Kim, Ki-Cheol;Song, Seok-Ho;Won, Hyong-Sik;Lee, Gwan-Su
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.17
no.4
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pp.371-380
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2006
We design and fabricate a novel tunable wavelength filter, which utilizes long-range surface plasmon-polaritons excited along nm-thick-metal strips. A gold metal strip, with $\sim$ cm length, 20 nm thickness, and $\sim$ 5$\mu$m width, is embedded in thick thermo-optic Polymer films supported by a silicon wafer. A dielectric Bragg grating structure is Placed on the metal strip, so that transmission signals at telecom wavelength are selected by thermal effect of the thermo-optic polymer. High extinction ratio of 25 dB and total insertion loss of $\sim$25 dB/cm can be measured by single-mode coupling of optical fibers. We also verify that wavelength tuning of the long-range surface plasmon-polariton filters can be achieved by electric current directly applied to the metal-strip waveguides.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.176-177
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2013
Surface plasmon polaritons (SPPs) have attracted the attention of scientists and engineers involved in a wide area of research, microscopy, diagnostics and sensing. SPPs are waves that propagate along the surface of a conductor, usually metals. These are essentially light waves that are trapped on the surface because of their interaction with the free electrons of conductor. In this interaction, the free electrons respond collectively by oscillating in resonance with the light wave. The resonant interaction between the surface charge oscillation and the electromagnetic field of the light constitutes the SPPs and gives rise to its unique properties. In this papers, we studied theoretical and experimental extraordinary transmittance (T) and reflectance (R) of 2 dimensional metal hole array (2D-MHA) on GaAs in consideration of the diffraction orders. The 2d-MHAs was fabricated using ultra-violet photolithography, electron-beam evaporation and standard lift-off process with pitches ranging from 1.8 to $3.2{\mu}m$ and diameter of half of pitch, and was deposited 5-nm thick layer of titanium (Ti) as an adhesion layer and 50-nm thick layer of gold (Au) on the semiinsulating GaAs substrate. We employed both the commercial software (CST Microwave Studio: Computer Simulation Technology GmbH, Darmstadt, Germany) based on a finite integration technique (FIT) and a rigorous coupled wave analysis (RCWA) to calculate transmittance and reflectance. The transmittance was measured at a normal incident, and the reflectance was measured at variable incident angle of range between $30^{\circ}{\sim}80^{\circ}$ with a Nicolet Fourier transmission infrared (FTIR) spectrometer with a KBr beam splitter and a MCT detector. For MHAs of pitch (P), the peaks ${\lambda}$ max in the normal incidence transmittance spectra can be indentified approximately from SP dispersion relation, that is frequency-dependent SP wave vector (ksp). Shown in Fig. 1 is the transmission of P=2.2 um sample at normal incidence. We attribute the observation to be a result of FTIR system may be able to collect the transmitted light with higher diffraction order than 0th order. This is confirmed by calculations: for the MHAs, diffraction efficiency in (0, 0) diffracted orders is lower than in the (${\pm}x$, ${\pm}y$) diffracted orders. To further investigate the result, we calculated the angular dependent transmission of P=2.2 um sample (Fig. 2). The incident angle varies from 30o to 70o with a 10o increment. We also found the splitting character on reflectance measurement. The splitting effect is considered a results of SPPs assisted diffraction process by oblique incidence.
Kim, Yoon-Ho;Kwon, Soon-Hong;Ee, Ho-Seok;Hwang, Yongsop;No, You-Shin;Park, Hong-Gyu
Journal of the Optical Society of Korea
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v.20
no.1
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pp.188-191
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2016
We investigated surface-roughness-dependent optical loss in a plasmonic cavity consisting of a semiconductor nanodisk/silver nanopan structure. Numerical simulations show that the quality factors of plasmonic resonant modes significantly depend on the surface roughness of the dielectric-metal interface in the cavity structure. In the transverse-magnetic-like whispering-gallery plasmonic mode excited in a structure with disk diameter of 1000 nm, the total quality factor decreased from 260 to 130 with increasing root-mean-square (rms) surface roughness from 0 to 5 nm. This quantitative theoretical study shows that the smooth metal surface plays a critical role in high-performance plasmonic devices.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2010.05a
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pp.11.2-11.2
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2010
Photovoltaic devices are promising candidates as affordable and large-area renewable energy sources, which can replace the fossil-fuel-based resources. Especially, thin film solar cells have attracted increasing research attention, since they have a great advantage of low production cost. From the physical point of view, the photovoltaic devices can provide us interesting questions, how to enhance the light absorption and the carrier collection efficiency. A lot of approaches would be possible to address these issues. We have focused on two major topics relevant to photovoltaic device physics; (1) light management using surface plasmons and (2) junction characterizations aiming at proper interface engineering. Regarding the first topic, we have investigated the influences of Ag under-layer morphology on optical properties of ZnO thin films. The experimental results suggested that coupling between the surface plasmon polaritons at the ZnO/Ag interface and excitons in ZnO should play important roles in reflectivity of the ZnO/Ag thin films, which are widely used back reflector structures in thin film solar cells. For the second topic, we have carried out scanning probe microscopy studies of Schottky junctions consisting of photovoltaic materials. Such a research is very helpful to understand the correlation between the defects (e.g., grain boundaries) and local electrical properties. We will introduce some of the recent experimental results and discuss the physical significance.
