Abstract

The optical transmission through a subwavelength aperture in a metal film is strongly enhanced when the incident light is resonant with surface plasmons at the corrugated metal surface surrounding the aperture. Conversely, the aperture acts as a novel probe of the surface plasmons, yielding useful insights for optimizing the transmission enhancement. For the optimal corrugation geometry, a set of concentric circular grooves, three times more light is transmitted through the central subwavelength aperture than directly impinges upon it. This effect is useful in the fabrication of near-field optical devices with extremely high optical throughput.

© 2001 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. B. Heckt, B. Sick, U. P. Wild, V. Deckert, R. Zenobi, O. J. F. Martin, and D. W. Pohl, J. Chem. Phys. 112, 7761 (2000).
  2. E. Betzig, J. K. Trautman, T. D. Harris, J. S. Weiner, and R. L. Kostelak, Science 251, 1468 (1991).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. H. A. Bethe, Phys. Rev. 66, 163 (1944).
    [CrossRef]
  4. T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
    [CrossRef]
  5. D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. Thio, and T. W. Ebbesen, Adv. Mater. 11, 860 (1999).
    [CrossRef]
  6. H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
    [CrossRef]
  7. R. H. Ritchie, Phys. Rev. 106, 874 (1957).
    [CrossRef]
  8. H. Raether, Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Gratings, Vol. 111 of Springer Tracts in Modern Physics (Springer-Verlag, Berlin, 1988).
  9. L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
    [CrossRef]
  10. D. E. Grupp, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. W. Ebbesen, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
    [CrossRef]
  11. R. W. Wood, Philos. Mag. 4, 396 (1902).
    [CrossRef]
  12. R. W. Wood, Phys. Rev. B 48, 928 (1935).
    [CrossRef]
  13. U. Fano, J. Opt. Soc. Am. 31, 213 (1941).
  14. Rayleigh, Proc. R. Soc. London Ser. A 79, 399 (1907).
    [CrossRef]
  15. Rayleigh, Philos. Mag. 14, 60 (1907).
    [CrossRef]
  16. J. A. Porto, F. J. García-Vidal, and J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 83, 2845 (1999).
    [CrossRef]
  17. W.-C. Tan, T. W. Preist, J. R. Sambles, and N. P. Wanstall, Phys. Rev. B 59, 12661 (1999).
    [CrossRef]
  18. W.-C. Tan, T. W. Preist, and J. R. Sambles, Phys. Rev. B 62, 11134 (2000).
    [CrossRef]
  19. U. Schröter and D. Heitmann, Phys. Rev. B 60, 4992 (1999).
    [CrossRef]
  20. W. L. Barnes, T. W. Preist, S. C. Kitson, and J. R. Sambles, Phys. Rev. B 54, 6227 (1996).
    [CrossRef]
  21. U. Schröter and D. Heitmann, Phys. Rev. B 58, 15419 (1998).
    [CrossRef]

2001 (1)

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

2000 (3)

D. E. Grupp, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. W. Ebbesen, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
[CrossRef]

B. Heckt, B. Sick, U. P. Wild, V. Deckert, R. Zenobi, O. J. F. Martin, and D. W. Pohl, J. Chem. Phys. 112, 7761 (2000).

W.-C. Tan, T. W. Preist, and J. R. Sambles, Phys. Rev. B 62, 11134 (2000).
[CrossRef]

1999 (4)

U. Schröter and D. Heitmann, Phys. Rev. B 60, 4992 (1999).
[CrossRef]

J. A. Porto, F. J. García-Vidal, and J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 83, 2845 (1999).
[CrossRef]

W.-C. Tan, T. W. Preist, J. R. Sambles, and N. P. Wanstall, Phys. Rev. B 59, 12661 (1999).
[CrossRef]

D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. Thio, and T. W. Ebbesen, Adv. Mater. 11, 860 (1999).
[CrossRef]

1998 (3)

H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
[CrossRef]

U. Schröter and D. Heitmann, Phys. Rev. B 58, 15419 (1998).
[CrossRef]

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

1996 (1)

W. L. Barnes, T. W. Preist, S. C. Kitson, and J. R. Sambles, Phys. Rev. B 54, 6227 (1996).
[CrossRef]

1991 (1)

E. Betzig, J. K. Trautman, T. D. Harris, J. S. Weiner, and R. L. Kostelak, Science 251, 1468 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

1957 (1)

R. H. Ritchie, Phys. Rev. 106, 874 (1957).
[CrossRef]

1944 (1)

H. A. Bethe, Phys. Rev. 66, 163 (1944).
[CrossRef]

1941 (1)

1935 (1)

R. W. Wood, Phys. Rev. B 48, 928 (1935).
[CrossRef]

1907 (2)

Rayleigh, Proc. R. Soc. London Ser. A 79, 399 (1907).
[CrossRef]

Rayleigh, Philos. Mag. 14, 60 (1907).
[CrossRef]

1902 (1)

R. W. Wood, Philos. Mag. 4, 396 (1902).
[CrossRef]

Barnes, W. L.

