Abstract

We investigate guided modes in the asymmetric waveguide structure with a left-handed material (LHM) layer surrounded by air and metal. A graphical method is proposed to determine the guided modes. New properties of the oscillating and surface guided modes, such as absence of the fundamental mode, coexistence of the oscillating and surface guided modes, fast attenuation of the surface guided modes, and mode degeneracy, are analyzed in detail. We also investigate dispersive characteristics of the metal-LHM-air optical waveguide. The propagation constant increases with decreasing slab thickness for the first-order oscillating mode, which is different from that in traditional metal-cladding waveguides.

© 2011 Chinese Optics Letters

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. V. G. Veselago, Sov. Phys. Usp. 10, 509 (1968).
  2. C. Zhou, Y. Gao, and Z. Liang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 30, 2074 (2010).
  3. T. Ergin, N. Stenger, P. Brenner, J. B. Pendry, and M. Wegener, Science 328, 337 (2010).
  4. J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 85, 3966 (2000).
  5. S. Feng, C. Ren, D. Xu, and Y. Wang, Chin. Opt. Lett. 7, 849 (2009).
  6. L. W. Li, Y. N. Li, T. S. Yeo, J. R. Mosig, and O. J. F. Martin, Appl. Phys. Lett. 96, 164101 (2010).
  7. J. Valentine, S. Zhang, and T. Zenetgraf, Nature 455, 376 (2008).
  8. S. P. Burgos, R. de Waele, and A. Polman, Nature Materials 9, 407 (2010).
  9. P. Neutens, L. Lagae, and G. Borghs, Nano Lett. 10, 1429 (2010).
  10. M. D. He, J. Q. Liu, Z. Q. Gong, Y. F. Luo, X. Chen, and W. Lu, Opt. Commun. 283, 1784 (2010).
  11. X. Jin, X. Huang, J. Tao, X. Lin, and Q. Zhang, IEEE Trans. Nanotechnol. 9, 134 (2010).
  12. K. T. Kim, H. W. Kwon, J. W. Song, S. Lee, W. G. Jung, and S. W. Kang, Opt. Commun. 180, 37 (2000).
  13. I. V. Shadrivov, A. A. Sukhorukov, Y. S. Kivshar, A. A. Zharov, A. D. Boardman, and P. Egan, Phys. Rev. E 69, 016617 (2004).
  14. I. V. Shadrivov, A. A. Sukhorukov, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. E 67, 057602 (2003).
  15. B. Wu, T. M. Grzegorczyk, Y. Zhang, and J. A. Kong, J. Appl. Phys. 93, 9386 (2003).
  16. J. Zhang, Y. He, C. Li, and F. Zhang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 29, 2673 (2009).
  17. Y. He, J. Zhang, and C. F. Li, J. Opt. Soc. Am. B 25, 2081 (2008).
  18. Z. H. Wang, Z. Y. Xiao, and W. Y. Luo, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 11, 015101 (2009).
  19. Y. He, Z. Q. Cao, and Q. S. Shen, Opt. Commun. 245, 125 (2005).
  20. S. G. Mao, M. S. Wu, Y. Z. Chueh, and C. H. Chen, IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 53, 3460 (2005).
  21. R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, Science 292, 77 (2001).

2010 (7)

C. Zhou, Y. Gao, and Z. Liang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 30, 2074 (2010).

T. Ergin, N. Stenger, P. Brenner, J. B. Pendry, and M. Wegener, Science 328, 337 (2010).

S. P. Burgos, R. de Waele, and A. Polman, Nature Materials 9, 407 (2010).

P. Neutens, L. Lagae, and G. Borghs, Nano Lett. 10, 1429 (2010).

M. D. He, J. Q. Liu, Z. Q. Gong, Y. F. Luo, X. Chen, and W. Lu, Opt. Commun. 283, 1784 (2010).

X. Jin, X. Huang, J. Tao, X. Lin, and Q. Zhang, IEEE Trans. Nanotechnol. 9, 134 (2010).

L. W. Li, Y. N. Li, T. S. Yeo, J. R. Mosig, and O. J. F. Martin, Appl. Phys. Lett. 96, 164101 (2010).

2009 (3)

