Abstract

We studied the role of surface-plasmon polaritons (SPPs) in a bandpass transmission property of two-dimensional metal hole arrays (2D-MHAs) by investigating the effect of thin dielectric layers on the 2D-MHA surfaces. We measured zero-order transmission spectra of the 2D-MHAs by changing the thickness of the dielectric layer and found that the bandpass transmission peak shifted to the lower-frequency side with increasing layer thickness, owing to the change of the resonant frequency of the SPP. This result shows that SPPs play a crucial role in the transmission property of 2D-MHAs in the terahertz region.

© 2005 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. Dereux, and T. W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
    [CrossRef]
  4. D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, K. M. Pellerin, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
    [CrossRef]
  5. A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
    [CrossRef]
  6. 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]
  7. A. Degiron, H. J. Lezec, W. L. Barnes, and T. W. Ebbesen, Appl. Phys. Lett. 81, 4327 (2002).
    [CrossRef]
  8. T. K. Wu, Frequency Selective Surface and Grid Array (Wiley, New York, 1995).
  9. C. Winnewisser, F. T. Lewen, M. Schall, M. Walther, and H. Helm, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 48, 744 (2000).
    [CrossRef]
  10. T. Tanaka, M. Akazawa, and E. Sano, Jpn. J. Appl. Phys. Part 2 43, L287 (2004).
    [CrossRef]
  11. H. Cao and A. Nahata, Opt. Express 12, 1004 (2004), http://www.opticsexpress.org.
    [CrossRef] [PubMed]
  12. D. Qu, D. Grischkowsky, and W. Zhang, Opt. Lett. 29, 896 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. J. Gómez Rivas, C. Schotsch, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, Phys. Rev. B 68, 201306 (2004).
    [CrossRef]
  14. J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Science 305, 847 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. F. Miyamaru and M. Hangyo, Appl. Phys. Lett. 84, 2742 (2004).
    [CrossRef]
  16. S. Nashima, O. Morikawa, K. Takata, and M. Hangyo, J. Appl. Phys. 90, 837 (2001).
    [CrossRef]
  17. H. Raether, Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Gratings (Springer-Verlag, Berlin, 1988).
  18. I. Pockrand, Surf. Sci. 72, 577 (1978).
    [CrossRef]

2004 (6)

T. Tanaka, M. Akazawa, and E. Sano, Jpn. J. Appl. Phys. Part 2 43, L287 (2004).
[CrossRef]

H. Cao and A. Nahata, Opt. Express 12, 1004 (2004), http://www.opticsexpress.org.
[CrossRef] [PubMed]

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

J. Gómez Rivas, C. Schotsch, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, Phys. Rev. B 68, 201306 (2004).
[CrossRef]

J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Science 305, 847 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

F. Miyamaru and M. Hangyo, Appl. Phys. Lett. 84, 2742 (2004).
[CrossRef]

2003 (1)

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

2002 (1)

A. Degiron, H. J. Lezec, W. L. Barnes, and T. W. Ebbesen, Appl. Phys. Lett. 81, 4327 (2002).
[CrossRef]

2001 (3)

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[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]

S. Nashima, O. Morikawa, K. Takata, and M. Hangyo, J. Appl. Phys. 90, 837 (2001).
[CrossRef]

2000 (2)

C. Winnewisser, F. T. Lewen, M. Schall, M. Walther, and H. Helm, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 48, 744 (2000).
[CrossRef]

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

1998 (2)

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]

1978 (1)

I. Pockrand, Surf. Sci. 72, 577 (1978).
[CrossRef]

Akazawa, M.

T. Tanaka, M. Akazawa, and E. Sano, Jpn. J. Appl. Phys. Part 2 43, L287 (2004).
[CrossRef]

Barnes, W. L.

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

A. Degiron, H. J. Lezec, W. L. Barnes, and T. W. Ebbesen, Appl. Phys. Lett. 81, 4327 (2002).
[CrossRef]

Bolivar, P. Haring

J. Gómez Rivas, C. Schotsch, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, Phys. Rev. B 68, 201306 (2004).
[CrossRef]

Cao, H.

Degiron, A.

A. Degiron, H. J. Lezec, W. L. Barnes, and T. W. Ebbesen, Appl. Phys. Lett. 81, 4327 (2002).
[CrossRef]

Dereux, A.

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

Ebbesen, T. W.

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

A. Degiron, H. J. Lezec, W. L. Barnes, and T. W. Ebbesen, Appl. Phys. Lett. 81, 4327 (2002).
[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]

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

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

García-Vidal, F. J.

J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Science 305, 847 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[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]

Ghaemi, H. F.

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]

Grischkowsky, D.

Grupp, D. E.

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

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

Hangyo, M.

F. Miyamaru and M. Hangyo, Appl. Phys. Lett. 84, 2742 (2004).
[CrossRef]

S. Nashima, O. Morikawa, K. Takata, and M. Hangyo, J. Appl. Phys. 90, 837 (2001).
[CrossRef]

Helm, H.

