Coupling of surface plasmon waves with finite-cross-section light beams

Summary

A light beam can be coupled with a surface plasmon wave by means of a prism-film coupler. This device is analysed in detail by the method of plane-wave expansion. It is shown that the coupling efficiency is determined by the optical constants of the prism-film coupler as well as by the transverse field distribution in the incident beam. A general condition for optimum coupling efficiency is derived. It is found that for Gaussian input beams a coupling efficiency greater than 30% can be achieved in actual systems.

Riassunto

Si presenta un’analisi dettagliata del processo di accoppiamento tra un fascio di luce di dimensioni finite e un plasmone di superficie ottenuto mediante l’uso di un prisma in riflessione totale attenuata (ATR). Impiegando il metodo di espansione in onde piane, si trova che l’efficienza di accoppiamento dipende sia dalle costanti ottiche del dispositivo a prisma, sia dalla distribuzione di campo nella sezione trasversa del fascio incidente. È così possibile determinare una condizione per avere un accoppiamento ottimale. Per fasci gaussiani si trova che può essere agevolmente raggiunta un’efficienza di accoppiamento maggiore del 30%.

Резюме

Световой пучок может быть связан с порерхностной плазмонной волной посредством призматического связывающего устройства. Проводится подробный анализ этого устойства, используя разложение по плоским волнам. Показывается, что эффективность связи определяется оптическими постоянными призматического устройства, а также распределением поперечного поля в падающем пучке. Выводится общее условие для оптимальной эффективности связи. Получено, что для гауссовых падающих пучков может быть достигнута эффективность связи больше 30% для существующих систем.