УДК: 535.8, 537.8

Фильтр поверхностных плазмон-поляритонов на структуре металл–изолятор–металл, состоящий из двух оппозитных полуколец с различными радиусами

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Xia Liu, Jinping Tian, Rongcao Yang Surface plasmon polariton based metal-insulator-metal filter including two face to face concentric semi-rings with different radius (Фильтр поверхностных плазмон-поляритонов на структуре металл–изолятор–металл, состоящий из двух оппозитных полуколец с различными радиусами) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 9. С. 13–18.

Xia Liu, Jinping Tian, Rongcao Yang Surface plasmon polariton based metal-insulator-metal filter including two face to face concentric semi-rings with different radius (Фильтр поверхностных плазмон-поляритонов на структуре металл–изолятор–металл, состоящий из двух оппозитных полуколец с различными радиусами) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2017. V. 84. № 9. P. 13–18.

Ссылка на англоязычную версию:

Xia Liu, Jinping Tian, and Rongcao Yang, "Surface plasmon polariton based metal-insulator-metal filter including two face-to-face concentric semi-rings with different radii," Journal of Optical Technology. 84(9), 588-592 (2017). https://doi.org/10.1364/JOT.84.000588

Аннотация:

Исследованы характеристики распространения возбужденных поверхностных плазмон-поляритонов в плазмонном фильтре при контролируемом изменении геометрических параметров волновода. Предлагаемый фильтр состоит из двух последовательных наноразмерных волноводов типа «металл–изолятор–металл» соединенных оппозитными, размещенными на верхней и нижней сторонах, концентрическими полукольцами с различными радиусами. Численный анализ показал, что длина волны, соответствующая «провалу» в спектре пропускания, сдвигается в длинноволновую сторону при увеличении радиуса полуколец, либо при увеличении показателя преломления изолятора. Поскольку возможность перестройки является важнейшей характеристикой фильтра, мы полагаем, что предложенная волноводная структура является перспективной для создания устройств нанофотоники.

Ключевые слова:

поверхностные плазмон-поляритоны, фильтр, спектр пропускания

Благодарность:

Работа выполнена при финансовой поддержке Национального фонда естественных наук Китая (грант № 61475198) и Исследовательского проекта, поддержаного советом по стипендиям провинции Шаньси (грант № 2011-002).

Коды OCIS: 240.6680, 230.0230, 250.3140

Список источников:

1. Barnes W.L., Dereux A., Ebbesen T.W. Surface plasmon subwavelength optics // Nature. 2003. V. 424(6950). P. 824–830.
2. Lezec H.J., Degiron A., Devaux E., Linke R.A., Martin-Moreno L., Garcia-Vidal F.J., Ebbesen T.W. Beaming light from a subwavelength aperture // Science. 2002. V. 297(5582). P. 820–822.
3. Pile D.F.P., Gramotnev D.K. Plasmonic subwavelength waveguides: Next to zero losses at sharp bends // Opt. Lett. 2005. V. 30(10). P. 1186–1188.
4. Leon I., Berini P. Amplification of long-range surface plasmons by a dipolar gain medium // Nat. Photon. 2010. V. 4(6). P. 382–387.
5. Lee T., Gray S. Subwavelength light bending by metal slit structures // Opt. Exp. 2005. V. 13(24). P. 9652–9659.
6. Veronis G., Fan S. Bends and splitters in metal-dielectric-metal subwavelength plasmonic waveguides // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 87(13). P. 131102.
7. Gao H., Shi H., Wang C., Du C., Luo X., Deng Q., Lv Y., Lin X., Yao H. Surface plasmon polariton propagation and combination in Y-shaped metallic channels // Opt. Exp. 2005. V. 13(26). P. 10795–10800.
8. Wang B., Wang G.P. Surface plasmon polariton propagation in nanoscale metal gap waveguides // Opt. Lett. 2004. V. 29(17). P. 1992–1994.
9. Nikolajsen T., Leosson K., Bozhevolnyia S.I. Surface plasmon polariton based modulators and switches operating at telecom wavelengths // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 85(24). P. 5833–5835.
10. Zhao H., Guang X., Huang J. Novel optical directional coupler based on surface plasmon polaritons // Physica E. 2008. V. 40(10). P. 3025–3029.
11. Dilbacher H., Krenn J.R., Schider G., Leitner A., Aussenegg F.R. Two-dimensional optics with surface plasmon polaritons // App. Phys. Lett. 2002. V. 81(10). P. 1762–1764.
12. Bozhevolnyi S.I., Erland J., Leosson K., Skovgaard P.M.W., Hvanm J.M. Waveguiding in surface plasmon polariton band gap structures // Phys. Rev. Lett. 2011. V. 86(14). P. 3008–3011.
13. Lin X.S., Huang X.G. Tooth-shaped plasmonic waveguide filters with nanometric sizes // Opt. Lett. 2008. V. 33(23). P. 2874–2876.
14. Zhang Z.Y., Wang J.D., Zhao Y.N., LuD., Xiong Z.H. Numerical investigation of a branch-shaped filter based on metalinsulator-metal waveguide // Plasmonics. 2011. V. 6(4). P. 773–778.
15. Chen P.X., Liang R.S., Huang Q.D., Yu Z., Xu X.K. Plasmonic filters and optical directional couplers based on wide metal-insulator-metal structure // Opt. Exp. 2011. V. 19(8). P. 7633–7639.
16. Hwang Y., Kim J.E., Park H.Y., Kee C.S. Plasmonic stop band formation in a metal-insulator-metal ring with a narrow gap // J. Optics. 2011. V. 13(7). P. 075006.
17. Yun B.F., Hu G. H., Cui Y.P. Theoretical analysis of a nanoscale plasmonic filter based on a rectangular metal-insulatormetal waveguide // J. Physics D: Appl. Phys. 2010. V. 43(38) P. 385102.
18. Zand I., Mahigir A., Pakizeh T., Abrishamian M.S. Selective-mode optical nanofilters based on plasmonic complementary split-ring resonators // Opt. Exp. 2012. V. 20(7). P. 7516–7525.

