Abstract

Arrays of subwavelength dipole bow-tie apertures are designed and characterized at terahertz frequencies. For an incident terahertz field perpendicular to the longer axis of the bow tie, a strong resonance enhancement, line narrowing, and a nonmonotonic frequency shift were observed with increasing length of the tapered bow-tie arms. Such characteristic behaviors primarily originate from localized surface plasmon resonances. In addition, with a decreasing aperture size, the contribution of localized plasmons becomes prominent due to an increase in plasmonic lifetime as the terahertz pulses strongly couple with the metallic surface surrounding the bow-tie apertures.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
    [CrossRef]
  2. W. L. Barnes, A. Derenux, and T. W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. R. Gordon, M. Hughes, B. Leathem, K. L. Kavanagh, and A. G. Brolo, Nano Lett. 5, 1243 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. D. Qu, D. Grischkowsky, and W. Zhang, Opt. Lett. 29, 896(2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. E. Ozbay, Science 311, 189 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. B. Segerink, N. F. van Hulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 92, 183901(2004).
    [CrossRef]
  7. W. Fan, S. Zhang, K. J. Malloy, and S. R. J. Brueck, Opt. Express 13, 4406 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. Z. Tian, R. Singh, J. Han, J. Gu, Q. Xing, J. Wu, and W. Zhang, Opt. Lett. 35, 3586 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. X. Lu, J. Han, and W. Zhang, Appl. Phys. Lett. 92, 121103(2008).
    [CrossRef]
  10. W. Zhang, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 43, 1 (2008).
    [CrossRef]
  11. A. K. Azad and W. Zhang, Opt. Lett. 30, 2945 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. M. Beruete, M. Sorolla, I. Campillo, and J. S. Dolado, IEEE Microwave Wireless Compon. Lett. 15, 116 (2005).
    [CrossRef]
  13. E. Kato, K. Suizu, and K. Kawase, Appl. Phys. Express 2, 122302 (2009).
    [CrossRef]
  14. L. Wang, S. M. Uppuluri, E. X. Jin, and X. Xu, Nano Lett. 6, 361 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. E. C. Kinzel and X. Xu, Opt. Lett. 35, 992 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  16. L. Wang and X. Xu, Appl. Phys. Lett. 90, 261105 (2007).
    [CrossRef]
  17. R. Singh, C. Rockstuhl, C. Menzel, T. P. Meyrath, M. He, H. Giessen, F. Lederer, and W. Zhang, Opt. Express 17, 9971 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  18. K. B. Crozier, A. Sundaramurthy, G. S. Kino, and C. F. Quate, J. Appl. Phys. 94, 4632 (2003).
    [CrossRef]
  19. D. Grischkowsky, S. Keiding, M. van Exter, and Ch. Fattinger, J. Opt. Soc. Am. B 7, 2006 (1990).
    [CrossRef]
  20. M. He, A. K. Azad, S. Ye, and W. Zhang, Opt. Commun. 259, 389 (2006).
    [CrossRef]
  21. X. Lu, J. Han, and W. Zhang, Opt. Lett. 35, 904 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  22. K. Molen, K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. Segerink, N. Kulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. B 72, 045421 (2005).
    [CrossRef]
  23. J. Han, A. K. Azad, M. Gong, X. Lu, and W. Zhang, Appl. Phys. Lett. 91, 071122 (2007).
    [CrossRef]
  24. Lord Rayleigh, Proc. R. Soc. London A 79, 399 (1907).
  25. H. Guo, T. P. Meyath, T. Zentgraf, N. Liu, L. Fu, H. Schweizer, and H. Giessen, Opt. Express 16, 7756(2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  26. T. H. Isaac, W. L. Barnes, and E. Hendry, Phys. Rev. B 80, 115423 (2009).
    [CrossRef]
  27. F. Miyamaru, M. Tanaka, and M. Hangyo, Phys. Rev. B 74, 153416 (2006).
    [CrossRef]

2010

2009

T. H. Isaac, W. L. Barnes, and E. Hendry, Phys. Rev. B 80, 115423 (2009).
[CrossRef]

R. Singh, C. Rockstuhl, C. Menzel, T. P. Meyrath, M. He, H. Giessen, F. Lederer, and W. Zhang, Opt. Express 17, 9971 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

E. Kato, K. Suizu, and K. Kawase, Appl. Phys. Express 2, 122302 (2009).
[CrossRef]

2008

X. Lu, J. Han, and W. Zhang, Appl. Phys. Lett. 92, 121103(2008).
[CrossRef]

W. Zhang, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 43, 1 (2008).
[CrossRef]

H. Guo, T. P. Meyath, T. Zentgraf, N. Liu, L. Fu, H. Schweizer, and H. Giessen, Opt. Express 16, 7756(2008).
[CrossRef] [PubMed]

