Abstract

A well-developed phase modulation method is utilized to design a nanogroove grating for a desired diffraction process, which gives rise to the conversion of a surface plasmon wave to an Airy-like radiation beam. Experiments and simulations revealed the unique characteristics of the generated Airy-like beam, such as nonspreading, self-bending, and self-healing. Our result confirms the validation of the diffraction strategy for beam engineering in conversions and possibly indicates wider applications in broader areas.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).
    [CrossRef]
  2. S. Kim, Y. Lim, H. Kim, J. Park, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 92, 013103 (2008).
    [CrossRef]
  3. N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pflugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nat. Photonics 2, 564 (2008).
    [CrossRef]
  4. P. Genevet, J. Lin, M. A. Kats, and F. Capasso, Nat. Commun. 3, 1278 (2012).
    [CrossRef]
  5. Y.-H. Chen, L. Huang, L. Gan, and Z.-Y. Li, Light Sci. Appl.1, e26 (2012).
  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. L. Li, T. Li, S. M. Wang, and S. N. Zhu, Opt. Lett. 37, 5091 (2012).
    [CrossRef]
  9. G. A. Siviloglou, J. Broky, A. Dogariu, and D. N. Christodoulides, Phys. Rev. Lett. 99, 213901 (2007).
    [CrossRef]
  10. G. A. Siviloglou and D. N. Christodoulides, Opt. Lett. 32, 979 (2007).
    [CrossRef]
  11. G. A. Siviloglou, J. Broky, A. Dogariu, and D. N. Christodoulides, Opt. Lett. 33, 207 (2008).
    [CrossRef]
  12. J. Baumgartl, M. Mazilu, and K. Dholakia, Nat. Photonics 2, 675 (2008).
    [CrossRef]
  13. I. Kaminer, R. Bekenstein, J. Nemirovsky, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 108, 163901 (2012).
    [CrossRef]
  14. P. Zhang, Y. Hu, T. C. Li, D. Cannan, X. B. Yin, R. Morandotti, Z. G. Chen, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 109, 193901 (2012).
    [CrossRef]
  15. I. Dolev, I. Epstein, and A. Aire, Phys. Rev. Lett. 109, 203903 (2012).
    [CrossRef]
  16. D. M. Cottrell, J. A. Davis, and T. M. Hazard, Opt. Lett. 34, 2634 (2009).
    [CrossRef]
  17. A. Minovich, A. E. Klein, N. Janunts, T. Pertsch, D. N. Neshev, and Y. S. Kivshar, Phys. Rev. Lett. 107, 116802 (2011).
    [CrossRef]

2012

P. Genevet, J. Lin, M. A. Kats, and F. Capasso, Nat. Commun. 3, 1278 (2012).
[CrossRef]

I. Kaminer, R. Bekenstein, J. Nemirovsky, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 108, 163901 (2012).
[CrossRef]

P. Zhang, Y. Hu, T. C. Li, D. Cannan, X. B. Yin, R. Morandotti, Z. G. Chen, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 109, 193901 (2012).
[CrossRef]

I. Dolev, I. Epstein, and A. Aire, Phys. Rev. Lett. 109, 203903 (2012).
[CrossRef]

L. Li, T. Li, S. M. Wang, and S. N. Zhu, Opt. Lett. 37, 5091 (2012).
[CrossRef]

2011

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]

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

2009

2008

G. A. Siviloglou, J. Broky, A. Dogariu, and D. N. Christodoulides, Opt. Lett. 33, 207 (2008).
[CrossRef]

S. Kim, Y. Lim, H. Kim, J. Park, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 92, 013103 (2008).
[CrossRef]

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pflugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nat. Photonics 2, 564 (2008).
[CrossRef]

J. Baumgartl, M. Mazilu, and K. Dholakia, Nat. Photonics 2, 675 (2008).
[CrossRef]

2007

G. A. Siviloglou, J. Broky, A. Dogariu, and D. N. Christodoulides, Phys. Rev. Lett. 99, 213901 (2007).
[CrossRef]

G. A. Siviloglou and D. N. Christodoulides, Opt. Lett. 32, 979 (2007).
[CrossRef]

2002

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).
[CrossRef]

Aire, A.

I. Dolev, I. Epstein, and A. Aire, Phys. Rev. Lett. 109, 203903 (2012).
[CrossRef]

Baumgartl, J.

J. Baumgartl, M. Mazilu, and K. Dholakia, Nat. Photonics 2, 675 (2008).
[CrossRef]

Bekenstein, R.

I. Kaminer, R. Bekenstein, J. Nemirovsky, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 108, 163901 (2012).
[CrossRef]

Broky, J.

G. A. Siviloglou, J. Broky, A. Dogariu, and D. N. Christodoulides, Opt. Lett. 33, 207 (2008).
[CrossRef]

G. A. Siviloglou, J. Broky, A. Dogariu, and D. N. Christodoulides, Phys. Rev. Lett. 99, 213901 (2007).
[CrossRef]

Cannan, D.