Z. H. Wang, Z. Y. Xiao, and W. Y. Luo, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 11, 015101 (2009).

S. Feng, C. Ren, D. Xu, and Y. Wang, Chin. Opt. Lett. 7, 849 (2009).

J. Zhang, Y. He, C. Li, and F. Zhang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 29, 2673 (2009).

2008 (2)

Y. He, J. Zhang, and C. F. Li, J. Opt. Soc. Am. B 25, 2081 (2008).

J. Valentine, S. Zhang, and T. Zenetgraf, Nature 455, 376 (2008).

2005 (2)

Y. He, Z. Q. Cao, and Q. S. Shen, Opt. Commun. 245, 125 (2005).

S. G. Mao, M. S. Wu, Y. Z. Chueh, and C. H. Chen, IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 53, 3460 (2005).

2004 (1)

I. V. Shadrivov, A. A. Sukhorukov, Y. S. Kivshar, A. A. Zharov, A. D. Boardman, and P. Egan, Phys. Rev. E 69, 016617 (2004).

2003 (2)

I. V. Shadrivov, A. A. Sukhorukov, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. E 67, 057602 (2003).

B. Wu, T. M. Grzegorczyk, Y. Zhang, and J. A. Kong, J. Appl. Phys. 93, 9386 (2003).

2001 (1)

R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, Science 292, 77 (2001).

2000 (2)

J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 85, 3966 (2000).

K. T. Kim, H. W. Kwon, J. W. Song, S. Lee, W. G. Jung, and S. W. Kang, Opt. Commun. 180, 37 (2000).

1968 (1)

V. G. Veselago, Sov. Phys. Usp. 10, 509 (1968).

Boardman, A. D.

I. V. Shadrivov, A. A. Sukhorukov, Y. S. Kivshar, A. A. Zharov, A. D. Boardman, and P. Egan, Phys. Rev. E 69, 016617 (2004).

Borghs, G.

P. Neutens, L. Lagae, and G. Borghs, Nano Lett. 10, 1429 (2010).

Brenner, P.

T. Ergin, N. Stenger, P. Brenner, J. B. Pendry, and M. Wegener, Science 328, 337 (2010).

Burgos, S. P.

S. P. Burgos, R. de Waele, and A. Polman, Nature Materials 9, 407 (2010).

Cao, Z. Q.

Y. He, Z. Q. Cao, and Q. S. Shen, Opt. Commun. 245, 125 (2005).

Chen, C. H.

S. G. Mao, M. S. Wu, Y. Z. Chueh, and C. H. Chen, IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 53, 3460 (2005).

Chen, X.

M. D. He, J. Q. Liu, Z. Q. Gong, Y. F. Luo, X. Chen, and W. Lu, Opt. Commun. 283, 1784 (2010).

Chueh, Y. Z.

S. G. Mao, M. S. Wu, Y. Z. Chueh, and C. H. Chen, IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 53, 3460 (2005).

Egan, P.

I. V. Shadrivov, A. A. Sukhorukov, Y. S. Kivshar, A. A. Zharov, A. D. Boardman, and P. Egan, Phys. Rev. E 69, 016617 (2004).

Ergin, T.

T. Ergin, N. Stenger, P. Brenner, J. B. Pendry, and M. Wegener, Science 328, 337 (2010).

Feng, S.

Gao, Y.

C. Zhou, Y. Gao, and Z. Liang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 30, 2074 (2010).

Gong, Z. Q.

M. D. He, J. Q. Liu, Z. Q. Gong, Y. F. Luo, X. Chen, and W. Lu, Opt. Commun. 283, 1784 (2010).

Grzegorczyk, T. M.

