Experimental study of the linear and nonlinear optical properties of silver nanowires and the spatio-temporal control of the propagation of excited plasmons
Final Report Abstract
Wir haben die Ausbreitungslänge und die Gruppengeschwindigkeit von Oberflächenplasmonen, die sich in chemisch hergestellten Gold- und Silberdrähten ausbreiten gemessen. Die experimentellen und theoretischen Ergebnisse liefern alle wichtigen Informationen, welche man benötigt um diese Drähte als Wellenleiter in photonischen Schaltkreisen einzusetzen. Zur Bestimmung der Gruppengeschwindigkeit wurden die Oberflächenplasmonen mit einer auf eines der Enden des Drahtes fokussierten Weißlichtquelle angeregt und das Streuspektrum welches auf der anderen Seite des Drahtes dann austrat gemessen. Dieses Spektrum zeigte Oszillationen, welche wir als Interferenz des gestreuten Lichtes des anregenden Lasers und des gestreuten Lichtes des austretenden Plasmons am anderen Ende des Drahtes interpretieren. Diese Deutung des gemessen Spektrums ist unterschiedlich zu der Deutung von früheren Experimenten, in welchen diese Oszillationen als für longitudinale stehende Wellen in den Drahten angesehen wurden. Anhand dieser Oszillationen war es möglich Gruppengeschwindigkeit, welche die 1. Ableitung der Dispersionsrelation ist, der angeregten Oberflächenplasmonen zu bestimmen. Die Ausbreitungslänge wurde durch die Anregung mittels der Nahfeldes der Oberflächenplasmonen der 2 Photonen-Fluoreszenz von Farbstoffmolekülen gemessen. Die gemessenen Werte sind in Übereinstimmung mit Werten in der Literatur oder besser und zeigen die sehr gute Qualität des verwendeten Drahts. Sowohl die experimentellen Ergebnisse der Ausbreitungslängen als auch die aus den experimentellen Daten bestimmten Gruppengeschwindigkeiten konnten wir mittels FDTD Simulationen bestätigen. Ebenso war es möglich mit einem einfachen analytischen Wellenleitermodell, welches nur die Grundmode in diesen Drähten berücksichtigt, die experimentellen Ergebnisse zu bestätigen. Im Falle der Ausbreitungslängen in den Silberdrähte war die Übereinstimmung nicht sehr gut, welches auf Ungenauigkeiten der verwendeten Dielektrizitätskonstante von Silber zurück geführt werden kann.
Publications
- Propagation Lengths and Group Velocities of Plasmons in Chemically Synthesized Gold and Silver Nanowires. ACS Nano, VOL. 6, No., 472–482, 2012
B. Wild, L. Cao, Y. Sun, B.P. Khanal, E.R. Zubarev, S.K. Gray, N.F. Scherer, M. Pelton
