Abstract

We develop a terahertz lens with both subwavelength resolution and tunable far-field focal length by extending the surface plasmon (SP) diffraction theory into spoof SPs of slit-groove-structure terahertz metamaterials. The dispersion properties of terahertz groove structures are engineered in the curved depth profile to produce a directional beaming feature and mimic SPs at the same time. The finite-difference time-domain simulation results confirm that the far-field focal position can be tuned by controlling the curvature of the relative electric field phase distribution profile on the output surface.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Tonouchi, Nat. Photonics 1, 97 (2007).
    [CrossRef]
  2. H. Shi, C. Du, and X. Luo, Appl. Phys. Lett. 91, 093111(2007).
    [CrossRef]
  3. T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
    [CrossRef]
  4. S. Maier, S. R. Andrews, L. Martin Moreno, and F. J. Garcia Vidal, Phys. Rev. Lett. 97, 176805 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. M. A. Ordal, L. L. Long, R. J. Bell, S. E. Bell, R. R. Bell, R. W. Alexander, Jr., and C. A. Ward, Appl. Opt. 22, 1099 (1983).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. J. B. Pendry, L. Martin-Moreno, and F. J. Garcia-Vidal, Science 305, 847 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. F. J. Garcia-Vidal, L. Martin-Moreno, and J. B. Pendry, J. Opt. A 7, S97 (2005).
    [CrossRef]
  8. L. B. Yu, D. Z. Lin, Y. C. Chen, Y. C. Chang, K. T. Huang, J. W. Liaw, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. S. Yeh, and C. K. Lee, Phys. Rev. B 71, 041405(R) (2005).
  9. L. Shen, X. Chen, and T. J. Yang, Opt. Express 16, 3326(2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. K. Ishihara, K. Ohashi, T. Ikari, H. Minamide, H. Yokoyama, J. Shikata, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 89, 201120 (2006).
    [CrossRef]
  12. C. Wang, C. Du, Y. Lv, and X. Luo, Opt. Express 14, 5671 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]

2008

2007

M. Tonouchi, Nat. Photonics 1, 97 (2007).
[CrossRef]

H. Shi, C. Du, and X. Luo, Appl. Phys. Lett. 91, 093111(2007).
[CrossRef]

2006

S. Maier, S. R. Andrews, L. Martin Moreno, and F. J. Garcia Vidal, Phys. Rev. Lett. 97, 176805 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

K. Ishihara, K. Ohashi, T. Ikari, H. Minamide, H. Yokoyama, J. Shikata, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 89, 201120 (2006).
[CrossRef]

C. Wang, C. Du, Y. Lv, and X. Luo, Opt. Express 14, 5671 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

2005

F. J. Garcia-Vidal, L. Martin-Moreno, and J. B. Pendry, J. Opt. A 7, S97 (2005).
[CrossRef]

L. B. Yu, D. Z. Lin, Y. C. Chen, Y. C. Chang, K. T. Huang, J. W. Liaw, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. S. Yeh, and C. K. Lee, Phys. Rev. B 71, 041405(R) (2005).

2004

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

2003

L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

1998

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

1983

Alexander, R. W.

Andrews, S. R.

S. Maier, S. R. Andrews, L. Martin Moreno, and F. J. Garcia Vidal, Phys. Rev. Lett. 97, 176805 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Bell, R. J.

Bell, R. R.

Bell, S. E.

Chang, Y. C.

L. B. Yu, D. Z. Lin, Y. C. Chen, Y. C. Chang, K. T. Huang, J. W. Liaw, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. S. Yeh, and C. K. Lee, Phys. Rev. B 71, 041405(R) (2005).

Chen, X.

Chen, Y. C.

L. B. Yu, D. Z. Lin, Y. C. Chen, Y. C. Chang, K. T. Huang, J. W. Liaw, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. S. Yeh, and C. K. Lee, Phys. Rev. B 71, 041405(R) (2005).

Degiron, A.

L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Du, C.

H. Shi, C. Du, and X. Luo, Appl. Phys. Lett. 91, 093111(2007).
[CrossRef]

C. Wang, C. Du, Y. Lv, and X. Luo, Opt. Express 14, 5671 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Ebbesen, T. W.

