Skip to main content

2013 | OriginalPaper | Buchkapitel

Sub-Wavelength Plasmonic Solitons in 1D and 2D Arrays of Coupled Metallic Nanowires

verfasst von : F. Ye, D. Mihalache, N. C. Panoiu

Erschienen in: Spontaneous Symmetry Breaking, Self-Trapping, and Josephson Oscillations

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

In this chapter, we describe a very promising approach to achieve deep sub-wavelength confinement of the optical field guided by plasmonic nanostructures. In the plasmonic nanostructures investigated in our review, namely, one-dimensional (1D) and two-dimensional (2D) arrays of closely spaced parallel metallic nanowires embedded in an optical medium with Kerr nonlinearity, the optical nonlinearity induced by the evanescent component of the guided modes of the nanowires exactly balances the discrete diffraction due to the optical coupling among neighboring metallic nanowires. As a result, nonlinear optical modes, called plasmonic lattice solitons (PLSs), are formed in the plasmonic array. Because the radius of the nanowires and their separation distance could be much smaller than the operating wavelength the size of the PLSs can be deep in the subwavelength regime. We present fundamental (vorticityless) PLSs in both 1D and 2D plasmonic arrays, and also vortical PLSs in 2D arrays, in both focusing and defocusing nonlinear media. We demonstrate that the spatial extent of fundamental and vortical PLSs could be in the deep-subwavelength regime under experimental accessible conditions. Moreover, their existence, stability, and spatial confinement are studied in detail. Our analysis employs a model based on the coupled-mode theory as well as the full set of Maxwell equations, and shows that the predictions of the two models are in excellent agreement for relatively large nanowires separations. We expect that these nonlinear plasmonic modes have important applications to subwavelength nanophotonics. In particular, we demonstrate that the subwavelength PLSs can be used to optically manipulate with nanometer accuracy the power flow in ultra-compact photonic devices.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat W.L. Barnes, A. Dereux, T.W. Ebbesen, Nature (London) 424, 824 (2003) W.L. Barnes, A. Dereux, T.W. Ebbesen, Nature (London) 424, 824 (2003)
2.
Zurück zum Zitat H. Raether, Surface Plasmons on Smooth and Rough Surface and on Gratings (Springer, Berlin, 1988) H. Raether, Surface Plasmons on Smooth and Rough Surface and on Gratings (Springer, Berlin, 1988)
3.
4.
Zurück zum Zitat J. Takahara, S. Yamagishi, H. Taki, A. Morimoto, T. Kobayashi, Opt. Lett. 22, 475 (1997) J. Takahara, S. Yamagishi, H. Taki, A. Morimoto, T. Kobayashi, Opt. Lett. 22, 475 (1997)
5.
Zurück zum Zitat M. Quinten, A. Leitner, J.R. Krenn, F.R. Aussenegg, Opt. Lett. 23, 1331 (1998) M. Quinten, A. Leitner, J.R. Krenn, F.R. Aussenegg, Opt. Lett. 23, 1331 (1998)
6.
Zurück zum Zitat K. Li, M.I. Stockman, D.J. Bergman, Phys. Rev. Lett. 91, 227402 (2003) K. Li, M.I. Stockman, D.J. Bergman, Phys. Rev. Lett. 91, 227402 (2003)
7.
Zurück zum Zitat M.I. Stockman, Phys. Rev. Lett. 93, 137404 (2004). M.I. Stockman, Phys. Rev. Lett. 93, 137404 (2004).
