Abstract

We report the realization of a two-dimensional optical microscope for surface plasmons polaritons (SPPs) based on parabolic Bragg mirrors. These mirrors are built from lithographically fabricated gold nanostructures on gold thin films. We show by direct imaging by leakage radiation microscopy that the magnification power of the SPP microscope follows basic predictions of geometrical optics. Spatial resolution down to the value set by the diffraction limit is demonstrated.

© 2007 Optical Society of America

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By analogy with classical (three-dimensional) optical microscopes, which are adapted for imaging of two-dimensional systems located in the object plane, a two-dimensional optical microscope is able to image only one-dimensional systems located along the object line perpendicular to the optical axis. This limitation is accepted in the present letter.

H. Ditlbacher, Ph.D. dissertation (Karl-Franzens University Graz, 2003).

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Cited By

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Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Confocal parabolic SPP microscope. A, Scanning electron microscope image. F 1 and F 2 are the focal points, the focal distances are f 1 = f 2 = 15 μ m , and the lines show exemplary SPP paths from F 1 to F 2 . The inset displays a magnified image of the nanoprotrusions constituting the Bragg mirror structure. The minimum separation between two adjacent mirrors is a = λ SPP 2 = 390 nm . B, LRM image with a single nanoprotrusion at F 1 . The laser polarization is indicated by the double arrow. C, Same as B but with a protrusion pair separated by a horizontal distance d = 1 μ m . D, Same as B but with a protrusion pair separated by a horizontal distance d = 2 μ m . The insets in B–D show cross-cuts of the SPP intensity along the symmetry axis near F 2 , as indicated by the triangles in the images. The cross-cut scale bar is 2 μ m , the vertical lines are separated by d = 1 μ m (C) and 2 μ m (D).

Fig. 2
Fig. 2

Magnifying parabolic SPP microscope. A, Scanning electron microscope image. B, Two-dimensional dipolar simulation of SPPs propagating inside the parabolic mirrors after launching from F 1 . The laser polarization direction is indicated by the double arrow. C, LRM image corresponding to B. D, Magnified LRM image corresponding to the dashed white rectangle in C after Fourier filtering of the SPP components propagating from left to right.

Fig. 3
Fig. 3

Microscopic imaging of a nanoprotrusion pair located near F 1 using the geometry shown in Fig. 2. A, C, and E show the Fourier-filtered LRM images for pairs (SEM images shown in the insets) separated by d = 2 , 1, and 0.4 μ m , respectively. The images cover areas corresponding to the same dashed rectangles as in Fig. 2C. B, D, and F show LRM intensity cross-cuts taken along the dashed lines of images A, C, and E, respectively. The curves are Gaussian fits to the data.

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