2007

J. Han, A. K. Azad, M. Gong, X. Lu, and W. Zhang, Appl. Phys. Lett. 91, 071122 (2007).
[CrossRef]

L. Wang and X. Xu, Appl. Phys. Lett. 90, 261105 (2007).
[CrossRef]

2006

L. Wang, S. M. Uppuluri, E. X. Jin, and X. Xu, Nano Lett. 6, 361 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

E. Ozbay, Science 311, 189 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

F. Miyamaru, M. Tanaka, and M. Hangyo, Phys. Rev. B 74, 153416 (2006).
[CrossRef]

M. He, A. K. Azad, S. Ye, and W. Zhang, Opt. Commun. 259, 389 (2006).
[CrossRef]

2005

W. Fan, S. Zhang, K. J. Malloy, and S. R. J. Brueck, Opt. Express 13, 4406 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

K. Molen, K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. Segerink, N. Kulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. B 72, 045421 (2005).
[CrossRef]

A. K. Azad and W. Zhang, Opt. Lett. 30, 2945 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

M. Beruete, M. Sorolla, I. Campillo, and J. S. Dolado, IEEE Microwave Wireless Compon. Lett. 15, 116 (2005).
[CrossRef]

R. Gordon, M. Hughes, B. Leathem, K. L. Kavanagh, and A. G. Brolo, Nano Lett. 5, 1243 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

2004

D. Qu, D. Grischkowsky, and W. Zhang, Opt. Lett. 29, 896(2004).
[CrossRef] [PubMed]

K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. B. Segerink, N. F. van Hulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 92, 183901(2004).
[CrossRef]

2003

K. B. Crozier, A. Sundaramurthy, G. S. Kino, and C. F. Quate, J. Appl. Phys. 94, 4632 (2003).
[CrossRef]

W. L. Barnes, A. Derenux, and T. W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

1998

T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
[CrossRef]

1990

1907

Lord Rayleigh, Proc. R. Soc. London A 79, 399 (1907).

Azad, A. K.

J. Han, A. K. Azad, M. Gong, X. Lu, and W. Zhang, Appl. Phys. Lett. 91, 071122 (2007).
[CrossRef]

M. He, A. K. Azad, S. Ye, and W. Zhang, Opt. Commun. 259, 389 (2006).
[CrossRef]

A. K. Azad and W. Zhang, Opt. Lett. 30, 2945 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Barnes, W. L.

T. H. Isaac, W. L. Barnes, and E. Hendry, Phys. Rev. B 80, 115423 (2009).
[CrossRef]

W. L. Barnes, A. Derenux, and T. W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Beruete, M.

M. Beruete, M. Sorolla, I. Campillo, and J. S. Dolado, IEEE Microwave Wireless Compon. Lett. 15, 116 (2005).
[CrossRef]

Brolo, A. G.

R. Gordon, M. Hughes, B. Leathem, K. L. Kavanagh, and A. G. Brolo, Nano Lett. 5, 1243 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Brueck, S. R. J.

Campillo, I.

M. Beruete, M. Sorolla, I. Campillo, and J. S. Dolado, IEEE Microwave Wireless Compon. Lett. 15, 116 (2005).
[CrossRef]

Crozier, K. B.

K. B. Crozier, A. Sundaramurthy, G. S. Kino, and C. F. Quate, J. Appl. Phys. 94, 4632 (2003).
[CrossRef]

Derenux, A.

W. L. Barnes, A. Derenux, and T. W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Dolado, J. S.

M. Beruete, M. Sorolla, I. Campillo, and J. S. Dolado, IEEE Microwave Wireless Compon. Lett. 15, 116 (2005).
[CrossRef]

Ebbesen, T. W.

W. L. Barnes, A. Derenux, and T. W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
[CrossRef]

Enoch, S.

K. Molen, K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. Segerink, N. Kulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. B 72, 045421 (2005).
[CrossRef]

K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. B. Segerink, N. F. van Hulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 92, 183901(2004).
[CrossRef]

Fan, W.

Fattinger, Ch.

Fu, L.

Ghaemi, H. F.

T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
[CrossRef]

Giessen, H.

Gong, M.

J. Han, A. K. Azad, M. Gong, X. Lu, and W. Zhang, Appl. Phys. Lett. 91, 071122 (2007).
[CrossRef]

Gordon, R.

R. Gordon, M. Hughes, B. Leathem, K. L. Kavanagh, and A. G. Brolo, Nano Lett. 5, 1243 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Grischkowsky, D.

Gu, J.

Guo, H.

Han, J.