19. Zand I., Abrishamian M.S., Berini P. Highly tunable nanoscale metal-insulator-metal split ring core ring resonators (SRCRRs) // Opt. Exp. 2013. V. 21(1). P. 79–86.
20. Lin X. S., Huang X. G. Tooth-shaped plasmonic waveguide filters with nanometric sizes // Opt. Lett. 2008. V. 33(23). P. 2874–2876.
21. Tao J., Huang X.G., Lin X., Zhang Q., Jin X. A narrowband subwavelength plasmonic waveguide filter with asymmetrical multiple-teeth-shaped structure // Opt. Exp. 2009. V. 17(16). P. 13989–13994.
22. Pannipitiya A., Rukhlenko I.D., Premaratne M., Hattori H.T. Agrawal G.P. Improved transmission model for metaldielectric-metal plasmonic waveguides with stub structure // Opt. Exp. 2010. V. 18(6). P. 6191–6204.
23. Luo X., Zou X.H., Li X.F, Zhou Z., Pan W., Yan L.S., Wen K.H. High-uniformity multichannel plasmonic filter using linearly lengthened insulators in metal–insulator–metal waveguide // Opt. Lett. 2013. V. 38(9). P. 1585–1587.
24. Wen K.H., Yan L.S., Pan W., Luo B., Guo Z., Guo Y.H., Luo X.G. Design of plasmonic comb-like filters using loop-based resonators // Plasmonics. 2013. V. 8(2). P. 1017–1022.
25. Lu H., Liu X.M., Mao D., Wang L.R., Gong Y.K. Tunable band-pass plasmonic waveguide filters with nanodisk resonators // Opt. Exp. 2010. V. 18(17). P. 17922–17927.
26. Rezaei M., Miri M., Khavasi A., Mehrany K., Rashidian B. An efficient circuit model for the analysis and design of rectangular plasmonic resonators // Plasmonics. 2012. V. 7(2). P. 245–252.
27. Yun B.F., Hu G.H., Cui Y.P. Resonant mode analysis of the nanoscale surface plasmon polariton waveguide filter with rectangle cavity // Plasmonics. 2013. V. 8(2). P.267–275.
28. Wu T.S., Liu Y.M., Yu Z.Y., Peng Y.W., Shu C.G., Ye H. The sensing characteristics of plasmonic waveguide with a ring resonator // Opt. Exp. 2014. V. 22(7). P. 7669–7677.
29. Wang T.B., Wen X.W., Yin C.P., Wang H.Z. The transmission characteristics of surface plasmon polaritons in ring resonator // Opt. Exp. 2009. V. 17(26). P. 24096–24101.
30. Johnson P.B., Christy R.W. Optical constants of the noble metals // Phys. Rev. B. 1972. V. 6(12). P. 4370–4379.
31. Dionne J.A., Sweatlock L.A., Atwater H.A., Polman A. Plasmon slot waveguides: Towards chip-scale propagation with subwavelength-scale localization // Phys. Rev. B. 2006. V. 73(3). P. 035407.
32. Wang B., Wang G.P. Plasmon Bragg reflectors and nanocavities on flat metallic surfaces // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 87(1). P. 013107.