Embed Size (px)
Citation preview
Universität Karlsruhe (TH)Institut für Photonik und Quantenelektronik (IPQ)
http://www.ipq.uni-karlsruhe.de
Thu, Dec 4, 2008
Wolfgang Freude
Institute of Photonics and Quantum Electronics (IPQ), University of Karlsruhe, Germany
An Easy Introduction to Plasmonics
The 90th OSA Annual Meeting — Frontiers in Optics 2006 / Laser Science XXIIOctober 8–12, 2006, Rochester (NY), USA
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 1Thu, Dec 4, 2008
• Maxwell´s equations• Transverse waves• Longitudinal waves
The Beginning of All
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 2Thu, Dec 4, 2008
Maxwell´s Equations
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 3Thu, Dec 4, 2008
Formal Wave Solutions without External Excitation
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 4Thu, Dec 4, 2008
Longitudinal (Compressional) Waves
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 5Thu, Dec 4, 2008
Why Does a Local Charge Perturbation Not Propagate?
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 6Thu, Dec 4, 2008
• Plasma density oscillation Electron density perturbation Plasma frequency and dispersion diagram
• Modeling the dielectric constant Bound and free charge carriers Free carriers and dielectric constant
• Dielectric-dielectric interface Boundary conditions Fresnel’s formulae. Brewster’s angle
• Dielectric-metal interface Boundary conditions. Surface plasmon polariton (SPP) Dispersion diagram. Characteristic lengths SSP excitation. SNOM visualization
• Summary
Outline
• Plasma density oscillation Electron density perturbation Plasma frequency and dispersion diagram
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 7Thu, Dec 4, 2008
Plasma Density Oscillation for Local Concentration Perturbation
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 8Thu, Dec 4, 2008
Plasma Density Oscillation (Plasmon). Dispersion Diagram
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 9Thu, Dec 4, 2008
• Plasma density oscillation Electron density perturbation Plasma frequency and dispersion diagram
• Modeling the dielectric constant Bound and free charge carriers Free carriers and dielectric constant
• Dielectric-dielectric interface Boundary conditions Fresnel’s formulae. Brewster’s angle
• Dielectric-metal interface Boundary conditions. Surface plasmon polariton (SPP) Dispersion diagram. Characteristic lengths SSP excitation. SNOM visualization
• Summary
Outline
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 10Thu, Dec 4, 2008
Medium Properties
Refractive Index and Dielectric Constant
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 11Thu, Dec 4, 2008
Free and Bound Charge Carriers
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 12Thu, Dec 4, 2008
Free Carriers and Dielectric Constant
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 13Thu, Dec 4, 2008
Free Carriers and Dielectric Constant: Yet Another Approach
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 14Thu, Dec 4, 2008
• Plasma density oscillation Electron density perturbation Plasma frequency and dispersion diagram
• Modeling the dielectric constant Bound and free charge carriers Free carriers and dielectric constant
• Dielectric-dielectric interface Boundary conditions Fresnel’s formulae. Brewster’s angle
• Dielectric-metal interface Boundary conditions. Surface plasmon polariton (SPP) Dispersion diagram. Characteristic lengths SSP excitation. SNOM visualization
• Summary
Outline
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 15Thu, Dec 4, 2008
Dielectric-Dielectric Interface — Boundary Conditions
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 16Thu, Dec 4, 2008
Dielectric-Dielectric Interface — Fresnel´s Formulae
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 17Thu, Dec 4, 2008
• Plasma density oscillation Electron density perturbation Plasma frequency and dispersion diagram
• Modeling the dielectric constant Bound and free charge carriers Free carriers and dielectric constant
• Dielectric-dielectric interface Boundary conditions Fresnel’s formulae. Brewster’s angle
• Dielectric-metal interface Boundary conditions. Surface plasmon polariton (SPP) Dispersion diagram. Characteristic lengths SSP excitation. SNOM visualization
• Summary
Outline
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 18Thu, Dec 4, 2008
Dielectric-Metal Interface
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 19Thu, Dec 4, 2008
Dielectric-Metal Interface — Plane Wave Ansatz
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 20Thu, Dec 4, 2008
Dielectric-Metal Interface — Boundary Conditions
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 21Thu, Dec 4, 2008
Surface Plasmon Polariton Condition
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 22Thu, Dec 4, 2008
Dielectric-Metal Interface — Dispersion Relation
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 23Thu, Dec 4, 2008
SPP Penetration Depths
Barnes, W. L.: J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 8 (2006) S87S93
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 24Thu, Dec 4, 2008
SPP Wavelength and Propagation Length
Barnes, W. L.: Surface plasmon-polariton length scales: a route to sub-wavelength optics. J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 8 (2006) S87S93
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 25Thu, Dec 4, 2008
Surface Plasmon Polariton Excitation
Zayats, A. V.; Smolyaninov, I. I.; Maradudin, A. A.: Nano-optics of surface plasmon polaritons. Physics Reports 408 (2005) 131314
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 26Thu, Dec 4, 2008
Surface Plasmon Polariton Seen by SNOM
Barnes, W. L.; Dereux, A.; Ebbesen, T. W.: Surface plasmon subwavelength optics. Nature 424 (2003) 824830
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 27Thu, Dec 4, 2008
• Plasma density oscillation Electron density perturbation Plasma frequency and dispersion diagram
• Modeling the dielectric constant Bound and free charge carriers Free carriers and dielectric constant
• Dielectric-dielectric interface Boundary conditions Fresnel’s formulae. Brewster’s angle
• Dielectric-metal interface Boundary conditions. Surface plasmon polariton (SPP) Dispersion diagram. Characteristic lengths SSP excitation. SNOM visualization
• Summary
Outline
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 28Thu, Dec 4, 2008
Surface Plasmon Polariton — Overview
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 29Thu, Dec 4, 2008
Surface Plasmon Polariton — Boundary Conditions
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 30Thu, Dec 4, 2008
Surface Plasmon Polariton — Propagation Results
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 31Thu, Dec 4, 2008
Surface Plasmon Polariton — Summary
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 32Thu, Dec 4, 2008
Further Reading (1/2)
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IHQ), Universität Karlsruhe 33Thu, Dec 4, 2008
Further Reading (2/2)