X. Lu, J. Han, and W. Zhang, Opt. Lett. 35, 904 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Z. Tian, R. Singh, J. Han, J. Gu, Q. Xing, J. Wu, and W. Zhang, Opt. Lett. 35, 3586 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

X. Lu, J. Han, and W. Zhang, Appl. Phys. Lett. 92, 121103(2008).
[CrossRef]

J. Han, A. K. Azad, M. Gong, X. Lu, and W. Zhang, Appl. Phys. Lett. 91, 071122 (2007).
[CrossRef]

Hangyo, M.

F. Miyamaru, M. Tanaka, and M. Hangyo, Phys. Rev. B 74, 153416 (2006).
[CrossRef]

He, M.

Hendry, E.

T. H. Isaac, W. L. Barnes, and E. Hendry, Phys. Rev. B 80, 115423 (2009).
[CrossRef]

Hughes, M.

R. Gordon, M. Hughes, B. Leathem, K. L. Kavanagh, and A. G. Brolo, Nano Lett. 5, 1243 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Isaac, T. H.

T. H. Isaac, W. L. Barnes, and E. Hendry, Phys. Rev. B 80, 115423 (2009).
[CrossRef]

Jin, E. X.

L. Wang, S. M. Uppuluri, E. X. Jin, and X. Xu, Nano Lett. 6, 361 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Kato, E.

E. Kato, K. Suizu, and K. Kawase, Appl. Phys. Express 2, 122302 (2009).
[CrossRef]

Kavanagh, K. L.

R. Gordon, M. Hughes, B. Leathem, K. L. Kavanagh, and A. G. Brolo, Nano Lett. 5, 1243 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Kawase, K.

E. Kato, K. Suizu, and K. Kawase, Appl. Phys. Express 2, 122302 (2009).
[CrossRef]

Keiding, S.

Kino, G. S.

K. B. Crozier, A. Sundaramurthy, G. S. Kino, and C. F. Quate, J. Appl. Phys. 94, 4632 (2003).
[CrossRef]

Kinzel, E. C.

Klein Koerkamp, K. J.

K. Molen, K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. Segerink, N. Kulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. B 72, 045421 (2005).
[CrossRef]

K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. B. Segerink, N. F. van Hulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 92, 183901(2004).
[CrossRef]

Kuipers, L.

K. Molen, K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. Segerink, N. Kulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. B 72, 045421 (2005).
[CrossRef]

K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. B. Segerink, N. F. van Hulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 92, 183901(2004).
[CrossRef]

Kulst, N.

K. Molen, K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. Segerink, N. Kulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. B 72, 045421 (2005).
[CrossRef]

Leathem, B.

R. Gordon, M. Hughes, B. Leathem, K. L. Kavanagh, and A. G. Brolo, Nano Lett. 5, 1243 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Lederer, F.

Lezec, H. J.

T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
[CrossRef]

Liu, N.

Lu, X.

X. Lu, J. Han, and W. Zhang, Opt. Lett. 35, 904 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

X. Lu, J. Han, and W. Zhang, Appl. Phys. Lett. 92, 121103(2008).
[CrossRef]

J. Han, A. K. Azad, M. Gong, X. Lu, and W. Zhang, Appl. Phys. Lett. 91, 071122 (2007).
[CrossRef]

Malloy, K. J.

Menzel, C.

Meyath, T. P.

Meyrath, T. P.

Miyamaru, F.

F. Miyamaru, M. Tanaka, and M. Hangyo, Phys. Rev. B 74, 153416 (2006).
[CrossRef]

Molen, K.

K. Molen, K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. Segerink, N. Kulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. B 72, 045421 (2005).
[CrossRef]

Ozbay, E.

E. Ozbay, Science 311, 189 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Qu, D.

Quate, C. F.

K. B. Crozier, A. Sundaramurthy, G. S. Kino, and C. F. Quate, J. Appl. Phys. 94, 4632 (2003).
[CrossRef]

Rayleigh, Lord

Lord Rayleigh, Proc. R. Soc. London A 79, 399 (1907).

Rockstuhl, C.

Schweizer, H.

Segerink, F.

K. Molen, K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. Segerink, N. Kulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. B 72, 045421 (2005).
[CrossRef]

Segerink, F. B.

K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. B. Segerink, N. F. van Hulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 92, 183901(2004).
[CrossRef]

Singh, R.

Sorolla, M.

M. Beruete, M. Sorolla, I. Campillo, and J. S. Dolado, IEEE Microwave Wireless Compon. Lett. 15, 116 (2005).
[CrossRef]

Suizu, K.

E. Kato, K. Suizu, and K. Kawase, Appl. Phys. Express 2, 122302 (2009).
[CrossRef]

Sundaramurthy, A.

