Abstract

We extend the phase modulation method by in-plane diffractions from plane wave incidence to point source of surface plasmon polariton (SPP). A well-defined SPP focus is successfully realized from a point source under the diffraction by a carefully designed nanohole array, which is easy to layout in the future integrated optical circuits. With this method, the SPP Airy beam and finite plane wave are demonstrated as well, proving a general applicability of this modulation method. The proposed method and realized functions are expected of benefits for the future integration optics.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. W. L. Barnes, A. Dereux, and T. W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
    [CrossRef]
  2. M. U. González, J.-C. Weeber, A.-L. Baudrion, A. Dereux, A. L. Stepanov, J. R. Krenn, E. Devaux, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. B 73, 155416 (2006).
    [CrossRef]
  3. A. Drezet, D. Koller, A. Hohenau, A. Leitner, F. R. Aussenegg, and J. R. Krenn, Nano Lett. 7, 1697 (2007).
    [CrossRef]
  4. J. Wang, J. Zhang, X. Wu, H. Luo, and Q. Gong, Appl. Phys. Lett. 94, 081116 (2009).
    [CrossRef]
  5. R. M. Briggs, J. Grandidier, S. P. Burgos, E. Feigenbaum, and Harry A. Atwater, Nano Lett. 10, 4851 (2010).
    [CrossRef]
  6. L. Li, T. Li, S. M. Wang, C. Zhang, and S. N. Zhu, Phys. Rev. Lett. 107, 126804 (2011).
    [CrossRef]
  7. L. Li, T. Li, S. M. Wang, S. N. Zhu, and X. Zhang, Nano Lett. 11, 4357 (2011).
    [CrossRef]
  8. A. Drezet, A. Hohenau, D. Koller, A. Stepanov, H. Ditlbacher, B. Steinberger, F. R. Aussenegg, A. Leitner, and J. R. Krenn, Mater. Sci. Eng. B 149, 220 (2008).
    [CrossRef]
  9. I. I. Smolyaninov, D. L. Mazzoni, J. Mait, and C. C. Davis, Phys. Rev. B 56, 1601 (1997).
    [CrossRef]
  10. C. Zhao and J. Zhang, Opt. Lett. 34, 2417 (2009).
    [CrossRef]
  11. P. Zhang, S. Wang, Y. Liu, X. Yin, C. Lu, Z. Chen, and X. Zhang, Opt. Lett. 36, 3191 (2011).
    [CrossRef]
  12. A. Minovich, A. E. Klein, N. Janunts, T. Pertsch, D. N. Neshev, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. Lett. 107, 116802 (2011).
    [CrossRef]

2011 (4)

L. Li, T. Li, S. M. Wang, C. Zhang, and S. N. Zhu, Phys. Rev. Lett. 107, 126804 (2011).
[CrossRef]

L. Li, T. Li, S. M. Wang, S. N. Zhu, and X. Zhang, Nano Lett. 11, 4357 (2011).
[CrossRef]

A. Minovich, A. E. Klein, N. Janunts, T. Pertsch, D. N. Neshev, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. Lett. 107, 116802 (2011).
[CrossRef]

P. Zhang, S. Wang, Y. Liu, X. Yin, C. Lu, Z. Chen, and X. Zhang, Opt. Lett. 36, 3191 (2011).
[CrossRef]

2010 (1)

R. M. Briggs, J. Grandidier, S. P. Burgos, E. Feigenbaum, and Harry A. Atwater, Nano Lett. 10, 4851 (2010).
[CrossRef]

2009 (2)

C. Zhao and J. Zhang, Opt. Lett. 34, 2417 (2009).
[CrossRef]

J. Wang, J. Zhang, X. Wu, H. Luo, and Q. Gong, Appl. Phys. Lett. 94, 081116 (2009).
[CrossRef]

2008 (1)