B. Wu, T. M. Grzegorczyk, Y. Zhang, and J. A. Kong, J. Appl. Phys. 93, 9386 (2003).

He, M. D.

M. D. He, J. Q. Liu, Z. Q. Gong, Y. F. Luo, X. Chen, and W. Lu, Opt. Commun. 283, 1784 (2010).

He, Y.

J. Zhang, Y. He, C. Li, and F. Zhang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 29, 2673 (2009).

Y. He, J. Zhang, and C. F. Li, J. Opt. Soc. Am. B 25, 2081 (2008).

Y. He, Z. Q. Cao, and Q. S. Shen, Opt. Commun. 245, 125 (2005).

Huang, X.

X. Jin, X. Huang, J. Tao, X. Lin, and Q. Zhang, IEEE Trans. Nanotechnol. 9, 134 (2010).

Jin, X.

X. Jin, X. Huang, J. Tao, X. Lin, and Q. Zhang, IEEE Trans. Nanotechnol. 9, 134 (2010).

Jung, W. G.

K. T. Kim, H. W. Kwon, J. W. Song, S. Lee, W. G. Jung, and S. W. Kang, Opt. Commun. 180, 37 (2000).

Kang, S. W.

K. T. Kim, H. W. Kwon, J. W. Song, S. Lee, W. G. Jung, and S. W. Kang, Opt. Commun. 180, 37 (2000).

Kim, K. T.

K. T. Kim, H. W. Kwon, J. W. Song, S. Lee, W. G. Jung, and S. W. Kang, Opt. Commun. 180, 37 (2000).

Kivshar, Y. S.

I. V. Shadrivov, A. A. Sukhorukov, Y. S. Kivshar, A. A. Zharov, A. D. Boardman, and P. Egan, Phys. Rev. E 69, 016617 (2004).

I. V. Shadrivov, A. A. Sukhorukov, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. E 67, 057602 (2003).

Kong, J. A.

B. Wu, T. M. Grzegorczyk, Y. Zhang, and J. A. Kong, J. Appl. Phys. 93, 9386 (2003).

Kwon, H. W.

K. T. Kim, H. W. Kwon, J. W. Song, S. Lee, W. G. Jung, and S. W. Kang, Opt. Commun. 180, 37 (2000).

Lagae, L.

P. Neutens, L. Lagae, and G. Borghs, Nano Lett. 10, 1429 (2010).

Lee, S.

K. T. Kim, H. W. Kwon, J. W. Song, S. Lee, W. G. Jung, and S. W. Kang, Opt. Commun. 180, 37 (2000).

Li, C.

J. Zhang, Y. He, C. Li, and F. Zhang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 29, 2673 (2009).

Li, C. F.

Li, L. W.

L. W. Li, Y. N. Li, T. S. Yeo, J. R. Mosig, and O. J. F. Martin, Appl. Phys. Lett. 96, 164101 (2010).

Li, Y. N.

L. W. Li, Y. N. Li, T. S. Yeo, J. R. Mosig, and O. J. F. Martin, Appl. Phys. Lett. 96, 164101 (2010).

Liang, Z.

C. Zhou, Y. Gao, and Z. Liang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 30, 2074 (2010).

Lin, X.

X. Jin, X. Huang, J. Tao, X. Lin, and Q. Zhang, IEEE Trans. Nanotechnol. 9, 134 (2010).

Liu, J. Q.

M. D. He, J. Q. Liu, Z. Q. Gong, Y. F. Luo, X. Chen, and W. Lu, Opt. Commun. 283, 1784 (2010).

Lu, W.

M. D. He, J. Q. Liu, Z. Q. Gong, Y. F. Luo, X. Chen, and W. Lu, Opt. Commun. 283, 1784 (2010).

Luo, W. Y.

Z. H. Wang, Z. Y. Xiao, and W. Y. Luo, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 11, 015101 (2009).

Luo, Y. F.

M. D. He, J. Q. Liu, Z. Q. Gong, Y. F. Luo, X. Chen, and W. Lu, Opt. Commun. 283, 1784 (2010).

Mao, S. G.

