Abstract

We present a design for tunable directional beaming through a subwavelength metallic double slit surrounded by dielectric surface-relief gratings. On-axis and off-axis beaming can be switched by controlling the incident angle to asymmetrically excite surface plasmon polaritons (SPPs) that are subsequently coupled out to propagating beams by the two gratings on the left and the right sides of the double slit. Furthermore, the division of optical power into two off-axis beaming directions can be tuned smoothly by varying the incident angle while keeping the total power almost unchanged. The mechanism of this effect is analyzed theoretically and verified using rigorous numerical simulations.

© 2012 Chinese Optics Letters

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. G. Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).
  2. L. M. Moreno, F. J. G. Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T.W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
  3. N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pfl¨ugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nature Photon. 2, 564 (2008).
  4. N. Yu, Q. J. Wang, M. A. Kats, J. A. Fan, S. P. Khanna, L. Li, A. G. Davies, E. H. Linfield, and F. Capasso, Nature Mater. 9, 730 (2010).
  5. D. Choi, I. M. Lee, J. Jung, J. Park, J. H. Han, and B. Lee, J. Lightwave Technol. 27, 5675 (2009).
  6. D. Z. Lin, C. K. Chang, Y. C. Chen, D. L. Yang, M. W. Lin, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. H. Kuan, C. S. Yeh, and C. K Lee, Opt. Express 14, 3503 (2006).
  7. S. Kim, H. Kim, Y. Lim, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 90, 051113 (2007).
  8. H. Kim, J. Park, and B. Lee, Opt. Lett. 34, 2569 (2009).
  9. Y. Cheng, J. Y. Xu, and X. J. Liu, Appl. Phys. Lett. 96, 071910 (2010).
  10. D. C. Adams, S. Thongrattanasiri, T. Ribaudo, V. A. Podolskiy, and D. Wasserman, Appl. Phys. Lett. 96, 201112 (2010).
  11. W. Dai and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 82, 045427 (2010).
  12. D. Zhao, Z. Liu, C. Qiu, Z. He, F. Cai, and M. Ke, Phys. Rev. B 76, 144301 (2007).
  13. D. Z. Lin, T. D. Cheng, C. K. Chang, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. S. Yeh, and C. K. Lee, Opt. Express 15, 2585 (2007).
  14. Z. Liu, J. M. Steele, W. Srituravanich, Y. Pikus, C. Sun, and X. Zhang, Nano Lett. 5, 1726 (2005).
  15. H. Kim and B. Lee, Plasmonics 4, 153 (2009).
  16. X. Li, Q. Tan, B. Bai, and G. Jin, Appl. Phys. Lett. 98, 251109 (2011).
  17. P. Lalanne, J. P. Hugonin, and J. C. Rodier, J. Opt. Soc. Am. A 23, 1608 (2006).
  18. S. Kim, Y. Lim, H. Kim, J. Park, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 92, 013103 (2008).
  19. L. Li, J. Opt. Soc. Am. A 14, 2758 (1997).
  20. X. Li, Q. Tan, B. Bai, and G. Jin, J. Opt. 12, 085001 (2010).
  21. E. D. Palik, Handbook of Optical Constants of Solids (Academic Press, Washington D. C., 1997).
  22. S. Kim, Y. Lim, J. Park, and B. Lee, J. Lightwave Technol. 28, 2023 (2010).

2011 (1)

X. Li, Q. Tan, B. Bai, and G. Jin, Appl. Phys. Lett. 98, 251109 (2011).

2010 (6)

X. Li, Q. Tan, B. Bai, and G. Jin, J. Opt. 12, 085001 (2010).

N. Yu, Q. J. Wang, M. A. Kats, J. A. Fan, S. P. Khanna, L. Li, A. G. Davies, E. H. Linfield, and F. Capasso, Nature Mater. 9, 730 (2010).

Y. Cheng, J. Y. Xu, and X. J. Liu, Appl. Phys. Lett. 96, 071910 (2010).

D. C. Adams, S. Thongrattanasiri, T. Ribaudo, V. A. Podolskiy, and D. Wasserman, Appl. Phys. Lett. 96, 201112 (2010).

W. Dai and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 82, 045427 (2010).

S. Kim, Y. Lim, J. Park, and B. Lee, J. Lightwave Technol. 28, 2023 (2010).

2009 (3)

2008 (2)

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pfl¨ugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nature Photon. 2, 564 (2008).

