Full text of article: Russian language.

Abstract:
Derivation of the integral representation of the electromagnetic field at the interface between two media as the angular spectrum of surface plasmons is considered. Design of the diffraction structures to transform and focus surface plasmons is presented. The design is based on a phase modulation of the surface plasmon provided by the dielectric block deposited on the interface. The modulation can be realized by changing height or width of the dielectric block. As an example, design of diffractive elements for focusing surface plasmons is considered.

Key words:
surface plasmon, Maxwell equations, dispersion relation, diffraction, angular spectrum, Kirchhoff integral.

References:

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. Zverev, V.A. Radiooptics / V.A. Zverev — Moscow: Soviet radio, 1975. — 304 pp. — (in Russian).
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. Azarov, A.A. Phase optical elements with arbitrary given directivity diagram / A.A. Azarov, I.D. Bagbaya, A.E. Berezny, I.N. Sisakian, V.A. Soifer // Computer Optics. — 1987. — № 1. — С. 116–128. — ISSN 0134-2452. — (in Russian).
19. Golub, M.A. Formation of reference wavefronts by means of computer optics elements / M.A. Golub, N.L. Kazanskiy, I.N. Sisakian, V.A. Soifer // Computer Optics. — 1990. — № 7. — P. 3–25. — ISSN 0134-2452. — (in Russian).
20. Golub, M.A. Modans — new elements of computer optics / M.A. Golub, I.N. Sisakian, V.A. Soifer // Computer Optics. — 1990. — № 8. — P. 3–64. — ISSN 0134-2452. — (in Russian).
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) 332-56-22, факс: +7 (846 2) 332-56-20