S. G. Mao, M. S. Wu, Y. Z. Chueh, and C. H. Chen, IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 53, 3460 (2005).

Martin, O. J. F.

L. W. Li, Y. N. Li, T. S. Yeo, J. R. Mosig, and O. J. F. Martin, Appl. Phys. Lett. 96, 164101 (2010).

Mosig, J. R.

L. W. Li, Y. N. Li, T. S. Yeo, J. R. Mosig, and O. J. F. Martin, Appl. Phys. Lett. 96, 164101 (2010).

Neutens, P.

P. Neutens, L. Lagae, and G. Borghs, Nano Lett. 10, 1429 (2010).

Pendry, J. B.

T. Ergin, N. Stenger, P. Brenner, J. B. Pendry, and M. Wegener, Science 328, 337 (2010).

J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 85, 3966 (2000).

Polman, A.

S. P. Burgos, R. de Waele, and A. Polman, Nature Materials 9, 407 (2010).

Ren, C.

Schultz, S.

R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, Science 292, 77 (2001).

Shadrivov, I. V.

I. V. Shadrivov, A. A. Sukhorukov, Y. S. Kivshar, A. A. Zharov, A. D. Boardman, and P. Egan, Phys. Rev. E 69, 016617 (2004).

I. V. Shadrivov, A. A. Sukhorukov, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. E 67, 057602 (2003).

Shelby, R. A.

R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, Science 292, 77 (2001).

Shen, Q. S.

Y. He, Z. Q. Cao, and Q. S. Shen, Opt. Commun. 245, 125 (2005).

Smith, D. R.

R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, Science 292, 77 (2001).

Song, J. W.

K. T. Kim, H. W. Kwon, J. W. Song, S. Lee, W. G. Jung, and S. W. Kang, Opt. Commun. 180, 37 (2000).

Stenger, N.

T. Ergin, N. Stenger, P. Brenner, J. B. Pendry, and M. Wegener, Science 328, 337 (2010).

Sukhorukov, A. A.

I. V. Shadrivov, A. A. Sukhorukov, Y. S. Kivshar, A. A. Zharov, A. D. Boardman, and P. Egan, Phys. Rev. E 69, 016617 (2004).

I. V. Shadrivov, A. A. Sukhorukov, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. E 67, 057602 (2003).

Tao, J.

X. Jin, X. Huang, J. Tao, X. Lin, and Q. Zhang, IEEE Trans. Nanotechnol. 9, 134 (2010).

Valentine, J.

J. Valentine, S. Zhang, and T. Zenetgraf, Nature 455, 376 (2008).

Veselago, V. G.

V. G. Veselago, Sov. Phys. Usp. 10, 509 (1968).

Waele, R. de

S. P. Burgos, R. de Waele, and A. Polman, Nature Materials 9, 407 (2010).

Wang, Y.

Wang, Z. H.

Z. H. Wang, Z. Y. Xiao, and W. Y. Luo, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 11, 015101 (2009).

Wegener, M.

T. Ergin, N. Stenger, P. Brenner, J. B. Pendry, and M. Wegener, Science 328, 337 (2010).

Wu, B.

B. Wu, T. M. Grzegorczyk, Y. Zhang, and J. A. Kong, J. Appl. Phys. 93, 9386 (2003).

Wu, M. S.

S. G. Mao, M. S. Wu, Y. Z. Chueh, and C. H. Chen, IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 53, 3460 (2005).

Xiao, Z. Y.

Z. H. Wang, Z. Y. Xiao, and W. Y. Luo, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 11, 015101 (2009).

Xu, D.

Yeo, T. S.

L. W. Li, Y. N. Li, T. S. Yeo, J. R. Mosig, and O. J. F. Martin, Appl. Phys. Lett. 96, 164101 (2010).

Zenetgraf, T.

J. Valentine, S. Zhang, and T. Zenetgraf, Nature 455, 376 (2008).

Zhang, F.