S. Kim, Y. Lim, H. Kim, J. Park, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 92, 013103 (2008).

2007 (3)

D. Z. Lin, T. D. Cheng, C. K. Chang, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. S. Yeh, and C. K. Lee, Opt. Express 15, 2585 (2007).

S. Kim, H. Kim, Y. Lim, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 90, 051113 (2007).

D. Zhao, Z. Liu, C. Qiu, Z. He, F. Cai, and M. Ke, Phys. Rev. B 76, 144301 (2007).

2006 (2)

2005 (1)

Z. Liu, J. M. Steele, W. Srituravanich, Y. Pikus, C. Sun, and X. Zhang, Nano Lett. 5, 1726 (2005).

2003 (1)

L. M. Moreno, F. J. G. Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T.W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).

2002 (1)

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. G. Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).

1997 (1)

Adams, D. C.

D. C. Adams, S. Thongrattanasiri, T. Ribaudo, V. A. Podolskiy, and D. Wasserman, Appl. Phys. Lett. 96, 201112 (2010).

Bai, B.

X. Li, Q. Tan, B. Bai, and G. Jin, Appl. Phys. Lett. 98, 251109 (2011).

X. Li, Q. Tan, B. Bai, and G. Jin, J. Opt. 12, 085001 (2010).

Cai, F.

D. Zhao, Z. Liu, C. Qiu, Z. He, F. Cai, and M. Ke, Phys. Rev. B 76, 144301 (2007).

Capasso, F.

N. Yu, Q. J. Wang, M. A. Kats, J. A. Fan, S. P. Khanna, L. Li, A. G. Davies, E. H. Linfield, and F. Capasso, Nature Mater. 9, 730 (2010).

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pfl¨ugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nature Photon. 2, 564 (2008).

Chang, C. K.

Chen, Y. C.

Cheng, T. D.

Cheng, Y.

Y. Cheng, J. Y. Xu, and X. J. Liu, Appl. Phys. Lett. 96, 071910 (2010).

Choi, D.

Dai, W.

W. Dai and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 82, 045427 (2010).

Davies, A. G.

N. Yu, Q. J. Wang, M. A. Kats, J. A. Fan, S. P. Khanna, L. Li, A. G. Davies, E. H. Linfield, and F. Capasso, Nature Mater. 9, 730 (2010).

Degiron, A.

L. M. Moreno, F. J. G. Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T.W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. G. Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).

Devaux, E.

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. G. Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).

Diehl, L.

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pfl¨ugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nature Photon. 2, 564 (2008).

Ebbesen, T. W.

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. G. Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).

Ebbesen, T.W.

L. M. Moreno, F. J. G. Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T.W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).

Edamura, T.

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pfl¨ugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nature Photon. 2, 564 (2008).

Fan, J.

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pfl¨ugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nature Photon. 2, 564 (2008).

Fan, J. A.

N. Yu, Q. J. Wang, M. A. Kats, J. A. Fan, S. P. Khanna, L. Li, A. G. Davies, E. H. Linfield, and F. Capasso, Nature Mater. 9, 730 (2010).

Han, J. H.

He, Z.

D. Zhao, Z. Liu, C. Qiu, Z. He, F. Cai, and M. Ke, Phys. Rev. B 76, 144301 (2007).

Hugonin, J. P.

Jin, G.

X. Li, Q. Tan, B. Bai, and G. Jin, Appl. Phys. Lett. 98, 251109 (2011).

X. Li, Q. Tan, B. Bai, and G. Jin, J. Opt. 12, 085001 (2010).

Jung, J.

Kan, H.

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pfl¨ugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nature Photon. 2, 564 (2008).

Kats, M. A.

N. Yu, Q. J. Wang, M. A. Kats, J. A. Fan, S. P. Khanna, L. Li, A. G. Davies, E. H. Linfield, and F. Capasso, Nature Mater. 9, 730 (2010).

Ke, M.

D. Zhao, Z. Liu, C. Qiu, Z. He, F. Cai, and M. Ke, Phys. Rev. B 76, 144301 (2007).

Khanna, S. P.

N. Yu, Q. J. Wang, M. A. Kats, J. A. Fan, S. P. Khanna, L. Li, A. G. Davies, E. H. Linfield, and F. Capasso, Nature Mater. 9, 730 (2010).

Kim, H.