L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

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

Garcia-Vidal, F. J.

F. J. Garcia-Vidal, L. Martin-Moreno, and J. B. Pendry, J. Opt. A 7, S97 (2005).
[CrossRef]

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

L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Ghaemi, H. F.

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

Huang, K. T.

L. B. Yu, D. Z. Lin, Y. C. Chen, Y. C. Chang, K. T. Huang, J. W. Liaw, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. S. Yeh, and C. K. Lee, Phys. Rev. B 71, 041405(R) (2005).

Ikari, T.

K. Ishihara, K. Ohashi, T. Ikari, H. Minamide, H. Yokoyama, J. Shikata, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 89, 201120 (2006).
[CrossRef]

Ishihara, K.

K. Ishihara, K. Ohashi, T. Ikari, H. Minamide, H. Yokoyama, J. Shikata, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 89, 201120 (2006).
[CrossRef]

Ito, H.

K. Ishihara, K. Ohashi, T. Ikari, H. Minamide, H. Yokoyama, J. Shikata, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 89, 201120 (2006).
[CrossRef]

Lee, C. K.

L. B. Yu, D. Z. Lin, Y. C. Chen, Y. C. Chang, K. T. Huang, J. W. Liaw, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. S. Yeh, and C. K. Lee, Phys. Rev. B 71, 041405(R) (2005).

Lezec, H. J.

L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

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

Liaw, J. W.

L. B. Yu, D. Z. Lin, Y. C. Chen, Y. C. Chang, K. T. Huang, J. W. Liaw, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. S. Yeh, and C. K. Lee, Phys. Rev. B 71, 041405(R) (2005).

Lin, D. Z.

L. B. Yu, D. Z. Lin, Y. C. Chen, Y. C. Chang, K. T. Huang, J. W. Liaw, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. S. Yeh, and C. K. Lee, Phys. Rev. B 71, 041405(R) (2005).

Liu, J. M.

L. B. Yu, D. Z. Lin, Y. C. Chen, Y. C. Chang, K. T. Huang, J. W. Liaw, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. S. Yeh, and C. K. Lee, Phys. Rev. B 71, 041405(R) (2005).

Long, L. L.

Luo, X.

H. Shi, C. Du, and X. Luo, Appl. Phys. Lett. 91, 093111(2007).
[CrossRef]

C. Wang, C. Du, Y. Lv, and X. Luo, Opt. Express 14, 5671 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Lv, Y.

Maier, S.

S. Maier, S. R. Andrews, L. Martin Moreno, and F. J. Garcia Vidal, Phys. Rev. Lett. 97, 176805 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Martin-Moreno, L.

F. J. Garcia-Vidal, L. Martin-Moreno, and J. B. Pendry, J. Opt. A 7, S97 (2005).
[CrossRef]

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

L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Minamide, H.

K. Ishihara, K. Ohashi, T. Ikari, H. Minamide, H. Yokoyama, J. Shikata, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 89, 201120 (2006).
[CrossRef]

Moreno, L. Martin

S. Maier, S. R. Andrews, L. Martin Moreno, and F. J. Garcia Vidal, Phys. Rev. Lett. 97, 176805 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Ohashi, K.

K. Ishihara, K. Ohashi, T. Ikari, H. Minamide, H. Yokoyama, J. Shikata, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 89, 201120 (2006).
[CrossRef]

Ordal, M. A.

Pendry, J. B.

F. J. Garcia-Vidal, L. Martin-Moreno, and J. B. Pendry, J. Opt. A 7, S97 (2005).
[CrossRef]

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

Shen, L.

Shi, H.

H. Shi, C. Du, and X. Luo, Appl. Phys. Lett. 91, 093111(2007).
[CrossRef]

Shikata, J.

K. Ishihara, K. Ohashi, T. Ikari, H. Minamide, H. Yokoyama, J. Shikata, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 89, 201120 (2006).
[CrossRef]

Thio, T.

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

Tonouchi, M.

M. Tonouchi, Nat. Photonics 1, 97 (2007).
[CrossRef]

Vidal, F. J. Garcia

S. Maier, S. R. Andrews, L. Martin Moreno, and F. J. Garcia Vidal, Phys. Rev. Lett. 97, 176805 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Wang, C.

