratings. Berlin: Springer, 1988. P. 4–39.

2.         Barnes W.L., Dereux A., Ebbesen T.W. Surface plasmon subwavelength optics // Nature. 2003. V. 424. P. 824–830.

3.         Luo X.G., Ishihara T. Sub-100-nm photolithography based on plasmon resonance // Japanese J. Appl. Phys. 2004. V. 43. P. 4017–4021.

4.        Laux E., Genet C., Skauli T., Ebbesen T.W. Plasmonic photon sorters for spectral and polarimetric imaging // Nat. Photonics. 2008. № 2. P. 161–164.

5.         Genet C., Ebbesen T.W. Light in tiny holes // Nature. 2007. V. 445. P. 39–46.

6.        Bharadwaj P., Deutsch B., Novotny L. Optical antennas // Advances in Optics and Photonics. 2009. № 1. P. 438–483.

7.         Afshinmanesh F., White J.S., Cai W., Brongersma M.L. Measurement of the polarization state of light using an integrated plasmonic polarimeter // Nanophotonics. 2012. № 1. P. 125–129.

8.        Atwater H.A., Polman A. Plasmonics for improved photovoltaic devices // Nature Materials. 2010. № 9. P. 205–213.

9.        Yin H.Z., Liu Y.M., Yu Z.Y.,  Shi Q., Gong H., Wu X., Song X. Nonlinear hybrid plasmonic slot waveguide for second-harmonic generation // Chinese Opt. Lett. 2013. № 11. P. 101901-1–101901-5.

10.       Roy R.D., Chattopadhyay R., Bhadra S.K. Stratified composite-loaded plasmonic waveguide for sensing biofluids // Photonics Research. 2013. № 1. P. 164–170.

11.       Kretschmann E., Raether H. Notizen: Radiative decay of non radiative surface plasmons excited by light // Zeitschrift für Naturforschung A. 1968. B. 23. S. 2135–2136.

12.       Otto A. Excitation of nonradiative surface plasma waves in silver by the method of frustrated total reflection // Zeitschrift für Physik. 1968. № 216. S. 398–410.

13.       Kim H., Lee B. Unidirectional surface plasmon polariton excitation on single slit with oblique backside illumination // Plasmonics. 2009. № 4. P. 153–159.

14.       Li X.W., Tan Q.F., Bai B.F., Jin G.F. Experimental demonstration of tunable directional excitation of surface plasmon polaritons with a subwavelength metallic double slit // Appl. Phys. Lett. 2011. № 98. P. 251109-1–251109-3.

15.       Li G.Y., Zhang J.S. Ultra-broadband and efficient surface plasmon polariton launching through metallic nanoslits of subwavelength period // Scientific Reports. 2014. № 4. P. 5914-1–5914-7.

16.       Rodríguez-Fortuño F.J., Marino G., Ginzburg P., O’Connor D., Martínez A., Wurtz G.A., Zayats A.V. Near-field interference for the unidirectional excitation of electromagnetic guided modes // Science. 2013. V. 340. P. 328–330.

17.       Lee S.Y., Lee I.M., Park J., Oh S., Lee W., Kim K.Y., and Lee B. Role of magnetic induction currents in nanoslit excitation of surface plasmon polaritons // Phys. Rev. Lett. 2012. V. 108. P. 213907-1–213907-5.

18.       Lin J., Mueller J.P.B., Wang Q., Yuan G.h., Antoniou N., Yuan X.C., Capasso F. Polarization-controlled tunable directional coupling of surface plasmon polaritons // Science. 2013. V. 340. P. 331–334.

19.       Huang L.L., Chen X.Z., Bai B.F., Tan Q.F., Jin G.F., Zentgraf T., Zhang S. Helicity dependent directional surface plasmon polariton excitation using a metasurface with interfacial phase discontinuity // Light: Science & Applic. 2013. № 2. P. e70–e77.

20.      Yang J., Zhou S.X., Hu C., Zhang W.W., Xiao X., Zhang J.S. Broadband spin-controlled surface plasmon polariton launching and radiation via L-shaped optical slot nanoantennas // Laser & Photonics Rev. 2014. № 8. P. 590–595.

21.       Bonod N., Popov E., Li L.F., Chernov B. Unidirectional excitation of surface plasmons by slanted gratings // Opt. Exp. 2007. V. 15. P. 11427–11432.

22.      Yang J., Xiao X., Hu C., Zhang W.W., Zhou S.X., Zhang J.S. Broadband surface plasmon polariton directional coupling via asymmetric optical slot nanoantenna pair // Nano Lett. 2014. V. 14. P. 704–709.

23.      Gong Y.K., Liu X.M., Wang L.R., Zhang Y.N. Unidirectional manipulation of surface plasmon polariton by dual-nanocavity in a T-shaped waveguide // Opt. Commun. 2011. V. 284. P. 795–798.

24.      Liao H.M., Li Z., Chen J.J., Zhang X., Yue S., Gong Q.H. A submicron broadband surface – Plasmon-polariton unidirectional coupler // Scientific Reports. 2013. № 3. P. 1918-1–1918-7.

25.      Baron A., Devaux E., Rodier J.C., Hugonin J.P., Rousseau E., Genet C., Ebbesen T.W., Lalanne P. Compact antenna for efficient and unidirectional launching and decoupling of surface plasmons // Nano Lett. 2011. V. 11. P. 4207–4212.

26.      Huang X.P., Brongersma M.L. Compact aperiodic metallic groove arrays for unidirectional launching of surface plasmons // Nano Lett. 2013. V. 13. P. 5420–5424.

27.       Johnson P.B., Christy R.W. Optical constants of the noble metals // Phys. Rev. B. 1972. V. 6. P. 4370–4379.

28.      Yuan X.C. Method of modern optical design. Beijing: Beijing Institute of Technology Press, 1995. P. 35–44.

29.      Goodberlet J.G., Kavak H. Patterning sub-50 nm features with near-field embedded-amplitude masks // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 81. P. 1315–1317.

30.      Vieu C., Carcenac F., Pepin A., Chen Y., Mejias M., Lebib A., Manin-Ferlazzo L., Couraud L., Launois H. Electron beam lithography: Resolution limits and applications // Appl. Surface Sci. 2000. V. 164. P. 111–117.

31.       Menard L.D., Ramsey J.M. Fabrication of sub-5 nm nanochannels in insulating substrates using focused ion beam milling // Nano Lett. 2010. V. 11. P. 512–517.

32.      McAlpine M.C., Friedman R.S., Lieber C.M. Nanoimprint lithography for hybrid plastic electronics // Nano Lett. 2003. V. 3. P. 443–445.

33.      Srituravanich W., Fang N., Sun C.,   Luo Q.,  Zhang X. Plasmonic nanolithography // Nano Lett. 2004. V. 4. P.1085–1088.

 

 

Полный текст