H. Kim and B. Lee, Plasmonics 4, 153 (2009).

H. Kim, J. Park, and B. Lee, Opt. Lett. 34, 2569 (2009).

S. Kim, Y. Lim, H. Kim, J. Park, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 92, 013103 (2008).

S. Kim, H. Kim, Y. Lim, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 90, 051113 (2007).

Kim, S.

S. Kim, Y. Lim, J. Park, and B. Lee, J. Lightwave Technol. 28, 2023 (2010).

S. Kim, Y. Lim, H. Kim, J. Park, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 92, 013103 (2008).

S. Kim, H. Kim, Y. Lim, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 90, 051113 (2007).

Kuan, C. H.

Lalanne, P.

Lee, B.

S. Kim, Y. Lim, J. Park, and B. Lee, J. Lightwave Technol. 28, 2023 (2010).

D. Choi, I. M. Lee, J. Jung, J. Park, J. H. Han, and B. Lee, J. Lightwave Technol. 27, 5675 (2009).

H. Kim, J. Park, and B. Lee, Opt. Lett. 34, 2569 (2009).

H. Kim and B. Lee, Plasmonics 4, 153 (2009).

S. Kim, Y. Lim, H. Kim, J. Park, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 92, 013103 (2008).

S. Kim, H. Kim, Y. Lim, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 90, 051113 (2007).

Lee, C. K

Lee, C. K.

Lee, I. M.

Lezec, H. J.

L. M. Moreno, F. J. G. Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T.W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. G. Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).

Li, L.

N. Yu, Q. J. Wang, M. A. Kats, J. A. Fan, S. P. Khanna, L. Li, A. G. Davies, E. H. Linfield, and F. Capasso, Nature Mater. 9, 730 (2010).

L. Li, J. Opt. Soc. Am. A 14, 2758 (1997).

Li, X.

X. Li, Q. Tan, B. Bai, and G. Jin, Appl. Phys. Lett. 98, 251109 (2011).

X. Li, Q. Tan, B. Bai, and G. Jin, J. Opt. 12, 085001 (2010).

Lim, Y.

S. Kim, Y. Lim, J. Park, and B. Lee, J. Lightwave Technol. 28, 2023 (2010).

S. Kim, Y. Lim, H. Kim, J. Park, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 92, 013103 (2008).

S. Kim, H. Kim, Y. Lim, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 90, 051113 (2007).

Lin, D. Z.

Lin, M. W.

Linfield, E. H.

N. Yu, Q. J. Wang, M. A. Kats, J. A. Fan, S. P. Khanna, L. Li, A. G. Davies, E. H. Linfield, and F. Capasso, Nature Mater. 9, 730 (2010).

Linke, R. A.

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. G. Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).

Liu, J. M.

Liu, X. J.

Y. Cheng, J. Y. Xu, and X. J. Liu, Appl. Phys. Lett. 96, 071910 (2010).

Liu, Z.

D. Zhao, Z. Liu, C. Qiu, Z. He, F. Cai, and M. Ke, Phys. Rev. B 76, 144301 (2007).

Z. Liu, J. M. Steele, W. Srituravanich, Y. Pikus, C. Sun, and X. Zhang, Nano Lett. 5, 1726 (2005).

Martin-Moreno, L.

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. G. Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).

Moreno, L. M.

L. M. Moreno, F. J. G. Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T.W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).

Park, J.

Pfl¨ugl, C.

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pfl¨ugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nature Photon. 2, 564 (2008).

Pikus, Y.

Z. Liu, J. M. Steele, W. Srituravanich, Y. Pikus, C. Sun, and X. Zhang, Nano Lett. 5, 1726 (2005).

Podolskiy, V. A.

D. C. Adams, S. Thongrattanasiri, T. Ribaudo, V. A. Podolskiy, and D. Wasserman, Appl. Phys. Lett. 96, 201112 (2010).

Qiu, C.

D. Zhao, Z. Liu, C. Qiu, Z. He, F. Cai, and M. Ke, Phys. Rev. B 76, 144301 (2007).

Ribaudo, T.

D. C. Adams, S. Thongrattanasiri, T. Ribaudo, V. A. Podolskiy, and D. Wasserman, Appl. Phys. Lett. 96, 201112 (2010).

Rodier, J. C.

Soukoulis, C. M.

W. Dai and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 82, 045427 (2010).

Srituravanich, W.

Z. Liu, J. M. Steele, W. Srituravanich, Y. Pikus, C. Sun, and X. Zhang, Nano Lett. 5, 1726 (2005).

Steele, J. M.