K. B. Crozier, A. Sundaramurthy, G. S. Kino, and C. F. Quate, J. Appl. Phys. 94, 4632 (2003).
[CrossRef]

Tanaka, M.

F. Miyamaru, M. Tanaka, and M. Hangyo, Phys. Rev. B 74, 153416 (2006).
[CrossRef]

Thio, T.

T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
[CrossRef]

Tian, Z.

Uppuluri, S. M.

L. Wang, S. M. Uppuluri, E. X. Jin, and X. Xu, Nano Lett. 6, 361 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

van Exter, M.

van Hulst, N. F.

K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. B. Segerink, N. F. van Hulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 92, 183901(2004).
[CrossRef]

Wang, L.

L. Wang and X. Xu, Appl. Phys. Lett. 90, 261105 (2007).
[CrossRef]

L. Wang, S. M. Uppuluri, E. X. Jin, and X. Xu, Nano Lett. 6, 361 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Wolff, P. A.

T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
[CrossRef]

Wu, J.

Xing, Q.

Xu, X.

E. C. Kinzel and X. Xu, Opt. Lett. 35, 992 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

L. Wang and X. Xu, Appl. Phys. Lett. 90, 261105 (2007).
[CrossRef]

L. Wang, S. M. Uppuluri, E. X. Jin, and X. Xu, Nano Lett. 6, 361 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Ye, S.

M. He, A. K. Azad, S. Ye, and W. Zhang, Opt. Commun. 259, 389 (2006).
[CrossRef]

Zentgraf, T.

Zhang, S.

Zhang, W.

Appl. Phys. Express

E. Kato, K. Suizu, and K. Kawase, Appl. Phys. Express 2, 122302 (2009).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

X. Lu, J. Han, and W. Zhang, Appl. Phys. Lett. 92, 121103(2008).
[CrossRef]

L. Wang and X. Xu, Appl. Phys. Lett. 90, 261105 (2007).
[CrossRef]

J. Han, A. K. Azad, M. Gong, X. Lu, and W. Zhang, Appl. Phys. Lett. 91, 071122 (2007).
[CrossRef]

Eur. Phys. J. Appl. Phys.

W. Zhang, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 43, 1 (2008).
[CrossRef]

IEEE Microwave Wireless Compon. Lett.

M. Beruete, M. Sorolla, I. Campillo, and J. S. Dolado, IEEE Microwave Wireless Compon. Lett. 15, 116 (2005).
[CrossRef]

J. Appl. Phys.

K. B. Crozier, A. Sundaramurthy, G. S. Kino, and C. F. Quate, J. Appl. Phys. 94, 4632 (2003).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B

Nano Lett.

L. Wang, S. M. Uppuluri, E. X. Jin, and X. Xu, Nano Lett. 6, 361 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

R. Gordon, M. Hughes, B. Leathem, K. L. Kavanagh, and A. G. Brolo, Nano Lett. 5, 1243 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Nature

T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
[CrossRef]

W. L. Barnes, A. Derenux, and T. W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Commun.

M. He, A. K. Azad, S. Ye, and W. Zhang, Opt. Commun. 259, 389 (2006).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Phys. Rev. B

K. Molen, K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. Segerink, N. Kulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. B 72, 045421 (2005).
[CrossRef]

T. H. Isaac, W. L. Barnes, and E. Hendry, Phys. Rev. B 80, 115423 (2009).
[CrossRef]

F. Miyamaru, M. Tanaka, and M. Hangyo, Phys. Rev. B 74, 153416 (2006).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett.

K. J. Klein Koerkamp, S. Enoch, F. B. Segerink, N. F. van Hulst, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 92, 183901(2004).
[CrossRef]

Proc. R. Soc. London A

Lord Rayleigh, Proc. R. Soc. London A 79, 399 (1907).

Science

E. Ozbay, Science 311, 189 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Cited By

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

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

Microscopic images of lithographically fabricated bow-tie unit cells. All dimensions are in micrometers.

Fig. 2
Fig. 2

(a) x-polarized and (b) y-polarized frequency-dependent normalized transmittance of dipole bow- tie apertures of different tip lengths.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Simulated resonance frequencies for periodic (open circles) and random (solid circles) bow-tie apertures versus the tip length. The experimental results are denoted by the solid squares for comparison. (b) Calculated normalized transmittance of the random arrays of different tip lengths.

Fig. 4
Fig. 4

(a) Time-domain terahertz pulses through free space and the bow-tie arrays with tip lengths of 0 and 90 μm , and (b) Fourier-transformed normalized spectra of the time-domain waveforms after 3.3 ps .

Metrics