Abstract

Photonic structures made from square arrays of air holes in Si3Nx membranes are locally imaged by near-field optical microscopy in illumination mode. Holes with diameters smaller than and larger than the wavelength of light are investigated. Counterintuitively, the holes appear dark and the film is bright in transmission images for both hole sizes. Modeling shows that the dominant contrast mechanism is enhanced light emission from the tip when the tip is above the film. Tip emission is enhanced because the tip–air impedance mismatch is reduced when the tip is above the high-index film.

© 2002 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. M. Loncar, D. Nedeljkovic, T. Doll, J. Vuckovic, A. Scherer, and T. P. Pearsall, Appl. Phys. Lett. 77, 1937 (2000).
    [CrossRef]
  3. S. Noda, A. Chutinan, and M. Imada, Nature 407, 608 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. T. Thio, H. F. Ghaemi, H. J. Lezec, P. A. Wolf, and T. W. Ebbesen, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1743 (1999).
    [CrossRef]
  5. C. Sonnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
    [CrossRef]
  6. S. I. Bozhevolnyi, J. Erland, K. Leosson, P. M. W. Skovgaard, and J. M. Hvam, Phys. Rev. Lett. 86, 3008 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. P. L. Phillips, J. C. Knight, B. J. Mangan, P. St. J. Russell, M. D. B. Charlton, and G. J. Parker, J. Appl. Phys. 85, 6337 (1999).
    [CrossRef]
  8. E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, L. S. Goldner, R. J. Tonucci, E. L. Shirley, and G. W. Bryant, Phys. Rev. B 55, 10878 (1997).
    [CrossRef]
  9. G. W. Bryant, E. L. Shirley, L. S. Goldner, E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, and R. J. Tonucci, Phys. Rev. B 58, 2131 (1998).
    [CrossRef]
  10. C. D. Poweleit, D. H. Naghski, S. M. Lindsay, J. T. Boyd, and H. E. Jackson, Appl. Phys. Lett. 69, 3471 (1996).
    [CrossRef]

2001 (1)

S. I. Bozhevolnyi, J. Erland, K. Leosson, P. M. W. Skovgaard, and J. M. Hvam, Phys. Rev. Lett. 86, 3008 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

2000 (3)

M. Loncar, D. Nedeljkovic, T. Doll, J. Vuckovic, A. Scherer, and T. P. Pearsall, Appl. Phys. Lett. 77, 1937 (2000).
[CrossRef]

S. Noda, A. Chutinan, and M. Imada, Nature 407, 608 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

C. Sonnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

1999 (3)

P. L. Phillips, J. C. Knight, B. J. Mangan, P. St. J. Russell, M. D. B. Charlton, and G. J. Parker, J. Appl. Phys. 85, 6337 (1999).
[CrossRef]

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

T. Thio, H. F. Ghaemi, H. J. Lezec, P. A. Wolf, and T. W. Ebbesen, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1743 (1999).
[CrossRef]

1998 (1)

G. W. Bryant, E. L. Shirley, L. S. Goldner, E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, and R. J. Tonucci, Phys. Rev. B 58, 2131 (1998).
[CrossRef]

1997 (1)

E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, L. S. Goldner, R. J. Tonucci, E. L. Shirley, and G. W. Bryant, Phys. Rev. B 55, 10878 (1997).
[CrossRef]

1996 (1)

C. D. Poweleit, D. H. Naghski, S. M. Lindsay, J. T. Boyd, and H. E. Jackson, Appl. Phys. Lett. 69, 3471 (1996).
[CrossRef]

Boyd, J. T.

C. D. Poweleit, D. H. Naghski, S. M. Lindsay, J. T. Boyd, and H. E. Jackson, Appl. Phys. Lett. 69, 3471 (1996).
[CrossRef]

Bozhevolnyi, S. I.

S. I. Bozhevolnyi, J. Erland, K. Leosson, P. M. W. Skovgaard, and J. M. Hvam, Phys. Rev. Lett. 86, 3008 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Bryant, G. W.

G. W. Bryant, E. L. Shirley, L. S. Goldner, E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, and R. J. Tonucci, Phys. Rev. B 58, 2131 (1998).
[CrossRef]

E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, L. S. Goldner, R. J. Tonucci, E. L. Shirley, and G. W. Bryant, Phys. Rev. B 55, 10878 (1997).
[CrossRef]

Charlton, M. D. B.

P. L. Phillips, J. C. Knight, B. J. Mangan, P. St. J. Russell, M. D. B. Charlton, and G. J. Parker, J. Appl. Phys. 85, 6337 (1999).
[CrossRef]

Chutinan, A.