W. L. Barnes, T. W. Preist, S. C. Kitson, and J. R. Sambles, Phys. Rev. B 54, 6227 (1996).
[CrossRef]

Bethe, H. A.

H. A. Bethe, Phys. Rev. 66, 163 (1944).
[CrossRef]

Betzig, E.

E. Betzig, J. K. Trautman, T. D. Harris, J. S. Weiner, and R. L. Kostelak, Science 251, 1468 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Deckert, V.

B. Heckt, B. Sick, U. P. Wild, V. Deckert, R. Zenobi, O. J. F. Martin, and D. W. Pohl, J. Chem. Phys. 112, 7761 (2000).

Ebbesen, T. W.

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

D. E. Grupp, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. W. Ebbesen, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
[CrossRef]

D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. Thio, and T. W. Ebbesen, Adv. Mater. 11, 860 (1999).
[CrossRef]

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

H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
[CrossRef]

Fano, U.

García-Vidal, F. J.

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

J. A. Porto, F. J. García-Vidal, and J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 83, 2845 (1999).
[CrossRef]

Ghaemi, H. F.

H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
[CrossRef]

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

Grupp, D. E.

D. E. Grupp, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. W. Ebbesen, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
[CrossRef]

D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. Thio, and T. W. Ebbesen, Adv. Mater. 11, 860 (1999).
[CrossRef]

H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
[CrossRef]

Harris, T. D.

E. Betzig, J. K. Trautman, T. D. Harris, J. S. Weiner, and R. L. Kostelak, Science 251, 1468 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Heckt, B.

B. Heckt, B. Sick, U. P. Wild, V. Deckert, R. Zenobi, O. J. F. Martin, and D. W. Pohl, J. Chem. Phys. 112, 7761 (2000).

Heitmann, D.

U. Schröter and D. Heitmann, Phys. Rev. B 60, 4992 (1999).
[CrossRef]

U. Schröter and D. Heitmann, Phys. Rev. B 58, 15419 (1998).
[CrossRef]

Kitson, S. C.

W. L. Barnes, T. W. Preist, S. C. Kitson, and J. R. Sambles, Phys. Rev. B 54, 6227 (1996).
[CrossRef]

Kostelak, R. L.

E. Betzig, J. K. Trautman, T. D. Harris, J. S. Weiner, and R. L. Kostelak, Science 251, 1468 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Lezec, H. J.

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

D. E. Grupp, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. W. Ebbesen, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
[CrossRef]

D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. Thio, and T. W. Ebbesen, Adv. Mater. 11, 860 (1999).
[CrossRef]

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

H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
[CrossRef]

Martin, O. J. F.

B. Heckt, B. Sick, U. P. Wild, V. Deckert, R. Zenobi, O. J. F. Martin, and D. W. Pohl, J. Chem. Phys. 112, 7761 (2000).

Martín-Moreno, L.

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

Pellerin, K. M.

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

D. E. Grupp, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. W. Ebbesen, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
[CrossRef]

Pendry, J. B.

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

J. A. Porto, F. J. García-Vidal, and J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 83, 2845 (1999).
[CrossRef]

Pohl, D. W.

B. Heckt, B. Sick, U. P. Wild, V. Deckert, R. Zenobi, O. J. F. Martin, and D. W. Pohl, J. Chem. Phys. 112, 7761 (2000).

Porto, J. A.

J. A. Porto, F. J. García-Vidal, and J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 83, 2845 (1999).
[CrossRef]

Preist, T. W.

W.-C. Tan, T. W. Preist, and J. R. Sambles, Phys. Rev. B 62, 11134 (2000).
[CrossRef]

W.-C. Tan, T. W. Preist, J. R. Sambles, and N. P. Wanstall, Phys. Rev. B 59, 12661 (1999).
[CrossRef]

W. L. Barnes, T. W. Preist, S. C. Kitson, and J. R. Sambles, Phys. Rev. B 54, 6227 (1996).
[CrossRef]

Raether, H.

H. Raether, Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Gratings, Vol. 111 of Springer Tracts in Modern Physics (Springer-Verlag, Berlin, 1988).

Rayleigh,

Rayleigh, Proc. R. Soc. London Ser. A 79, 399 (1907).
[CrossRef]

Rayleigh, Philos. Mag. 14, 60 (1907).
[CrossRef]

Ritchie, R. H.

R. H. Ritchie, Phys. Rev. 106, 874 (1957).
[CrossRef]

Sambles, J. R.

W.-C. Tan, T. W. Preist, and J. R. Sambles, Phys. Rev. B 62, 11134 (2000).
[CrossRef]

W.-C. Tan, T. W. Preist, J. R. Sambles, and N. P. Wanstall, Phys. Rev. B 59, 12661 (1999).
[CrossRef]

W. L. Barnes, T. W. Preist, S. C. Kitson, and J. R. Sambles, Phys. Rev. B 54, 6227 (1996).
[CrossRef]

Schröter, U.

U. Schröter and D. Heitmann, Phys. Rev. B 60, 4992 (1999).
[CrossRef]

U. Schröter and D. Heitmann, Phys. Rev. B 58, 15419 (1998).
[CrossRef]

Sick, B.

