УДК: 53.082.539, 535.14

Возбуждение поверхностных плазмонов терагерцового диапазона методом нарушенного полного внутреннего отражения через подложку

Герасимов В.В., Жижин Г.Н., Князев Б.А., Никитин А.К.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Герасимов В.В., Жижин Г.Н., Князев Б.А., Никитин А.К. Возбуждение поверхностных плазмонов терагерцового диапазона методом нарушенного полного внутреннего отражения через подложку // Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 8. С. 3–7.

Gerasimov V.V., Zhizhin G.N., Knyazev B.A., Nikitin A.K. The excitation of terahertz-range surface plasmons by frustrated total internal reflection through the substrate [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2010. V. 77. № 8. P. 3–7.

Ссылка на англоязычную версию:

V. V. Gerasimov, G. N. Zhizhin, A. K. Nikitin, and B. A. Knyazev, "The excitation of terahertz-range surface plasmons by frustrated total internal reflection through the substrate," Journal of Optical Technology. 77(8), 465-468 (2010). https://doi.org/10.1364/JOT.77.000465

Аннотация:

Предложен и апробирован способ возбуждения поверхностных плазмонов терагерцового диапазона по схеме Кречманна метода нарушенного полного внутреннего отражения. Основная идея способа состоит в изготовлении освещаемой части металлического слоя прозрачной и имеющей плавно увеличивающуюся в направлении распространения излучения толщину. Способ позволяет возбуждать поверхностные плазмоны терагерцового диапазона без одновременной генерации падающим излучением их паразитных дифракционных сателлитов. Применение способа в методе терагерцовой поверхностно-плазмонной спектроскопии и плазмонных сенсорных устройствах обеспечит повышение соотношения сигнал/шум. Эксперименты по апробации способа выполнены на золоте с использованием излучения новосибирского лазера на свободных электронах.

Ключевые слова:

поверхностные плазмоны, терагерцовое излучение, нарушенное полное внутреннее отражение, лазер на свободных электронах

Благодарность:

Работа выполнена в рамках гос. контракта № П1132 ФЦП “Научные и научно-педагогические кадры инновационной России” и Интеграционного гранта СО РАН № 89. Авторы благодарят Н.А. Винокурова, Г.Н. Кулипанова и М.А. Щеглова за поддержку работы и операторов ЛСЭ М.Г. Власенко, Я.В. Гетманова, Т.В. Саликову и О.А. Шевченко, обеспечивших выполнение экспериментов.

Коды OCIS: 240.6690, 240.6680, 300.6495

Список источников:

1. Поверхностные поляритоны. Поверхностные электромагнитные волны на границах сред / Под ред. Аграновича В.М. и Миллса Д.Л. М.: Наука, 1985. 525 с.
2. Siegel P.H. Terahertz technology // IEEE Trans. Microwave Theory & Techniques. 2002. V. 50. № 3. Р. 910–955.
3. Schlesinger Z., Webb B.C., Sievers A.J. Attenuation and coupling of far infrared surface plasmons // Sol. St. Comm. 1981. V. 39. P. 1035–1039.
4. Klopfleisch M., Schellenberger U. Experimental determination of the attenuation coefficient of surface electromagnetic waves // J. Appl. Phys. 1991. V. 70. № 2. Р. 930–934.
5. Koteles E.S., McNeill W.H. Far infrared surface plasmon propagation // Intern. J. Infrared and Millimeter Waves. 1981. V. 2. № 2. Р. 361–371.
6. Zhizhin G.N., Yakovlev V.A. Broad-band spectroscopy of surface electromagnetic waves // Phys. Reports. 1990. V. 194. № 5/6. Р. 281–289.
7. Jeon T.-I., Grischkowsky D. THz Zenneck surface wave (THz surface plasmon) propagation on a metal sheet // Appl. Phys. Letters. 2006. V. 88. Art. 061113.
8. Жижин Г.Н., Никитин А.К., Никитин П.А. Способ разделения совмещенных поверхностной и объемной электромагнитных волн терагерцового диапазона // Патент России № 2352969. 2009.
9. Bogomolov G.D., Zhizhin G.N., Nikitin А.К., Knyazev B.A. Geodesic elements to control terahertz surface plasmons // Nuclear Instrum. & Methods in Phys. Research (A). 2009. V. 603. № 1/2. Р. 52–55.
10. Okada Т., Nagai М., Tanaka К. Resonant phase jump with enhanced electric field caused by surface phonon polariton in terahertz region // Optics Express. 2008. V. 16. № 8. Р. 5633–5641.
11. Ханспенджер Р. Интегральная оптика. Теория и технология. М.: Мир, 1985. 379 c.
12. Kretschmann E. Die Bestimmung optischer Konstanten von Metallen durch Anregung von Oberflachenplasmaschwingugen //Zeitschrift fűr Physic. 1971. Bd. 241. № 4. S. 313–324.
13. Zhizhin G.N., Nikitin А.К., Bogomolov G.D., Zavyalov V.V., Jeong Y.U., Lee B.C., Park S.H., Cha H.J. Absorption of surface plasmons in “metal-cladding layer-air” structure at terahertz frequencies // Infrared Physics & Techn. 2006. V. 49. № 1–2. Р. 108–112.
14. Ordal M.A., Bell R.J., Alexander R.W., Long L.L., Querry M.R. Optical properties of fourteen metals in the infrared and far infrared: Al, Co, Cu, Au, Fe, Pb, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti, and W // Appl. Opt. 1985. V. 24. № 24. Р. 4493–4499.
15. Kulipanov G.N., Gavrilov N.G., Knyazev B.A., Kolobanov E.I., Kotenkov V.V., Kubarev V.V., Matveenko A.N., Medvedev L.E., Miginsky S.V., Mironenko L.A., Ovchar V.K., Popik V.M., Salikova T.V., Scheglov M.A., Serednyakov S.S., Shevchenko O.A., Skrinsky A.N., Tcheskidov V.G., Vinokurov N.A., Demyanenko M.A., Esaev D.G., Naumova E.V., Prinz V.Y., Fedin V.P., Gonchar A.M., Peltek S.E., Petrov A.K., Merzhievsky L.A., Cherkassky V.S. Research highlights from Novosibirsk 400-W average power THz FEL // Terahertz Sci. and Techn. 2008. V. 1. № 2. 19 p. http://www.thznetwork.org.cn/Journal/index.asp.