A. Drezet, A. Hohenau, D. Koller, A. Stepanov, H. Ditlbacher, B. Steinberger, F. R. Aussenegg, A. Leitner, and J. R. Krenn, Mater. Sci. Eng. B 149, 220 (2008).
[CrossRef]

2007 (1)

A. Drezet, D. Koller, A. Hohenau, A. Leitner, F. R. Aussenegg, and J. R. Krenn, Nano Lett. 7, 1697 (2007).
[CrossRef]

2006 (1)

M. U. González, J.-C. Weeber, A.-L. Baudrion, A. Dereux, A. L. Stepanov, J. R. Krenn, E. Devaux, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. B 73, 155416 (2006).
[CrossRef]

2003 (1)

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

1997 (1)

I. I. Smolyaninov, D. L. Mazzoni, J. Mait, and C. C. Davis, Phys. Rev. B 56, 1601 (1997).
[CrossRef]

Atwater, Harry A.

R. M. Briggs, J. Grandidier, S. P. Burgos, E. Feigenbaum, and Harry A. Atwater, Nano Lett. 10, 4851 (2010).
[CrossRef]

Aussenegg, F. R.

A. Drezet, A. Hohenau, D. Koller, A. Stepanov, H. Ditlbacher, B. Steinberger, F. R. Aussenegg, A. Leitner, and J. R. Krenn, Mater. Sci. Eng. B 149, 220 (2008).
[CrossRef]

A. Drezet, D. Koller, A. Hohenau, A. Leitner, F. R. Aussenegg, and J. R. Krenn, Nano Lett. 7, 1697 (2007).
[CrossRef]

Barnes, W. L.

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

Baudrion, A.-L.

M. U. González, J.-C. Weeber, A.-L. Baudrion, A. Dereux, A. L. Stepanov, J. R. Krenn, E. Devaux, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. B 73, 155416 (2006).
[CrossRef]

Briggs, R. M.

R. M. Briggs, J. Grandidier, S. P. Burgos, E. Feigenbaum, and Harry A. Atwater, Nano Lett. 10, 4851 (2010).
[CrossRef]

Burgos, S. P.

R. M. Briggs, J. Grandidier, S. P. Burgos, E. Feigenbaum, and Harry A. Atwater, Nano Lett. 10, 4851 (2010).
[CrossRef]

Chen, Z.

Davis, C. C.

I. I. Smolyaninov, D. L. Mazzoni, J. Mait, and C. C. Davis, Phys. Rev. B 56, 1601 (1997).
[CrossRef]

Dereux, A.

M. U. González, J.-C. Weeber, A.-L. Baudrion, A. Dereux, A. L. Stepanov, J. R. Krenn, E. Devaux, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. B 73, 155416 (2006).
[CrossRef]

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

Devaux, E.

M. U. González, J.-C. Weeber, A.-L. Baudrion, A. Dereux, A. L. Stepanov, J. R. Krenn, E. Devaux, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. B 73, 155416 (2006).
[CrossRef]

Ditlbacher, H.

A. Drezet, A. Hohenau, D. Koller, A. Stepanov, H. Ditlbacher, B. Steinberger, F. R. Aussenegg, A. Leitner, and J. R. Krenn, Mater. Sci. Eng. B 149, 220 (2008).
[CrossRef]

Drezet, A.

A. Drezet, A. Hohenau, D. Koller, A. Stepanov, H. Ditlbacher, B. Steinberger, F. R. Aussenegg, A. Leitner, and J. R. Krenn, Mater. Sci. Eng. B 149, 220 (2008).
[CrossRef]

A. Drezet, D. Koller, A. Hohenau, A. Leitner, F. R. Aussenegg, and J. R. Krenn, Nano Lett. 7, 1697 (2007).
[CrossRef]

Ebbesen, T. W.

M. U. González, J.-C. Weeber, A.-L. Baudrion, A. Dereux, A. L. Stepanov, J. R. Krenn, E. Devaux, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. B 73, 155416 (2006).
[CrossRef]

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

Feigenbaum, E.