S. Noda, A. Chutinan, and M. Imada, Nature 407, 608 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Dapkus, P. D.

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Doll, T.

M. Loncar, D. Nedeljkovic, T. Doll, J. Vuckovic, A. Scherer, and T. P. Pearsall, Appl. Phys. Lett. 77, 1937 (2000).
[CrossRef]

Duch, A. C.

C. Sonnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

Ebbesen, T. W.

Erland, J.

S. I. Bozhevolnyi, J. Erland, K. Leosson, P. M. W. Skovgaard, and J. M. Hvam, Phys. Rev. Lett. 86, 3008 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Feldmann, J.

C. Sonnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

Ghaemi, H. F.

Goldner, L. S.

G. W. Bryant, E. L. Shirley, L. S. Goldner, E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, and R. J. Tonucci, Phys. Rev. B 58, 2131 (1998).
[CrossRef]

E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, L. S. Goldner, R. J. Tonucci, E. L. Shirley, and G. W. Bryant, Phys. Rev. B 55, 10878 (1997).
[CrossRef]

Hsu, J. W. P.

G. W. Bryant, E. L. Shirley, L. S. Goldner, E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, and R. J. Tonucci, Phys. Rev. B 58, 2131 (1998).
[CrossRef]

E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, L. S. Goldner, R. J. Tonucci, E. L. Shirley, and G. W. Bryant, Phys. Rev. B 55, 10878 (1997).
[CrossRef]

Hvam, J. M.

S. I. Bozhevolnyi, J. Erland, K. Leosson, P. M. W. Skovgaard, and J. M. Hvam, Phys. Rev. Lett. 86, 3008 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Imada, M.

S. Noda, A. Chutinan, and M. Imada, Nature 407, 608 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Jackson, H. E.

C. D. Poweleit, D. H. Naghski, S. M. Lindsay, J. T. Boyd, and H. E. Jackson, Appl. Phys. Lett. 69, 3471 (1996).
[CrossRef]

Kim, I.

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Knight, J. C.

P. L. Phillips, J. C. Knight, B. J. Mangan, P. St. J. Russell, M. D. B. Charlton, and G. J. Parker, J. Appl. Phys. 85, 6337 (1999).
[CrossRef]

Koch, M.

C. Sonnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

Lee, R. K.

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Leosson, K.

S. I. Bozhevolnyi, J. Erland, K. Leosson, P. M. W. Skovgaard, and J. M. Hvam, Phys. Rev. Lett. 86, 3008 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Lezec, H. J.

Lindsay, S. M.

C. D. Poweleit, D. H. Naghski, S. M. Lindsay, J. T. Boyd, and H. E. Jackson, Appl. Phys. Lett. 69, 3471 (1996).
[CrossRef]

Loncar, M.

M. Loncar, D. Nedeljkovic, T. Doll, J. Vuckovic, A. Scherer, and T. P. Pearsall, Appl. Phys. Lett. 77, 1937 (2000).
[CrossRef]

Mangan, B. J.

P. L. Phillips, J. C. Knight, B. J. Mangan, P. St. J. Russell, M. D. B. Charlton, and G. J. Parker, J. Appl. Phys. 85, 6337 (1999).
[CrossRef]

McDaniel, E. B.

G. W. Bryant, E. L. Shirley, L. S. Goldner, E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, and R. J. Tonucci, Phys. Rev. B 58, 2131 (1998).
[CrossRef]

E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, L. S. Goldner, R. J. Tonucci, E. L. Shirley, and G. W. Bryant, Phys. Rev. B 55, 10878 (1997).
[CrossRef]

Naghski, D. H.

C. D. Poweleit, D. H. Naghski, S. M. Lindsay, J. T. Boyd, and H. E. Jackson, Appl. Phys. Lett. 69, 3471 (1996).
[CrossRef]

Nedeljkovic, D.

M. Loncar, D. Nedeljkovic, T. Doll, J. Vuckovic, A. Scherer, and T. P. Pearsall, Appl. Phys. Lett. 77, 1937 (2000).
[CrossRef]

Noda, S.

S. Noda, A. Chutinan, and M. Imada, Nature 407, 608 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

O’Brien, J. D.

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Painter, O.

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Parker, G. J.

P. L. Phillips, J. C. Knight, B. J. Mangan, P. St. J. Russell, M. D. B. Charlton, and G. J. Parker, J. Appl. Phys. 85, 6337 (1999).
[CrossRef]

Pearsall, T. P.

M. Loncar, D. Nedeljkovic, T. Doll, J. Vuckovic, A. Scherer, and T. P. Pearsall, Appl. Phys. Lett. 77, 1937 (2000).
[CrossRef]

Phillips, P. L.