P. Zhang, Y. Hu, T. C. Li, D. Cannan, X. B. Yin, R. Morandotti, Z. G. Chen, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 109, 193901 (2012).
[CrossRef]

Capasso, F.

P. Genevet, J. Lin, M. A. Kats, and F. Capasso, Nat. Commun. 3, 1278 (2012).
[CrossRef]

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pflugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nat. Photonics 2, 564 (2008).
[CrossRef]

Chen, Y.-H.

Y.-H. Chen, L. Huang, L. Gan, and Z.-Y. Li, Light Sci. Appl.1, e26 (2012).

Chen, Z. G.

P. Zhang, Y. Hu, T. C. Li, D. Cannan, X. B. Yin, R. Morandotti, Z. G. Chen, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 109, 193901 (2012).
[CrossRef]

Christodoulides, D. N.

Cottrell, D. M.

Davis, J. A.

Degiron, A.

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).
[CrossRef]

Devaux, E.

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).
[CrossRef]

Dholakia, K.

J. Baumgartl, M. Mazilu, and K. Dholakia, Nat. Photonics 2, 675 (2008).
[CrossRef]

Diehl, L.

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pflugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nat. Photonics 2, 564 (2008).
[CrossRef]

Dogariu, A.

G. A. Siviloglou, J. Broky, A. Dogariu, and D. N. Christodoulides, Opt. Lett. 33, 207 (2008).
[CrossRef]

G. A. Siviloglou, J. Broky, A. Dogariu, and D. N. Christodoulides, Phys. Rev. Lett. 99, 213901 (2007).
[CrossRef]

Dolev, I.

I. Dolev, I. Epstein, and A. Aire, Phys. Rev. Lett. 109, 203903 (2012).
[CrossRef]

Ebbesen, T. W.

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).
[CrossRef]

Edamura, T.

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pflugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nat. Photonics 2, 564 (2008).
[CrossRef]

Epstein, I.

I. Dolev, I. Epstein, and A. Aire, Phys. Rev. Lett. 109, 203903 (2012).
[CrossRef]

Fan, J.

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pflugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nat. Photonics 2, 564 (2008).
[CrossRef]

Gan, L.

Y.-H. Chen, L. Huang, L. Gan, and Z.-Y. Li, Light Sci. Appl.1, e26 (2012).

Garcia-Vidal, F. J.

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).
[CrossRef]

Genevet, P.

P. Genevet, J. Lin, M. A. Kats, and F. Capasso, Nat. Commun. 3, 1278 (2012).
[CrossRef]

Hazard, T. M.

Hu, Y.

P. Zhang, Y. Hu, T. C. Li, D. Cannan, X. B. Yin, R. Morandotti, Z. G. Chen, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 109, 193901 (2012).
[CrossRef]

Huang, L.

Y.-H. Chen, L. Huang, L. Gan, and Z.-Y. Li, Light Sci. Appl.1, e26 (2012).

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]

Kaminer, I.

I. Kaminer, R. Bekenstein, J. Nemirovsky, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 108, 163901 (2012).
[CrossRef]

Kan, H.

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pflugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nat. Photonics 2, 564 (2008).
[CrossRef]

Kats, M. A.

P. Genevet, J. Lin, M. A. Kats, and F. Capasso, Nat. Commun. 3, 1278 (2012).
[CrossRef]

Kim, H.

S. Kim, Y. Lim, H. Kim, J. Park, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 92, 013103 (2008).
[CrossRef]

Kim, S.

S. Kim, Y. Lim, H. Kim, J. Park, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 92, 013103 (2008).
[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]

Lee, B.

S. Kim, Y. Lim, H. Kim, J. Park, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 92, 013103 (2008).
[CrossRef]

Lezec, H. J.

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).
[CrossRef]

Li, L.

L. Li, T. Li, S. M. Wang, and S. N. Zhu, Opt. Lett. 37, 5091 (2012).
[CrossRef]

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]

Li, T.

L. Li, T. Li, S. M. Wang, and S. N. Zhu, Opt. Lett. 37, 5091 (2012).
[CrossRef]

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]

Li, T. C.

P. Zhang, Y. Hu, T. C. Li, D. Cannan, X. B. Yin, R. Morandotti, Z. G. Chen, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 109, 193901 (2012).
[CrossRef]

Li, Z.-Y.

Y.-H. Chen, L. Huang, L. Gan, and Z.-Y. Li, Light Sci. Appl.1, e26 (2012).

Lim, Y.

S. Kim, Y. Lim, H. Kim, J. Park, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 92, 013103 (2008).
[CrossRef]

Lin, J.

P. Genevet, J. Lin, M. A. Kats, and F. Capasso, Nat. Commun. 3, 1278 (2012).
[CrossRef]

Linke, R. A.

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).
[CrossRef]

Martin-Moreno, L.

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).
[CrossRef]

Mazilu, M.

