Расчет дифракционных структур для фокусировки поверхностных электромагнитных волн

Безус Е.А., Досколович Л.Л., Казанский Н.Л., Сойфер В.А., Харитонов С.И., Пицци М., Перло П.

Аннотация:
Приведен вывод интегрального представления электромагнитного поля на границе раздела двух сред через угловой спектр поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ). Рассмотрен метод расчета дифракционных структур для преобразования и фокусировки ПЭВ. Метод основан на использовании фазовой модуляции ПЭВ, возникающей при прохождении волны через диэлектрическую ступеньку, расположенную непосредственно на поверхности распространения ПЭВ. Заданная фазовая модуляция осуществляется как за счет изменения высоты ступеньки над поверхностью при фиксированной длине, так и за счет изменения длины ступеньки при фиксированной высоте. В качестве примера проведен расчет «линз» ПЭВ.

Ключевые слова:
поверхностная электромагнитная волна, уравнения Максвелла, дисперсионное уравнение, дифракция, угловой спектр, интеграл Кирхгофа.

Литература:

  1. Barnes, W.L. Surface plasmon subwavelength optics / W.L. Barnes, A. Dereux, T.W. Ebbesen // Nature. -2003. -Vol. 424. -P. 824-830.
  2. Berini, P. Long-range surface plasmons on ultrathin membranes / P. Berini, R. Charbonneau, N. Lahoud // Nano Lett. -2007. -Vol. 7. -P. 1376-1380.
  3. Lee, I.-M. Dispersion characteristics of channel plasmon polariton waveguides with step-trench-type grooves / I.-M. Lee, J. Jung, J. Park, H. Kim, B. Lee // Opt. Express. -2007. -Vol. 15. -P. 16596-16603.
  4. Hohenau, A. Dielectric optical elements for surface plasmons / A. Hohenau, [and other] // Optics Letters. -2005. -Vol. 30(8). -P. 893-895.
  5. Radko, I.P. Surface plasmon polariton beam focusing with parabolic nanoparticle chains / I.P. Radko, S.I. Bozhevolnyi // Opt. Express. -2007. -Vol. 15(11). -P. 6576-6582.
  6. Fan, X. Nanoscale metal waveguide arrays as plasmon lenses / X. Fan, G.P. Wang // Optics Letters. -2006. -Vol. 31(9). -P. 1332-1335.
  7. Feng, L. Fourier plasmonics: Diffractive focusing of in-plane surface plasmon polariton waves / L. Feng, K.A. Tetz, B. Slutsky, V. Lomakin, Y. Fainman // Applied Physics Letters. -2007. -Vol. 91. -P. 081101.
  8. Steele, J.M. Resonant and non-resonant generation and focusing of surface plasmons with circular gratings / J.M. Steele, Z. Liu , Y. Wang, X. Zhang // Opt. Express. -2006. -Vol. 14(12). -P. 5664-5670.
  9. Yanai, A. Plasmonic focusing with a coaxial structure illuminated by radially polarized light / A. Yanai, U. Levy // Opt. Express. -2009. -Vol. 17(2). -P. 924-932.
  10. Kim, H. Focusing properties of surface plasmon polariton floating dielectric lenses / H. Kim, J. Hahn, B. Lee // Opt. Express. -2008. -Vol. 16(5). -P. 3049-3057.
  11. Zia, R. Surface plasmon polariton analogue to young’s double-slit experiment / R. Zia, M.L. Brongersma // Nature Nanotechnology. -2007. -Vol. 2(7). -P. 426-429.
  12. Goodman, J.W. Introduction to Fourier Optics, 2nd ed. / J.W. Goodman -New York: McGraw-Hill, 1996. -441 pp.
  13. Зверев, В.А. Радиооптика / В.А.Зверев -М.: Советское радио, 1975. -304 с.
  14. Li, L. Use of Fourier series in the analysis of discontinuous periodic structures / L. Li. // J. Opt. Soc. Am. A. -1996. -Vol. 13(9). -P. 1870-1876.
  15. Silberstein, E. Use of grating theories in integrated optics / E. Silberstein, P. Lalanne, J. Hugonin, Q. Cao // J. Opt. Soc. Am. A. -2001. -Vol. 18(11). -P. 2865-2875.
  16. Moharam, M. Stable implementation of the rigorous coupled-wave analysis for surface-relief gratings: enhanced transmittance matrix approach / M. Moharam, D. Pommet, E. Grann, T.K. Gaylord // J. Opt. Soc. Am. A. -1995. -Vol. 12(5). -P. 1077-1086.
  17. Handbook of mathematical functions with formulas, graphs and mathematical tables (Tenth Printing) / edited by M. Abramowitz and I.A. Stegun -Washington: National Bureau of Standards, 1972. -1076 pp.
  18. Азаров, А.А. Фазовые оптические элементы с произвольной заданной диаграммой направленности / А.А. Азаров, И.Д. Багбая, А.Е. Березный, И.Н. Сисакян, В.А. Сойфер // Компьютерная оптика. -1987. -№ 1. -С. 116-128. -ISSN 0134-2452.
  19. Голуб, М.А. Формирование эталонных волновых фронтов элементами компьютерной оптики / М.А. Голуб, Н.Л. Казанский, И.Н. Сисакян, В.А. Сойфер // Компьютерная оптика. -1990. -№ 7. -С. 3-25. -ISSN 0134-2452.
  20. Голуб, М.А. Моданы -новые элементы компьютерной оптики / М.А. Голуб, И.Н. Сисакян, В.А Сойфер // Компьютерная оптика. -1990. -№ 8. -С. 3-64. -ISSN 0134-2452.
  21. Soifer, V. Iterative Methods for Diffractive Optical Ele-ments Computation / V. Soifer, V. Kotlyar, L Doskolovich -London, Taylor&Francis Ltd., 1997. -244 pp.
  22. Methods for Computer Design of Diffractive Optical Elements / edited by V.A. Soifer -New York, John Wiley & Sons, Inc, 2002. -765 pp.
  23. Berenger, J.P. A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves / J.P. Berenger // J. of Com­putational Physics. -1994. -Vol. 114(2). -P. 185-200.
  24. Barnes, W.L. Surface plasmon-polariton length scales: a route to sub-wavelength optics / W.L. Barnes // J. Opt. A.: Pure Appl. Opt. -2006. -Vol. 8. -P. 87-93.

© 2009, ИСОИ РАН
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846 2) 332-56-22, факс: +7 (846 2) 332-56-20