R. M. Briggs, J. Grandidier, S. P. Burgos, E. Feigenbaum, and Harry A. Atwater, Nano Lett. 10, 4851 (2010).
[CrossRef]

Gong, Q.

J. Wang, J. Zhang, X. Wu, H. Luo, and Q. Gong, Appl. Phys. Lett. 94, 081116 (2009).
[CrossRef]

González, M. U.

M. U. González, J.-C. Weeber, A.-L. Baudrion, A. Dereux, A. L. Stepanov, J. R. Krenn, E. Devaux, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. B 73, 155416 (2006).
[CrossRef]

Grandidier, J.

R. M. Briggs, J. Grandidier, S. P. Burgos, E. Feigenbaum, and Harry A. Atwater, Nano Lett. 10, 4851 (2010).
[CrossRef]

Hohenau, A.

A. Drezet, A. Hohenau, D. Koller, A. Stepanov, H. Ditlbacher, B. Steinberger, F. R. Aussenegg, A. Leitner, and J. R. Krenn, Mater. Sci. Eng. B 149, 220 (2008).
[CrossRef]

A. Drezet, D. Koller, A. Hohenau, A. Leitner, F. R. Aussenegg, and J. R. Krenn, Nano Lett. 7, 1697 (2007).
[CrossRef]

Janunts, N.

A. Minovich, A. E. Klein, N. Janunts, T. Pertsch, D. N. Neshev, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. Lett. 107, 116802 (2011).
[CrossRef]

Kivshar, Y. S.

A. Minovich, A. E. Klein, N. Janunts, T. Pertsch, D. N. Neshev, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. Lett. 107, 116802 (2011).
[CrossRef]

Klein, A. E.

A. Minovich, A. E. Klein, N. Janunts, T. Pertsch, D. N. Neshev, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. Lett. 107, 116802 (2011).
[CrossRef]

Koller, D.

A. Drezet, A. Hohenau, D. Koller, A. Stepanov, H. Ditlbacher, B. Steinberger, F. R. Aussenegg, A. Leitner, and J. R. Krenn, Mater. Sci. Eng. B 149, 220 (2008).
[CrossRef]

A. Drezet, D. Koller, A. Hohenau, A. Leitner, F. R. Aussenegg, and J. R. Krenn, Nano Lett. 7, 1697 (2007).
[CrossRef]

Krenn, J. R.

A. Drezet, A. Hohenau, D. Koller, A. Stepanov, H. Ditlbacher, B. Steinberger, F. R. Aussenegg, A. Leitner, and J. R. Krenn, Mater. Sci. Eng. B 149, 220 (2008).
[CrossRef]

A. Drezet, D. Koller, A. Hohenau, A. Leitner, F. R. Aussenegg, and J. R. Krenn, Nano Lett. 7, 1697 (2007).
[CrossRef]

M. U. González, J.-C. Weeber, A.-L. Baudrion, A. Dereux, A. L. Stepanov, J. R. Krenn, E. Devaux, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. B 73, 155416 (2006).
[CrossRef]

Leitner, A.

A. Drezet, A. Hohenau, D. Koller, A. Stepanov, H. Ditlbacher, B. Steinberger, F. R. Aussenegg, A. Leitner, and J. R. Krenn, Mater. Sci. Eng. B 149, 220 (2008).
[CrossRef]

A. Drezet, D. Koller, A. Hohenau, A. Leitner, F. R. Aussenegg, and J. R. Krenn, Nano Lett. 7, 1697 (2007).
[CrossRef]

Li, L.

L. Li, T. Li, S. M. Wang, S. N. Zhu, and X. Zhang, Nano Lett. 11, 4357 (2011).
[CrossRef]

L. Li, T. Li, S. M. Wang, C. Zhang, and S. N. Zhu, Phys. Rev. Lett. 107, 126804 (2011).
[CrossRef]

Li, T.