B. Heckt, B. Sick, U. P. Wild, V. Deckert, R. Zenobi, O. J. F. Martin, and D. W. Pohl, J. Chem. Phys. 112, 7761 (2000).

Tan, W.-C.

W.-C. Tan, T. W. Preist, and J. R. Sambles, Phys. Rev. B 62, 11134 (2000).
[CrossRef]

W.-C. Tan, T. W. Preist, J. R. Sambles, and N. P. Wanstall, Phys. Rev. B 59, 12661 (1999).
[CrossRef]

Thio, T.

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

D. E. Grupp, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. W. Ebbesen, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
[CrossRef]

D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. Thio, and T. W. Ebbesen, Adv. Mater. 11, 860 (1999).
[CrossRef]

H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
[CrossRef]

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

Trautman, J. K.

E. Betzig, J. K. Trautman, T. D. Harris, J. S. Weiner, and R. L. Kostelak, Science 251, 1468 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Wanstall, N. P.

W.-C. Tan, T. W. Preist, J. R. Sambles, and N. P. Wanstall, Phys. Rev. B 59, 12661 (1999).
[CrossRef]

Weiner, J. S.

E. Betzig, J. K. Trautman, T. D. Harris, J. S. Weiner, and R. L. Kostelak, Science 251, 1468 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Wild, U. P.

B. Heckt, B. Sick, U. P. Wild, V. Deckert, R. Zenobi, O. J. F. Martin, and D. W. Pohl, J. Chem. Phys. 112, 7761 (2000).

Wolff, P. A.

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

Wood, R. W.

R. W. Wood, Phys. Rev. B 48, 928 (1935).
[CrossRef]

R. W. Wood, Philos. Mag. 4, 396 (1902).
[CrossRef]

Zenobi, R.

B. Heckt, B. Sick, U. P. Wild, V. Deckert, R. Zenobi, O. J. F. Martin, and D. W. Pohl, J. Chem. Phys. 112, 7761 (2000).

Adv. Mater. (1)

D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. Thio, and T. W. Ebbesen, Adv. Mater. 11, 860 (1999).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

D. E. Grupp, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. W. Ebbesen, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
[CrossRef]

J. Chem. Phys. (1)

B. Heckt, B. Sick, U. P. Wild, V. Deckert, R. Zenobi, O. J. F. Martin, and D. W. Pohl, J. Chem. Phys. 112, 7761 (2000).

J. Opt. Soc. Am. (1)

Nature (1)

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

Philos. Mag. (2)

R. W. Wood, Philos. Mag. 4, 396 (1902).
[CrossRef]

Rayleigh, Philos. Mag. 14, 60 (1907).
[CrossRef]

Phys. Rev. (2)

H. A. Bethe, Phys. Rev. 66, 163 (1944).
[CrossRef]

R. H. Ritchie, Phys. Rev. 106, 874 (1957).
[CrossRef]

Phys. Rev. B (7)

H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
[CrossRef]

R. W. Wood, Phys. Rev. B 48, 928 (1935).
[CrossRef]

W.-C. Tan, T. W. Preist, J. R. Sambles, and N. P. Wanstall, Phys. Rev. B 59, 12661 (1999).
[CrossRef]

W.-C. Tan, T. W. Preist, and J. R. Sambles, Phys. Rev. B 62, 11134 (2000).
[CrossRef]

U. Schröter and D. Heitmann, Phys. Rev. B 60, 4992 (1999).
[CrossRef]

W. L. Barnes, T. W. Preist, S. C. Kitson, and J. R. Sambles, Phys. Rev. B 54, 6227 (1996).
[CrossRef]

U. Schröter and D. Heitmann, Phys. Rev. B 58, 15419 (1998).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (2)

J. A. Porto, F. J. García-Vidal, and J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 83, 2845 (1999).
[CrossRef]

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

Proc. R. Soc. London Ser. A (1)

Rayleigh, Proc. R. Soc. London Ser. A 79, 399 (1907).
[CrossRef]

Science (1)

E. Betzig, J. K. Trautman, T. D. Harris, J. S. Weiner, and R. L. Kostelak, Science 251, 1468 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Other (1)

H. Raether, Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Gratings, Vol. 111 of Springer Tracts in Modern Physics (Springer-Verlag, Berlin, 1988).

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 (3)

Fig. 1
Fig. 1

Transmission spectra of a single aperture d=440 nm surrounded by (A) rings with sinusoidal cross section and (B) a square array of dimples h=180 nm. Left insets, focused ion beam images of typical samples; right insets, cross sections of the hole and corrugation. Illumination is on the corrugated surface. Thin solid curves are fits to the data.

Fig. 2
Fig. 2

(A) Resonance wavelengths and (B) amplitude of SP mode 1 and SP mode 2 for square-wave (Sq.  wave) and sinusoidal (Sine) cross sections.

Fig. 3
Fig. 3

Real-space model of charge displacement at the metal surface and associated electric fields of SP modes at level crossing.

Metrics