C. Winnewisser, F. T. Lewen, M. Schall, M. Walther, and H. Helm, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 48, 744 (2000).
[CrossRef]

Kim, T. J.

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

Krishnan, A.

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

Kurz, H.

J. Gómez Rivas, C. Schotsch, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, Phys. Rev. B 68, 201306 (2004).
[CrossRef]

Lewen, F. T.

C. Winnewisser, F. T. Lewen, M. Schall, M. Walther, and H. Helm, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 48, 744 (2000).
[CrossRef]

Lezec, H. J.

A. Degiron, H. J. Lezec, W. L. Barnes, and T. W. Ebbesen, Appl. Phys. Lett. 81, 4327 (2002).
[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]

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

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

Martín-Moreno, L.

J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Science 305, 847 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

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]

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

Miyamaru, F.

F. Miyamaru and M. Hangyo, Appl. Phys. Lett. 84, 2742 (2004).
[CrossRef]

Morikawa, O.

S. Nashima, O. Morikawa, K. Takata, and M. Hangyo, J. Appl. Phys. 90, 837 (2001).
[CrossRef]

Nahata, A.

Nashima, S.

S. Nashima, O. Morikawa, K. Takata, and M. Hangyo, J. Appl. Phys. 90, 837 (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, T. W. Ebbesen, K. M. Pellerin, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
[CrossRef]

Pendry, J. B.

J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Science 305, 847 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

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]

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

Pockrand, I.

I. Pockrand, Surf. Sci. 72, 577 (1978).
[CrossRef]

Qu, D.

Raether, H.

H. Raether, Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Gratings (Springer-Verlag, Berlin, 1988).

Rivas, J. Gómez

J. Gómez Rivas, C. Schotsch, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, Phys. Rev. B 68, 201306 (2004).
[CrossRef]

Sano, E.

T. Tanaka, M. Akazawa, and E. Sano, Jpn. J. Appl. Phys. Part 2 43, L287 (2004).
[CrossRef]

Schall, M.

C. Winnewisser, F. T. Lewen, M. Schall, M. Walther, and H. Helm, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 48, 744 (2000).
[CrossRef]

Schotsch, C.

J. Gómez Rivas, C. Schotsch, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, Phys. Rev. B 68, 201306 (2004).
[CrossRef]

Takata, K.

S. Nashima, O. Morikawa, K. Takata, and M. Hangyo, J. Appl. Phys. 90, 837 (2001).
[CrossRef]

Tanaka, T.

T. Tanaka, M. Akazawa, and E. Sano, Jpn. J. Appl. Phys. Part 2 43, L287 (2004).
[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]

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

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

Walther, M.

C. Winnewisser, F. T. Lewen, M. Schall, M. Walther, and H. Helm, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 48, 744 (2000).
[CrossRef]

Winnewisser, C.

C. Winnewisser, F. T. Lewen, M. Schall, M. Walther, and H. Helm, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 48, 744 (2000).
[CrossRef]

Wolff, P. A.

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

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

Wu, T. K.

T. K. Wu, Frequency Selective Surface and Grid Array (Wiley, New York, 1995).

Zhang, W.

Appl. Phys. Lett. (3)

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

A. Degiron, H. J. Lezec, W. L. Barnes, and T. W. Ebbesen, Appl. Phys. Lett. 81, 4327 (2002).
[CrossRef]

F. Miyamaru and M. Hangyo, Appl. Phys. Lett. 84, 2742 (2004).
[CrossRef]

IEEE Trans. Microwave Theory Tech. (1)

C. Winnewisser, F. T. Lewen, M. Schall, M. Walther, and H. Helm, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 48, 744 (2000).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

S. Nashima, O. Morikawa, K. Takata, and M. Hangyo, J. Appl. Phys. 90, 837 (2001).
[CrossRef]

Jpn. J. Appl. Phys. Part 2 (1)

T. Tanaka, M. Akazawa, and E. Sano, Jpn. J. Appl. Phys. Part 2 43, L287 (2004).
[CrossRef]

Nature (2)

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

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

Opt. Commun. (1)

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. B (2)

J. Gómez Rivas, C. Schotsch, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, Phys. Rev. B 68, 201306 (2004).
[CrossRef]

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

Phys. Rev. Lett. (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]

Science (1)

J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Science 305, 847 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Surf. Sci. (1)

I. Pockrand, Surf. Sci. 72, 577 (1978).
[CrossRef]

Other (2)

H. Raether, Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Gratings (Springer-Verlag, Berlin, 1988).

T. K. Wu, Frequency Selective Surface and Grid Array (Wiley, New York, 1995).

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

Schematic of a 2D-MHA with dielectric film.

Fig. 2
Fig. 2

Measured transmission spectra of the 2D-MHA with dielectric films with various thicknesses.

Fig. 3
Fig. 3

Transmittance at peak frequency as a function of dielectric film thickness when the film is attached to the output surface and to both surfaces of the 2D-MHA.

Equations (1)

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

f SPP = k in + G c 2 π ( ε m + ε d ε m ε d ) 1 2 ,

Metrics