L. Li, T. Li, S. M. Wang, C. Zhang, and S. N. Zhu, Phys. Rev. Lett. 107, 126804 (2011).
[CrossRef]

L. Li, T. Li, S. M. Wang, S. N. Zhu, and X. Zhang, Nano Lett. 11, 4357 (2011).
[CrossRef]

Liu, Y.

Lu, C.

Luo, H.

J. Wang, J. Zhang, X. Wu, H. Luo, and Q. Gong, Appl. Phys. Lett. 94, 081116 (2009).
[CrossRef]

Mait, J.

I. I. Smolyaninov, D. L. Mazzoni, J. Mait, and C. C. Davis, Phys. Rev. B 56, 1601 (1997).
[CrossRef]

Mazzoni, D. L.

I. I. Smolyaninov, D. L. Mazzoni, J. Mait, and C. C. Davis, Phys. Rev. B 56, 1601 (1997).
[CrossRef]

Minovich, A.

A. Minovich, A. E. Klein, N. Janunts, T. Pertsch, D. N. Neshev, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. Lett. 107, 116802 (2011).
[CrossRef]

Neshev, D. N.

A. Minovich, A. E. Klein, N. Janunts, T. Pertsch, D. N. Neshev, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. Lett. 107, 116802 (2011).
[CrossRef]

Pertsch, T.

A. Minovich, A. E. Klein, N. Janunts, T. Pertsch, D. N. Neshev, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. Lett. 107, 116802 (2011).
[CrossRef]

Smolyaninov, I. I.

I. I. Smolyaninov, D. L. Mazzoni, J. Mait, and C. C. Davis, Phys. Rev. B 56, 1601 (1997).
[CrossRef]

Steinberger, B.

A. Drezet, A. Hohenau, D. Koller, A. Stepanov, H. Ditlbacher, B. Steinberger, F. R. Aussenegg, A. Leitner, and J. R. Krenn, Mater. Sci. Eng. B 149, 220 (2008).
[CrossRef]

Stepanov, A.

A. Drezet, A. Hohenau, D. Koller, A. Stepanov, H. Ditlbacher, B. Steinberger, F. R. Aussenegg, A. Leitner, and J. R. Krenn, Mater. Sci. Eng. B 149, 220 (2008).
[CrossRef]

Stepanov, A. L.

M. U. González, J.-C. Weeber, A.-L. Baudrion, A. Dereux, A. L. Stepanov, J. R. Krenn, E. Devaux, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. B 73, 155416 (2006).
[CrossRef]

Wang, J.

J. Wang, J. Zhang, X. Wu, H. Luo, and Q. Gong, Appl. Phys. Lett. 94, 081116 (2009).
[CrossRef]

Wang, S.

Wang, S. M.

L. Li, T. Li, S. M. Wang, S. N. Zhu, and X. Zhang, Nano Lett. 11, 4357 (2011).
[CrossRef]

L. Li, T. Li, S. M. Wang, C. Zhang, and S. N. Zhu, Phys. Rev. Lett. 107, 126804 (2011).
[CrossRef]

Weeber, J.-C.

M. U. González, J.-C. Weeber, A.-L. Baudrion, A. Dereux, A. L. Stepanov, J. R. Krenn, E. Devaux, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. B 73, 155416 (2006).
[CrossRef]

Wu, X.

J. Wang, J. Zhang, X. Wu, H. Luo, and Q. Gong, Appl. Phys. Lett. 94, 081116 (2009).
[CrossRef]

Yin, X.

Zhang, C.

L. Li, T. Li, S. M. Wang, C. Zhang, and S. N. Zhu, Phys. Rev. Lett. 107, 126804 (2011).
[CrossRef]

Zhang, J.

C. Zhao and J. Zhang, Opt. Lett. 34, 2417 (2009).
[CrossRef]

J. Wang, J. Zhang, X. Wu, H. Luo, and Q. Gong, Appl. Phys. Lett. 94, 081116 (2009).
[CrossRef]

Zhang, P.