J. Baumgartl, M. Mazilu, and K. Dholakia, Nat. Photonics 2, 675 (2008).
[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]

Morandotti, R.

P. Zhang, Y. Hu, T. C. Li, D. Cannan, X. B. Yin, R. Morandotti, Z. G. Chen, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 109, 193901 (2012).
[CrossRef]

Nemirovsky, J.

I. Kaminer, R. Bekenstein, J. Nemirovsky, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 108, 163901 (2012).
[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]

Park, J.

S. Kim, Y. Lim, H. Kim, J. Park, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 92, 013103 (2008).
[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]

Pflugl, C.

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pflugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nat. Photonics 2, 564 (2008).
[CrossRef]

Segev, M.

I. Kaminer, R. Bekenstein, J. Nemirovsky, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 108, 163901 (2012).
[CrossRef]

Siviloglou, G. A.

Wang, Q. J.

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pflugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nat. Photonics 2, 564 (2008).
[CrossRef]

Wang, S. M.

L. Li, T. Li, S. M. Wang, and S. N. Zhu, Opt. Lett. 37, 5091 (2012).
[CrossRef]

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]

Yamanishi, M.

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pflugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nat. Photonics 2, 564 (2008).
[CrossRef]

Yin, X. B.

P. Zhang, Y. Hu, T. C. Li, D. Cannan, X. B. Yin, R. Morandotti, Z. G. Chen, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 109, 193901 (2012).
[CrossRef]

Yu, N.

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pflugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nat. Photonics 2, 564 (2008).
[CrossRef]

Zhang, C.

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

Zhang, P.

P. Zhang, Y. Hu, T. C. Li, D. Cannan, X. B. Yin, R. Morandotti, Z. G. Chen, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 109, 193901 (2012).
[CrossRef]

Zhang, X.

P. Zhang, Y. Hu, T. C. Li, D. Cannan, X. B. Yin, R. Morandotti, Z. G. Chen, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 109, 193901 (2012).
[CrossRef]

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

Zhu, S. N.

L. Li, T. Li, S. M. Wang, and S. N. Zhu, Opt. Lett. 37, 5091 (2012).
[CrossRef]

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.

S. Kim, Y. Lim, H. Kim, J. Park, and B. Lee, Appl. Phys. Lett. 92, 013103 (2008).
[CrossRef]

Nano Lett.

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

Nat. Commun.

P. Genevet, J. Lin, M. A. Kats, and F. Capasso, Nat. Commun. 3, 1278 (2012).
[CrossRef]

Nat. Photonics

N. Yu, J. Fan, Q. J. Wang, C. Pflugl, L. Diehl, T. Edamura, M. Yamanishi, H. Kan, and F. Capasso, Nat. Photonics 2, 564 (2008).
[CrossRef]

J. Baumgartl, M. Mazilu, and K. Dholakia, Nat. Photonics 2, 675 (2008).
[CrossRef]

Opt. Lett.

Phys. Rev. Lett.

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

I. Kaminer, R. Bekenstein, J. Nemirovsky, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 108, 163901 (2012).
[CrossRef]

P. Zhang, Y. Hu, T. C. Li, D. Cannan, X. B. Yin, R. Morandotti, Z. G. Chen, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 109, 193901 (2012).
[CrossRef]

I. Dolev, I. Epstein, and A. Aire, Phys. Rev. Lett. 109, 203903 (2012).
[CrossRef]

G. A. Siviloglou, J. Broky, A. Dogariu, and D. N. Christodoulides, Phys. Rev. Lett. 99, 213901 (2007).
[CrossRef]

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

Science

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, and T. W. Ebbesen, Science 297, 820 (2002).
[CrossRef]

Other

Y.-H. Chen, L. Huang, L. Gan, and Z.-Y. Li, Light Sci. Appl.1, e26 (2012).

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.

(a) Schematic diagram of the diffraction principle in our proposed slit-groove structure fabricated on a metal surface. (b) Designed local lattice constants of the surface grooves. (c) Illustration of the experimental setup. Inset is the top-view focus ion beam (FIB) image of the slit-groove structure.

Fig. 2.
Fig. 2.

Measured cross-section images of the transmitted beam in xy plane at different distances. (a)–(d) with z=30, 20, 10, and 0 μm, respectively. (e) The corresponding intensity profiles.

Fig. 3.
Fig. 3.

(a) Retrieved field distribution in xy plane. (b) Measured trajectory (red with error bar) of the main lobe compared with the calculated parabolic curve (black). The FWHM of the main lobe relative to the propagation distance (blue line) shows an average beam width of 1.6μm (dotted gray line).

Fig. 4.
Fig. 4.

(a) Simulated intensity distribution of the E field. (b) Self-healing property as a rectangular obstacle (0.8μm×0.5μm, white rectangle) is introduced on the path of the main lobe.

Equations (2)

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

ψ(x)=23(xa)1.5π4
Ai(x)(π2|x|)1/4sin[23(|x|a)1.5+π4]

Metrics