Abstract

Terahertz (THz) surface plasmon generation via nonlinear mixing of laser eigenmodes in an optical fiber coated with ultrathin metal foil and possessing a dielectric constant ripple of wave number q is investigated. The fiber supports THz surface plasma wave (SPW) with plasmon resonance in the THz domain and is controllable by film thickness. The lasers exert a difference frequency ponderomotive force on the electrons of the metal film. The ponderomotive force induces a nonlinear current driving the difference frequency THz SPW. THz amplitude to laser amplitude ratio of the order 102 can be achieved by CO2 laser in megawatt range.

© 2013 Optical Society of America

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Cited By

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Figures (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

THz SP excitation via nonlinear mixing of lasers in metal-coated optical fiber.

Fig. 2.
Fig. 2.

Dispersion relation for ωa/c versus kza.

Fig. 3.
Fig. 3.

Plot of the normalized THz SPW amplitude (A0/|E1|) as a function of ωa/c.

Equations (19)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

J⃗=σdδ(ra)Ez|r=az^.
2Ezr2+1rEzr+2Ezz2+ω2c2εEz=0,
ε=εgforr<a,=1forr>a,
Ez=A(r)ei(ωtkzz),Hφ=A(r)ei(ωtkzz)
A=A0gI0(αgr),A=ωε0εgiαgA0gI0(αgr),forr<aA=A0K0(αr),A=ωε0iαA0K0(αr)forr>a,
Hφ|r=a+Hφ|r=a=σdEz|r=a=iωε0εmdEz|r=a.
εgαgI0(αga)I0(αga)1αK0(αa)K0(αa)+εmd=0.
E⃗1=A1[z^J0(k1r)+r^ik1zk1J0(k1r)]ei(ω1tk1z),E⃗2=A2[z^J0(k2r)+r^ik2zk2J0(k2r)]ei(ω2tk2z).
εg=εg0+εgq,εgq=εg2eiqz.
E⃗1+E⃗1εgq2εg0ei[ω1t(k1z+q)z]
E⃗2+E⃗2εgq2εg0ei[ω2t(k2z+q)z].
v⃗1=eE⃗1miω1,v⃗2=eE⃗2miω2,v⃗1+=eE⃗1+miω1,v⃗2+=eE⃗2+miω2,
Fpzmi(k1zk2z+q)2v⃗1·v⃗2εgq2εg0.
J⃗ωNL=z^n0e(k1zk2z+q)2ωv⃗1·v⃗2*εgq2εg0z^Fdδ(r)ei(ωtkzz),
F=n0ekz4ωe2|E1||E2|m2ω1ω1εgq2εg0.
E⃗=Ag[Z^Io(αgr)rikzαgI0(αgr)]ei(ωtkzz),Hφ=iωε0εgαgAgI0(αgr)ei(ωtkzz).
E⃗=Ag[Z^Ko(αgr)rikzαgK0(αgr)]ei(ωtkzz),Hϕ=iωε0αA0K0(αr)ei(ωtkzz).
DA0=iFd/ωε0K0,D=εgαgI0(αga)I0(αga)1αK0(αa)K0(αa)+εmd,
A0=FdL/ωε0K0(αa)D/kz.

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