Zhang, X.

P. Zhang, S. Wang, Y. Liu, X. Yin, C. Lu, Z. Chen, and X. Zhang, Opt. Lett. 36, 3191 (2011).
[CrossRef]

L. Li, T. Li, S. M. Wang, S. N. Zhu, and X. Zhang, Nano Lett. 11, 4357 (2011).
[CrossRef]

Zhao, C.

Zhu, S. N.

L. Li, T. Li, S. M. Wang, C. Zhang, and S. N. Zhu, Phys. Rev. Lett. 107, 126804 (2011).
[CrossRef]

L. Li, T. Li, S. M. Wang, S. N. Zhu, and X. Zhang, Nano Lett. 11, 4357 (2011).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

J. Wang, J. Zhang, X. Wu, H. Luo, and Q. Gong, Appl. Phys. Lett. 94, 081116 (2009).
[CrossRef]

Mater. Sci. Eng. B (1)

A. Drezet, A. Hohenau, D. Koller, A. Stepanov, H. Ditlbacher, B. Steinberger, F. R. Aussenegg, A. Leitner, and J. R. Krenn, Mater. Sci. Eng. B 149, 220 (2008).
[CrossRef]

Nano Lett. (3)

A. Drezet, D. Koller, A. Hohenau, A. Leitner, F. R. Aussenegg, and J. R. Krenn, Nano Lett. 7, 1697 (2007).
[CrossRef]

L. Li, T. Li, S. M. Wang, S. N. Zhu, and X. Zhang, Nano Lett. 11, 4357 (2011).
[CrossRef]

R. M. Briggs, J. Grandidier, S. P. Burgos, E. Feigenbaum, and Harry A. Atwater, Nano Lett. 10, 4851 (2010).
[CrossRef]

Nature (1)

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

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. B (2)

M. U. González, J.-C. Weeber, A.-L. Baudrion, A. Dereux, A. L. Stepanov, J. R. Krenn, E. Devaux, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. B 73, 155416 (2006).
[CrossRef]

I. I. Smolyaninov, D. L. Mazzoni, J. Mait, and C. C. Davis, Phys. Rev. B 56, 1601 (1997).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (2)

A. Minovich, A. E. Klein, N. Janunts, T. Pertsch, D. N. Neshev, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. Lett. 107, 116802 (2011).
[CrossRef]

L. Li, T. Li, S. M. Wang, C. Zhang, and S. N. Zhu, Phys. Rev. Lett. 107, 126804 (2011).
[CrossRef]

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.

Schematics of diffraction principle of SPPs for (a) plane wave incidence and (b) point source incidence.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Schematic of SPP focus design from a point source. (b) Top-view SEM image of sample fabricated by FIB. Inset is a part of designed array coordinates, where the array center in z axis is about z=5μm, and point source locates at (z0=0μm, x0=25μm). (c) Experimental result recorded by LRM and (d) calculated one. Scale bar of 10 μm. (e) Profiles of the focal spot for experiment (solid curve) and calculation (dash curve). The green and red curves are in z direction (longitudinal), and the blue and black ones in x direction (transverse).

Fig. 3.
Fig. 3.

(a) Calculated result of Airy beam design from point source. Inset, the design data of nanopoints positions. (b) Experimental result and inset, the experimental curve of the main beam together with the analytical one. Scale bar of 10 μm.

Fig. 4.
Fig. 4.

(a) Calculated result of SPP finite plane wave from point source. Inset, the design data of nanopoints positions. (b) Experimental result. Scale bar of 10 μm.

Equations (3)

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

sinθn=x0ln(x0ln)2+z02=x0nbn(x0nbn)2+z02,
φn=nΔφn=nksppbnx0nbn(x0nbn)2+z022nπ.
ψ(x)=23(xxa)3/2π4,

Metrics