8.
Zurück zum Zitat I.S. Maksymov, A.R. Davoyan, Y. S. Kivshar, Appl. Phys. Lettt. 99, 083304 (2011) I.S. Maksymov, A.R. Davoyan, Y. S. Kivshar, Appl. Phys. Lettt. 99, 083304 (2011)
9.
Zurück zum Zitat S.A. Maier, S.R. Andrews, L. Martin-Moreno, F.J. Garcia-Vidal, Phys. Rev. Lett. 97, 176805 (2006) S.A. Maier, S.R. Andrews, L. Martin-Moreno, F.J. Garcia-Vidal, Phys. Rev. Lett. 97, 176805 (2006)
11.
Zurück zum Zitat A. Marini, R. Hartley, A.V. Gorbach, D.V. Skryabin, Phys. Rev. A84, 063839 (2011) A. Marini, R. Hartley, A.V. Gorbach, D.V. Skryabin, Phys. Rev. A84, 063839 (2011)
12.
Zurück zum Zitat S.I. Bozhevolnyi, V.S. Volkov, E. Devaux, J.-Y. Laluet, T.W. Ebbesen, Nature (London) 440, 508 (2006) S.I. Bozhevolnyi, V.S. Volkov, E. Devaux, J.-Y. Laluet, T.W. Ebbesen, Nature (London) 440, 508 (2006)
14.
Zurück zum Zitat W. Fan, S. Zhang, N.-C. Panoiu, A. Abdenour, S. Krishna, R. M. Osgood, K. J. Malloy, S. R. J. Brueck, Nano Lett. 6, 1027 (2006)ADSCrossRef W. Fan, S. Zhang, N.-C. Panoiu, A. Abdenour, S. Krishna, R. M. Osgood, K. J. Malloy, S. R. J. Brueck, Nano Lett. 6, 1027 (2006)ADSCrossRef
15.
Zurück zum Zitat J.A.H. van Nieuwstadt, M. Sandtke, R.H. Harmsen, F.B. Segerink, J.C. Prangsma, S. Enoch, L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 97, 146102 (2006) J.A.H. van Nieuwstadt, M. Sandtke, R.H. Harmsen, F.B. Segerink, J.C. Prangsma, S. Enoch, L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 97, 146102 (2006)
16.
Zurück zum Zitat D. Christodoulides, R. Joseph, Opt. Lett. 13, 794 (1988) D. Christodoulides, R. Joseph, Opt. Lett. 13, 794 (1988)
17.
Zurück zum Zitat T. Peschel, U. Peschel, F. Lederer, Phys. Rev. E 57, 1127 (1998) T. Peschel, U. Peschel, F. Lederer, Phys. Rev. E 57, 1127 (1998)
18.
Zurück zum Zitat N.C. Panoiu, R.M. Osgood, B.A. Malomed, Opt. Lett. 31, 1097 (2006) N.C. Panoiu, R.M. Osgood, B.A. Malomed, Opt. Lett. 31, 1097 (2006)
19.
Zurück zum Zitat H.S. Eisenberg, Y. Silberberg, R. Morandotti, A.R. Boyd, J.S. Aitchison, Phys. Rev. Lett. 81, 3383 (1998) H.S. Eisenberg, Y. Silberberg, R. Morandotti, A.R. Boyd, J.S. Aitchison, Phys. Rev. Lett. 81, 3383 (1998)
20.
Zurück zum Zitat D.N. Christodoulides, F. Lederer, Y. Silberberg, Nature (London) 424, 817 (2003). D.N. Christodoulides, F. Lederer, Y. Silberberg, Nature (London) 424, 817 (2003).
22.
Zurück zum Zitat F. Ye, D. Mihalache, B. Hu, N.C. Panoiu, Phys. Rev. Lett. 104, 106802 (2010) F. Ye, D. Mihalache, B. Hu, N.C. Panoiu, Phys. Rev. Lett. 104, 106802 (2010)
23.
Zurück zum Zitat M.A. Ordal, R.J. Bell, R.W. Alexander, L.L. Long, M.R. Querry, Appl. Opt. 24, 4493 (1985) M.A. Ordal, R.J. Bell, R.W. Alexander, L.L. Long, M.R. Querry, Appl. Opt. 24, 4493 (1985)
24.
Zurück zum Zitat A.W. Snyder, J.D. Love, Optical Waveguide Theory (Chapman and Hall, London, 1983) A.W. Snyder, J.D. Love, Optical Waveguide Theory (Chapman and Hall, London, 1983)
25.
Zurück zum Zitat A. Szameit, T. Pertsch, S. Nolte, A. Tunnermann, F. Lederer, Phys. Rev. A77, 043804 (2008) A. Szameit, T. Pertsch, S. Nolte, A. Tunnermann, F. Lederer, Phys. Rev. A77, 043804 (2008)
27.
