Анализ распространения импульса через многослойные плазмонные волноводы в области квазисвязанных мод

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

S. Golmohammadi, S. Ghandi-Parsi Analysis of pulse propagation through multilayer plasmonic waveguides in the quasi-bound mode region (Анализ распространения импульса через многослойные плазмонные волноводы в области квазисвязанных мод) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 9. С. 19–27.

S. Golmohammadi, S. Ghandi-Parsi Analysis of pulse propagation through multilayer plasmonic waveguides in the quasi-bound mode region (Анализ распространения импульса через многослойные плазмонные волноводы в области квазисвязанных мод) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2016. V. 83. № 9. P. 19–27.

Ссылка на англоязычную версию:

S. Golmohammadi and S. Ghandi-Parsi, "Analysis of pulse propagation through multilayer plasmonic waveguides in the quasi-bound mode region," Journal of Optical Technology. 83(9), 525-531 (2016). https://doi.org/10.1364/JOT.83.000525

Аннотация:

Представлены результаты численного анализа дисперсии поверхностных плазмонов и их нелинейного распространения по различным гладким волноводам, образованным поглощающими пленками благородных металлов. Выполнен также анализ эффективных параметров, которые могут повлиять на поведение дисперсии в тонких диэлектрических плоскостных волноводах, размещенных между симметричными металлическими пленками. Использовались Ag, Au и Cu, значения констант при расчетах брались по Джонсону–Кристи. В качестве изолирующих материалов в волноводах типа “металл-диэлектрик-металл” использовались четыре диэлектрических материала (воздух, тефлон, FR-4 и кремний). Численно исследован вид дисперсионных кривых волноводов “металл-диэлектрик-металл”. Определены дисперсионные длины и уширения импульсов для распространения гауссовой чирпированной волны через трехслойные плазмонные волноводы подгонкой дисперсионных кривых с помощью многочленов. Проведено сравнение трехслойных плазмонных волноводов с различными гидирующими слоями. Показано, что гауссовы волны диспергируют и уширяются на больших дистанциях у волноводов, в которых дисперсионные кривые имеют большие пики и ширину квазисвязанных мод. Полученные результаты могут быть полезны для конструирования оптических переключателей и линий задержки.

Ключевые слова:

поверхностные плазмоны, квазисвязанные моды, дисперсионные кривые, пленки металлов

Коды OCIS: 240.6680, 030.4070, 260.2030, 160.3900

Список источников:

1. Tamir T., Burke J.J., and Stegeman G.I. Surface polariton-like waves guided in thin, lossy metal films // Phys. Rev. B. 1986. V. 33. P. 5186–5201.
2. Dionne J.A., Sweatlock L.A., Atwater H. A., and Polman A. Planar metal and loss beyond the free electron model // Phys. Rev. B. 2005. V. 72 P. 075405(11).
3. Weeber J.C., Krenn J.R., Dereux A., Lamprecht B., Lacroute Y., Goudonnet J.P. Near-field observation of surface plasmon polariton propagation on thin metal stripes // Phys. Rev. B. 2001. V. 64. P. 045411.
4. Silly F., Gusev A.O., Taleb A., Charra F., and Pileni M.-P. Direct observation of the coupled plasmon modes in an ordered hexagonal monolayer of metal nanoparticles // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 84. P. 5840.
5. Dawson P., de Fornel F., and Goudonnet J.P. Imaging of surface plasmon using a photon scanning tunneling microscope // Phys. Rev. Lett. 1994. V. 72. P. 2927.
6. Zayats A.V. and Smolyaninov I.I. Near-field photonics: Surface plasmon polaritons and localised surface plasmons // J. Opt. A: Pure and Appl. Opt. 2003. V. 5. P. S16–S50.
7. Pettit R.B., Silcox J., and Vincent R. Measurement of surface-plasmon dispersion in oxidized aluminum films // Phys. Rev. B. 1975. V. 11. P. 3116.
8. Vincent R. and Silcox J. Dispersion of radiative surface plasmons in aluminum films by electron scattering // Phys. Rev. Lett. 1973. V. 31. P. 1487.
9. Velinov T., Somekh M.G., and Liu S. Direct far-field observation of surface-plasmon propagation by photoinduced scattering // Appl. Phys. Lett. 1999. V. 75. P. 3908.
10. Ritchie R.H. Plasma losses by fast electrons in thin films // Phys. Rev. 1957. V. 106. P. 874.
11. Kliewer K.L. and Fuchs R. Collective electronic motion in a metallic slab // Phys. Rev. 1967. V. 153. P. 498.
12. Mott N.F. and Jones H. The Properties of Metals and Alloys. Clarendon, 1963.
13. Roberts S. Optical properties of copper // Phys. Rev. 1960. V. 118. P. 1509.
14. Johnson P.B. and Christy R.W. Optical constants of the noble metals // Phys. Rev. B. 1972. V. 6. P. 4370.
15. Nestell J.E. and Christy R.W. Derivation of optical constants of metals from thin-film measurements at oblique incidence // Appl. Opt. 1972. V. 11. P. 643.
16. Nestell J.E. and Christy R.W. Addendum to: Optics of thin metal films // Am. J. Phys. 1971. V. 39. P. 313.
17. Holland L. Vaccum Deposition of Thin Films. Chapman and Hall, 1966.
18. Raether H. Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Gratings. Springer, 1988.
19. Kliewer K.L. and Fuchs R. Optical modes of vibration in an ionic crystal slab // Phys. Rev. 1965. V. 140. P. A2076.
20. Kliewer K.L. and Fuchs R. Optical modes of vibration in an ionic crystal slab including retardation. I. Nonradiative region // Phys. Rev. 1966. V. 144. P. 495.
21. Kliewer K.L. and Fuchs R. Optical modes of vibration in an ionic crystal slab including retardation. II. Radiative region // Phys. Rev. 1966. V. 150. P. 573.
22. Nelder J.A. and Mead R. A simplex method for function minimization // Comput. J. 1965. V. 7. P. 308.
23. Agrawal G.P. Nonlinear Fiber Optics. Academic Press, 2013.
24. Stolen R.H., Bjorkholm J.E., and Ashkin A. Phase matched three-wave mixing in silica fiber optical waveguides // Appl. Phys. Lett. 1974. V. 24. P. 308.