J. Zhang, Y. He, C. Li, and F. Zhang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 29, 2673 (2009).

Zhang, J.

J. Zhang, Y. He, C. Li, and F. Zhang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 29, 2673 (2009).

Y. He, J. Zhang, and C. F. Li, J. Opt. Soc. Am. B 25, 2081 (2008).

Zhang, Q.

X. Jin, X. Huang, J. Tao, X. Lin, and Q. Zhang, IEEE Trans. Nanotechnol. 9, 134 (2010).

Zhang, S.

J. Valentine, S. Zhang, and T. Zenetgraf, Nature 455, 376 (2008).

Zhang, Y.

B. Wu, T. M. Grzegorczyk, Y. Zhang, and J. A. Kong, J. Appl. Phys. 93, 9386 (2003).

Zharov, A. A.

I. V. Shadrivov, A. A. Sukhorukov, Y. S. Kivshar, A. A. Zharov, A. D. Boardman, and P. Egan, Phys. Rev. E 69, 016617 (2004).

Zhou, C.

C. Zhou, Y. Gao, and Z. Liang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 30, 2074 (2010).

Acta Opt. Sin. (in Chinese) (2)

C. Zhou, Y. Gao, and Z. Liang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 30, 2074 (2010).

J. Zhang, Y. He, C. Li, and F. Zhang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 29, 2673 (2009).

Appl. Phys. Lett. (1)

L. W. Li, Y. N. Li, T. S. Yeo, J. R. Mosig, and O. J. F. Martin, Appl. Phys. Lett. 96, 164101 (2010).

Chin. Opt. Lett. (1)

IEEE Trans. Microw. Theory Tech. (1)

S. G. Mao, M. S. Wu, Y. Z. Chueh, and C. H. Chen, IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 53, 3460 (2005).

IEEE Trans. Nanotechnol. (1)

X. Jin, X. Huang, J. Tao, X. Lin, and Q. Zhang, IEEE Trans. Nanotechnol. 9, 134 (2010).

J. Appl. Phys. (1)

B. Wu, T. M. Grzegorczyk, Y. Zhang, and J. A. Kong, J. Appl. Phys. 93, 9386 (2003).

J. Opt. A: Pure Appl. Opt. (1)

Z. H. Wang, Z. Y. Xiao, and W. Y. Luo, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 11, 015101 (2009).

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Nano Lett. (1)

P. Neutens, L. Lagae, and G. Borghs, Nano Lett. 10, 1429 (2010).

Nature (1)

J. Valentine, S. Zhang, and T. Zenetgraf, Nature 455, 376 (2008).

Nature Materials (1)

S. P. Burgos, R. de Waele, and A. Polman, Nature Materials 9, 407 (2010).

Opt. Commun. (3)

M. D. He, J. Q. Liu, Z. Q. Gong, Y. F. Luo, X. Chen, and W. Lu, Opt. Commun. 283, 1784 (2010).

K. T. Kim, H. W. Kwon, J. W. Song, S. Lee, W. G. Jung, and S. W. Kang, Opt. Commun. 180, 37 (2000).

Y. He, Z. Q. Cao, and Q. S. Shen, Opt. Commun. 245, 125 (2005).

Phys. Rev. E (2)

I. V. Shadrivov, A. A. Sukhorukov, Y. S. Kivshar, A. A. Zharov, A. D. Boardman, and P. Egan, Phys. Rev. E 69, 016617 (2004).

I. V. Shadrivov, A. A. Sukhorukov, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. E 67, 057602 (2003).

Phys. Rev. Lett. (1)

J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 85, 3966 (2000).

Science (2)

T. Ergin, N. Stenger, P. Brenner, J. B. Pendry, and M. Wegener, Science 328, 337 (2010).

R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, Science 292, 77 (2001).

Sov. Phys. Usp. (1)

V. G. Veselago, Sov. Phys. Usp. 10, 509 (1968).

Cited By

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