Z. Liu, J. M. Steele, W. Srituravanich, Y. Pikus, C. Sun, and X. Zhang, Nano Lett. 5, 1726 (2005).

Sun, C.

Z. Liu, J. M. Steele, W. Srituravanich, Y. Pikus, C. Sun, and X. Zhang, Nano Lett. 5, 1726 (2005).

Tan, Q.

X. Li, Q. Tan, B. Bai, and G. Jin, Appl. Phys. Lett. 98, 251109 (2011).

X. Li, Q. Tan, B. Bai, and G. Jin, J. Opt. 12, 085001 (2010).

Thongrattanasiri, S.

D. C. Adams, S. Thongrattanasiri, T. Ribaudo, V. A. Podolskiy, and D. Wasserman, Appl. Phys. Lett. 96, 201112 (2010).

Vidal, F. J. G.

L. M. Moreno, F. J. G. Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T.W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. G. Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).

Wang, Q. J.

N. Yu, Q. J. Wang, M. A. Kats, J. A. Fan, S. P. Khanna, L. Li, A. G. Davies, E. H. Linfield, and F. Capasso, Nature Mater. 9, 730 (2010).

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pfl¨ugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nature Photon. 2, 564 (2008).

Wasserman, D.

D. C. Adams, S. Thongrattanasiri, T. Ribaudo, V. A. Podolskiy, and D. Wasserman, Appl. Phys. Lett. 96, 201112 (2010).

Xu, J. Y.

Y. Cheng, J. Y. Xu, and X. J. Liu, Appl. Phys. Lett. 96, 071910 (2010).

Yamanishi, M.

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pfl¨ugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nature Photon. 2, 564 (2008).

Yang, D. L.

Yeh, C. S.

Yeh, J. T.

Yu, N.

N. Yu, Q. J. Wang, M. A. Kats, J. A. Fan, S. P. Khanna, L. Li, A. G. Davies, E. H. Linfield, and F. Capasso, Nature Mater. 9, 730 (2010).

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pfl¨ugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nature Photon. 2, 564 (2008).

Zhang, X.

Z. Liu, J. M. Steele, W. Srituravanich, Y. Pikus, C. Sun, and X. Zhang, Nano Lett. 5, 1726 (2005).

Zhao, D.

D. Zhao, Z. Liu, C. Qiu, Z. He, F. Cai, and M. Ke, Phys. Rev. B 76, 144301 (2007).

Appl. Phys. Lett. (5)

Y. Cheng, J. Y. Xu, and X. J. Liu, Appl. Phys. Lett. 96, 071910 (2010).

D. C. Adams, S. Thongrattanasiri, T. Ribaudo, V. A. Podolskiy, and D. Wasserman, Appl. Phys. Lett. 96, 201112 (2010).

X. Li, Q. Tan, B. Bai, and G. Jin, Appl. Phys. Lett. 98, 251109 (2011).

S. Kim, H. Kim, Y. Lim, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 90, 051113 (2007).

S. Kim, Y. Lim, H. Kim, J. Park, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 92, 013103 (2008).

J. Lightwave Technol. (2)

J. Opt. (1)

X. Li, Q. Tan, B. Bai, and G. Jin, J. Opt. 12, 085001 (2010).

J. Opt. Soc. Am. A (2)

Nano Lett. (1)

Z. Liu, J. M. Steele, W. Srituravanich, Y. Pikus, C. Sun, and X. Zhang, Nano Lett. 5, 1726 (2005).

Nature Mater. (1)

N. Yu, Q. J. Wang, M. A. Kats, J. A. Fan, S. P. Khanna, L. Li, A. G. Davies, E. H. Linfield, and F. Capasso, Nature Mater. 9, 730 (2010).

Nature Photon. (1)

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pfl¨ugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nature Photon. 2, 564 (2008).

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. B (2)

W. Dai and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 82, 045427 (2010).

D. Zhao, Z. Liu, C. Qiu, Z. He, F. Cai, and M. Ke, Phys. Rev. B 76, 144301 (2007).

Phys. Rev. Lett. (1)

L. M. Moreno, F. J. G. Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T.W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).

Plasmonics (1)

H. Kim and B. Lee, Plasmonics 4, 153 (2009).

Science (1)

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. G. Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).

Other (1)

E. D. Palik, Handbook of Optical Constants of Solids (Academic Press, Washington D. C., 1997).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.