Zurück zum Zitat N.K. Efremidis, P. Zhang, Z. Chen, D.N. Christodoulides, C.E. Ruter, D. Kip, Phys. Rev. A81, 053817 (2010) N.K. Efremidis, P. Zhang, Z. Chen, D.N. Christodoulides, C.E. Ruter, D. Kip, Phys. Rev. A81, 053817 (2010)
28.
Zurück zum Zitat R. Iliew, C. Etrich, M. Augustin, E.B. Kley, S. Nolte, A. Tunnermann, F. Lederer, Phys. Status Sol. A 204, 3689 (2007)ADSCrossRef R. Iliew, C. Etrich, M. Augustin, E.B. Kley, S. Nolte, A. Tunnermann, F. Lederer, Phys. Status Sol. A 204, 3689 (2007)ADSCrossRef
29.
Zurück zum Zitat Y. Liu, G. Bartal, D.A. Genov, X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 99, 153901 (2007) Y. Liu, G. Bartal, D.A. Genov, X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 99, 153901 (2007)
30.
Zurück zum Zitat X. Fan, G.P. Wang, J.C.W. Lee, C.T. Chan, Phys. Rev. Lett. 97, 073901 (2006) X. Fan, G.P. Wang, J.C.W. Lee, C.T. Chan, Phys. Rev. Lett. 97, 073901 (2006)
31.
Zurück zum Zitat F. Ye, D. Mihalache, B. Hu, N.C. Panoiu, Opt. Lett. 36, 1179 (2010) F. Ye, D. Mihalache, B. Hu, N.C. Panoiu, Opt. Lett. 36, 1179 (2010)
32.
Zurück zum Zitat E. Feigenbaum, M. Orenstein, Opt. Lett. 32, 674 (2007) E. Feigenbaum, M. Orenstein, Opt. Lett. 32, 674 (2007)
33.
Zurück zum Zitat M.A. Noginov, V.A. Podolskiy, G. Zhu, M. Mayy, M. Bahoura, J.A. Adegoke, B.A. Ritzo, K. Reynolds, Opt. Express 16, 1385 (2008)ADSCrossRef M.A. Noginov, V.A. Podolskiy, G. Zhu, M. Mayy, M. Bahoura, J.A. Adegoke, B.A. Ritzo, K. Reynolds, Opt. Express 16, 1385 (2008)ADSCrossRef
34.
Zurück zum Zitat S.M. Xiao, V. P. Drachev, A.V. Kildishev, X.J. Ni, U.K. Chettiar, H.K. Yuan, V.M. Shalaev, Nature (London) 466, 735–738 (2010) S.M. Xiao, V. P. Drachev, A.V. Kildishev, X.J. Ni, U.K. Chettiar, H.K. Yuan, V.M. Shalaev, Nature (London) 466, 735–738 (2010)
35.
Zurück zum Zitat B.A. Malomed, P.G. Kevrekidis, Phys. Rev. E 64, 026601 (2001) B.A. Malomed, P.G. Kevrekidis, Phys. Rev. E 64, 026601 (2001)
36.
Zurück zum Zitat E.A. Ostrovskaya, Y.S. Kivshar, Phys. Rev. Lett. 93, 160405 (2004) E.A. Ostrovskaya, Y.S. Kivshar, Phys. Rev. Lett. 93, 160405 (2004)
37.
Zurück zum Zitat L. Brzozowski, E.H. Sargent, A.S. Thorpe, M. Extavour, Appl. Phys. Lett. 82, 4429 (2003) L. Brzozowski, E.H. Sargent, A.S. Thorpe, M. Extavour, Appl. Phys. Lett. 82, 4429 (2003)
38.
Zurück zum Zitat Y. Kou, F. Ye, X. Chen, Phys. Rev. A84, 033855 (2011). Y. Kou, F. Ye, X. Chen, Phys. Rev. A84, 033855 (2011).
39.
Zurück zum Zitat G. Ya. Slepyan, S.A. Maksimenko, A. Lakhtakia, O. Yevtushenko, A.V. Gusakov, Phys. Rev. B60, 17136 (1999). G. Ya. Slepyan, S.A. Maksimenko, A. Lakhtakia, O. Yevtushenko, A.V. Gusakov, Phys. Rev. B60, 17136 (1999).
40.
Zurück zum Zitat M.Y. Sfeir, F. Wang, L. Huang, C.-C. Chuang, J. Hone, S.P. O’Brien, T.F. Heinz, L.E. Brus, Science 306, 1540 (2004)ADSCrossRef M.Y. Sfeir, F. Wang, L. Huang, C.-C. Chuang, J. Hone, S.P. O’Brien, T.F. Heinz, L.E. Brus, Science 306, 1540 (2004)ADSCrossRef
Metadaten
Titel
Sub-Wavelength Plasmonic Solitons in 1D and 2D Arrays of Coupled Metallic Nanowires
verfasst von
F. Ye
D. Mihalache
N. C. Panoiu
Copyright-Jahr
2013
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/10091_2012_5