P. L. Phillips, J. C. Knight, B. J. Mangan, P. St. J. Russell, M. D. B. Charlton, and G. J. Parker, J. Appl. Phys. 85, 6337 (1999).
[CrossRef]

Poweleit, C. D.

C. D. Poweleit, D. H. Naghski, S. M. Lindsay, J. T. Boyd, and H. E. Jackson, Appl. Phys. Lett. 69, 3471 (1996).
[CrossRef]

Russell, P. St. J.

P. L. Phillips, J. C. Knight, B. J. Mangan, P. St. J. Russell, M. D. B. Charlton, and G. J. Parker, J. Appl. Phys. 85, 6337 (1999).
[CrossRef]

Scherer, A.

M. Loncar, D. Nedeljkovic, T. Doll, J. Vuckovic, A. Scherer, and T. P. Pearsall, Appl. Phys. Lett. 77, 1937 (2000).
[CrossRef]

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Shirley, E. L.

G. W. Bryant, E. L. Shirley, L. S. Goldner, E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, and R. J. Tonucci, Phys. Rev. B 58, 2131 (1998).
[CrossRef]

E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, L. S. Goldner, R. J. Tonucci, E. L. Shirley, and G. W. Bryant, Phys. Rev. B 55, 10878 (1997).
[CrossRef]

Skovgaard, P. M. W.

S. I. Bozhevolnyi, J. Erland, K. Leosson, P. M. W. Skovgaard, and J. M. Hvam, Phys. Rev. Lett. 86, 3008 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Sonnichsen, C.

C. Sonnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

Steininger, G.

C. Sonnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

Thio, T.

Tonucci, R. J.

G. W. Bryant, E. L. Shirley, L. S. Goldner, E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, and R. J. Tonucci, Phys. Rev. B 58, 2131 (1998).
[CrossRef]

E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, L. S. Goldner, R. J. Tonucci, E. L. Shirley, and G. W. Bryant, Phys. Rev. B 55, 10878 (1997).
[CrossRef]

von Plessen, G.

C. Sonnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

Vuckovic, J.

M. Loncar, D. Nedeljkovic, T. Doll, J. Vuckovic, A. Scherer, and T. P. Pearsall, Appl. Phys. Lett. 77, 1937 (2000).
[CrossRef]

Wolf, P. A.

Yariv, A.

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Phys. Lett. (3)

M. Loncar, D. Nedeljkovic, T. Doll, J. Vuckovic, A. Scherer, and T. P. Pearsall, Appl. Phys. Lett. 77, 1937 (2000).
[CrossRef]

C. Sonnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

C. D. Poweleit, D. H. Naghski, S. M. Lindsay, J. T. Boyd, and H. E. Jackson, Appl. Phys. Lett. 69, 3471 (1996).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

P. L. Phillips, J. C. Knight, B. J. Mangan, P. St. J. Russell, M. D. B. Charlton, and G. J. Parker, J. Appl. Phys. 85, 6337 (1999).
[CrossRef]

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

Nature (1)

S. Noda, A. Chutinan, and M. Imada, Nature 407, 608 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Phys. Rev. B (2)

E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, L. S. Goldner, R. J. Tonucci, E. L. Shirley, and G. W. Bryant, Phys. Rev. B 55, 10878 (1997).
[CrossRef]

G. W. Bryant, E. L. Shirley, L. S. Goldner, E. B. McDaniel, J. W. P. Hsu, and R. J. Tonucci, Phys. Rev. B 58, 2131 (1998).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (1)

S. I. Bozhevolnyi, J. Erland, K. Leosson, P. M. W. Skovgaard, and J. M. Hvam, Phys. Rev. Lett. 86, 3008 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Science (1)

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[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

Line scan of a hole in a NSOM transmission image (inset) of an array of 100-nm circular holes. The scan position and a scale bar are indicated on the image.

Fig. 2
Fig. 2

Schematic definition of the far-field flux Iff, core flux Icore, and backdiffracted light Ibd. Tip and film parameters are indicated.

Fig. 3
Fig. 3

Calculated far-field transmission line scans of a 100-nm hole. Scans are parallel and perpendicular to the field generated by the current source. The core flux at each scan position is shown. Icore and Iff are normalized by the core flux and transmission for a uniform film.

Fig. 4
Fig. 4

(a) Calculated far-field transmission, core flux, and backdiffracted flux for a tip above a uniform film with index nf. Each flux is normalized by the core flux for a tip in air by itself. The parameters are the same as for Fig. 3. (b) Comparison of Ibd/Iff and R/1-R, where R is the normal-incidence film reflectivity.

Metrics