We propose a wavelength filter based on long-range surface plasmon-polaritons (LR-SPP) supported by a asymmetric doubleelectrode LR-SPP structure. For the case of the asymmetric double-layered LR-SPP waveguide, LR-SPPs exist with a much broader range of index mismatches between core and clad materials. Thus, the asymmetric double-electrode LR-SPP waveguide is adequate to form a plasmonic band-gap device as we report in this paper by studying Bragg-reflection wavelength filter based on it. The structure for wavelength filter operating telecommunications wavelength is designed by using the method of line (MoL) and the transfer matrix method. The fabricated device shows a relatively high extinction ratio of 50 dB with a bandwidth of 2 nm, and the performance is very consistent with numerical simulations.
Graphene has attracted a lot of attentions due to the unique electrical and optical properties. Compared with the noble metal plasmons in the visible and near-infrared frequencies, graphene can support surface plasmons in the lower frequencies of terahertz and mid-infrared and it demonstrates an extremely large confinement at the surface because of the particular electronic band structures. Especially, the surface conductivity of graphene can be tuned by either chemical doping or electrostatic gating. These features make graphene a promising candidate for plasmonics, biosensing and transformation optics. Furthermore, the combination of graphene and metasurfaces presents a powerful tunability for exotic electromagnetic properties, where the metasurfaces with the highly-localized fields offer a platform to enhance the interaction between the incident light and graphene and facilitate a deep modulation. In this paper, we provide an overview of the key properties of graphene, such as the surface conductivity, the propagating surface plasmon polaritons, and the localized surface plasmons, and the hybrid graphene/metasurfaces, either metallic and dielectric metasurfaces, from terahertz to near-infrared frequencies. Finally, there is a discussion for the current challenges and future goals.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.22
no.3
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pp.145-150
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2022
An analytical model based on a modal transmission-line theory (MTLT) is developed to investigate the optical transmission through metal gratings. This model gives well physical meanings for the transmission as well as for the dispersion relations of the modes responsible for high transmission. These concepts provide accurate information even for real metals used in the visible~near-infrared wavelength range, where surface plasmon polaritons (SPP's) are excited. Furthermore, the dispersion relations allow the nature of the propagation modes to be assessed. The propagation modes are hybrid between Fabry-Pérot like modes and SPP's. It is important to consider different period and aspect ratio of metal gratings in order to determine the nature of the hybrid modes. In this paper, the sensing characteristics and mode propagation phenomena of high-performance plasma bio-sensors that depend on these variables were clearly analyzed.
Setayesh, Amir;Mirnaziry, Sayyed Reza;Abrishamian, Mohammad Sadegh
Journal of the Optical Society of Korea
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v.15
no.1
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pp.82-89
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2011
In this paper, we numerically study both band-pass and band-stop plasmonic filters based on Metal-Insulator-Metal (MIM) waveguides and circular ring resonators. The band-pass filter consists of two MIM waveguides coupled to each other by a circular ring resonator. The band-stop filter is made up of an MIM waveguide coupled laterally to a circular ring resonator. The propagating modes of Surface Plasmon Polaritons (SPPs) are studied in these structures. By substituting a portion of the ring core with air, while the outer dimensions of the ring resonator are kept constant, we illustrate the possibility of red-shift in resonant wavelengths in order to tune the resonance modes of the proposed filters. This feature is useful for integrated circuits in which we have limitations on the outer dimensions of the filter structure and it is not possible to enlarge the dimension of the ring resonator to reach to longer resonant wavelengths. The results are obtained by a 2D finite-difference time-domain (FDTD) method. The introduced structures have potential applications in plasmonic integrated circuits and can be simply fabricated.
We propose a novel metal-waveguide structure for sustaining long-range surface-plasmon-polaritons (LRSPP). The LRSPP waveguides are composed basically of two asymmetric metal layers: a very thin, finite-width metal strip on top of a metal slab with a dielectric gap in between them. Mode cut-off of LRSPPs excited on the double-metal waveguides is characterized by consistently investigating their dispersion relations and mode profiles. We also confirm experimentally the existence of low-loss, well-confined LRSPP modes by measuring far-field outputs emerging from an edge of the asymmetric double-metal waveguides. In the experiment, we have fabricated several types of SPP waveguide devices including straight lines, S-bend, and Y-branch consisting of gold strips (20 nm-thick, $5{\mu}m$-wide). Overall propagation loss of the proposed double-metal waveguides is quite comparable to that of single metal-strip waveguides, in addition the mode sizes can be tuned by increasing the core-insulator gap between the metal layers to get a higher coupling efficiency with a single-mode fiber in telecom wavelength. The proposed LRSPP waveguides may open up realization of SPP-waveguide sensors or nonlinear SPP-devices by replacing the core-insulator with a bio-fluid or a nonlinear medium.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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