Брэгговские решётки с подавлением паразитного рассеяния для поверхностных плазмон-поляритонов
Кадомина Е.А., Безус Е.А., Досколович Л.Л.

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, 443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34,

ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, 443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151

Аннотация:
В работе на основе численного моделирования методом связанных волн исследованы рабочие характеристики (энергетическая эффективность и потери на рассеяние и поглощение) диэлектрических брэгговских решёток для поверхностных плазмонных поляритонов (ППП). Показано, что основной причиной снижения эффективности брэгговских отражателей является паразитное рассеяние поверхностных плазмон-поляритонов на ступеньках решётки. В качестве эффективных способов уменьшения рассеяния предложено увеличение периода решётки при постоянном аспектном отношении, а также использование двухслойной конфигурации ступенек решётки. Показано, что применение этих двух подходов позволяет увеличить эффективность брэгговской решётки на 15–35 %. Результаты работы могут найти применение при создании эффективных элементов плазмонной оптики.

Ключевые слова:
поверхностный плазмон-поляритон, брэгговская решётка, подавление рассеяния, плазмоника, нанофотоника.

Цитирование:
Кадомина, Е.А.
Брэгговские решётки с подавлением паразитного рассеяния для поверхностных плазмон-поляритонов / Е.А. Кадомина, Е.А. Безус, Л.Л. Досколович // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 5. – С. 800-806. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-5-800-806.

Литература:

  1. Ma, R.-M.Plasmon lasers: coherent light source at molecular scales / R.-M. Ma, R.F. Oulton, V.J. Sorger, X. Zhang // Laser & Photonics Reviews. – 2013. – Vol. 7, Issue 1. – P. 1-21. – DOI: 10.1002/lpor.201100040.
  2. Xie, Z.Plasmonic nanolithography: A review / Z. Xie, W. Yu, T. Wang, H. Zhang, Y. Fu, H. Liu, F. Li, Z. Lu, Q. Sun // Plasmonics. – 2011. – Vol. 6. – P. 565-580. – DOI: 10.1007/s11468-011-9237-0.
  3. Atwater, H.A.Plasmonics for improved photovoltaic devices / H.A. Atwater, A. Polman // Nature Materials. – 2010. – Vol. 9. – P. 205-213. – DOI: 10.1038/nmat2629.
  4. Griesing, S.Refractive and reflective behavior of polymer prisms used for surface plasmon guidance / S. Griesing, A. Englisch, U. Hartmann // Optics Letters. – 2008. – Vol. 33, Issue 6. – P. 575-577. – DOI: 10.1364/OL.33.000575.
  5. Hohenau, A.Dielectric optical elements for surface plasmons / A. Hohenau, J.R. Krenn, A.L. Stepanov, A. Drezet, H. Ditlbacher, B. Steinberger, A. Leitner, F.R. Aussenegg // Optics Letters. – 2005. – Vol. 30, Issue 8. – P. 893-895. – DOI: 10.1364/OL.30.000893.
  6. Holmgaard, T.Bend- and splitting loss of dielectric-loaded surface plasmon-polariton waveguides / T. Holmgaard, Z. Chen, S.I. Bozhevolnyi, L. Markey, A. Dereux, A.V. Krasavin, A.V. Zayats // Optics Express. – 2008. – Vol. 16, Issue 18. – P. 13585-13592. – DOI: 10.1364/OE.16.013585.
  7. Bezus, EA. Near-wavelength diffraction gratings for surface plasmon polaritons / E.A. Bezus, L.L. Doskolovich, V.A. Soifer // Optics Letters. – 2015. – Vol. 40, Issue 21. – P. 4935-4938. – DOI: 10.1364/OL.40.004935.
  8. González, M.U. Analysis of the angular acceptance of surface plasmon Bragg mirrors / M.U. González, A.L. Stepanov, J.C. Weeber, A. Hohenau, A. Dereux, R. Quidant, J.R. Krenn // Optics Letters. – 2007. – Vol. 32, Issue 18. – P. 2704-2706. – DOI: 10.1364/OL.32.002704.
  9. Elser, J. Scattering-free plasmonic optics with anisotropic metamaterials / J. Elser, V.A. Podolskiy // Physical Review Letters. – 2008. – Vol. 100, Issue 6. – 066402. – DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.066402.
  10. Bezus, EA. Scattering suppression in plasmonic optics using a simple two-layer dielectric structure / E.A. Bezus, L.L. Doskolovich, N.L. Kazanskiy// Applied Physics Letters. – 2011. – Vol. 98, Issue 22. – P. 221108. – DOI: 10.1063/1.3597620.
  11. Bezus, EA. Low-scattering surface plasmon refraction with isotropic materials / E.A.  Bezus, L.L. Doskolovich, N.L. Kazanskiy // Optics Express. – 2014. – Vol 22, Issue 11. – P. 13547-13554. – DOI: 10.1364/OE.22.013547.
  12. Avrutsky, I. Sub-wavelength plasmonic modes in a conductor-gap-dielectric system with a nanoscale gap / I. Avrutsky, R. Soref, W. Buchwald // Optics Express. –2010. – Vol. 18, Issue 1. – P. 348-363. – DOI; 10.1364/OE.18.000348.
  13. Sannikov, DG. The surface mode of a dielectric waveguide with metal substrate / D.G. Sannikov, D.I. Sementsov // Technical Physics Letters. – 2003. – Vol. 29, Issue 5. – P. 353-356. – DOI: 10.1134/1.1579792.
  14. Randhawa, S. Design and properties of dielectric surface plasmon Bragg mirrors / S. Randhawa, M.U. González, J. Renger, S. Enoch, R. Quidant // Optics Express. – 2010. – Vol. 18, Issue 14. – P. 14496-14510. – DOI: 10.1364/OE.18.014496.
  15. Moharam, MG. Stable implementation of the rigorous coupled-wave analysis for surface-relief gratings: enhanced transmittance matrix approach / M.G. Moharam, D.A. Pommet, E.B. Grann, T.K. Gaylord // Journal of the Optical Society of America A. – 1995. – Vol. 12, Issue 5. – P. 1077-1086. – DOI: 10.1364/JOSAA.12.001077.
  16. Silberstein, E. Use of grating theories in integrated optics / E. Silberstein, P. Lalanne, J.P. Hugonin, Q. Cao // Journal of the Optical Society of America A. – 2001. – Vol. 18, Issue 11. – P. 2865-2875. – DOI: 10.1364/JOSAA.18.002865.
  17. Doskolovich, L.L. Nanoscale photolithography by means of surface plasmon interference / L.L. Doskolovich, E.A. Kadomina, I.I. Kadomin // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. – 2007. – Vol. 9, No 10. – P. 854-857. – DOI: 10.1088/1464-4258/9/10/013.
  18. Bezus, E.A. Diffraction gratings for generating varying-period interference patterns of surface plasmons / E.A. Bezus, D.A. Bykov, L.L. Doskolovich, I.I. Kadomin // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. – 2008. – Vol. 10, No 9. – 095204 (5pp). – DOI: 10.1088/1464-4258/10/9/095204.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20