Ward, C. A.

Wolff, P. A.

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

Yang, T. J.

Yeh, C. S.

L. B. Yu, D. Z. Lin, Y. C. Chen, Y. C. Chang, K. T. Huang, J. W. Liaw, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. S. Yeh, and C. K. Lee, Phys. Rev. B 71, 041405(R) (2005).

Yeh, J. T.

L. B. Yu, D. Z. Lin, Y. C. Chen, Y. C. Chang, K. T. Huang, J. W. Liaw, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. S. Yeh, and C. K. Lee, Phys. Rev. B 71, 041405(R) (2005).

Yokoyama, H.

K. Ishihara, K. Ohashi, T. Ikari, H. Minamide, H. Yokoyama, J. Shikata, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 89, 201120 (2006).
[CrossRef]

Yu, L. B.

L. B. Yu, D. Z. Lin, Y. C. Chen, Y. C. Chang, K. T. Huang, J. W. Liaw, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. S. Yeh, and C. K. Lee, Phys. Rev. B 71, 041405(R) (2005).

Appl. Opt.

Appl. Phys. Lett.

H. Shi, C. Du, and X. Luo, Appl. Phys. Lett. 91, 093111(2007).
[CrossRef]

K. Ishihara, K. Ohashi, T. Ikari, H. Minamide, H. Yokoyama, J. Shikata, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 89, 201120 (2006).
[CrossRef]

J. Opt. A

F. J. Garcia-Vidal, L. Martin-Moreno, and J. B. Pendry, J. Opt. A 7, S97 (2005).
[CrossRef]

Nat. Photonics

M. Tonouchi, Nat. Photonics 1, 97 (2007).
[CrossRef]

Nature

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

Opt. Express

Phys. Rev. B

L. B. Yu, D. Z. Lin, Y. C. Chen, Y. C. Chang, K. T. Huang, J. W. Liaw, J. T. Yeh, J. M. Liu, C. S. Yeh, and C. K. Lee, Phys. Rev. B 71, 041405(R) (2005).

Phys. Rev. Lett.

L. Martin-Moreno, F. J. Garcia-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

S. Maier, S. R. Andrews, L. Martin Moreno, and F. J. Garcia Vidal, Phys. Rev. Lett. 97, 176805 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Science

J. B. Pendry, L. Martin-Moreno, and F. J. Garcia-Vidal, Science 305, 847 (2004).
[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

(a) Schematic view of the structure with slit-groove-based terahertz optics. t denotes the thickness of gold film, and w, a, d denote slit width, groove width, and groove period, respectively. (b) Dispersion relation for spoof SPs on a structured surface. (c) Dispersion relation for spoof SPs traveling along a uniform depth profile.

Fig. 2
Fig. 2

Evolution of angular spectra for variant groove depth when the groove periods are given as (a) d = 83.3 μm ( = 0.42 λ ) , (b) d = 125 μm ( = 0.63 λ ) , (c) d = 150 μm ( = 0.75 λ ) , and (d) d = 250 μm ( = 1.25 λ ) .

Fig. 3
Fig. 3

(a) Schematic diagram of a single slit surrounded by grooves with a traced depth profile. The intensity distribution of | H y | 2 is calculated with the FDTD method. The depths of the grooves are uniformly (b) 15 μm and (c) 25 μm with a flat profile, i.e., Γ d = 0 μm . On the other hand, the grooves are in curved depth profiles in (d) Γ d = 15 μm ( 10 , 25 , 40 μm ) and (e) Γ d = 15 μm ( 40 , 25 , 10 μm ) .

Fig. 4
Fig. 4

(a) FDTD-calculated E x relative phase distribution profiles at the groove for the three depth traces along the x axis at the output surface. (b) Shows f and focal width versus Γ d in the range of 20 μm to 20 μm .

Equations (3)

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

k x 2 k 0 2 k 0 = a d tan ( k 0 h ) ,
k sp spoof ± m 2 π d = k 0 sin θ ,
[ G α α ϵ α ] E α + β α G α β E β = 2 i A 0 δ α 0 ,

Metrics