Optical properties of metallic photonic crystal structures

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der linearen optischen Eigenschaften von periodisch angeordneten Metall-Nanodrähten, die auf dielektrischen oder metallischen Substraten aufgebracht sind. Die verwendeten Nanostrukturen können dabei der neuen Materialklasse der sogenannten polaritonische...

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1. Verfasser: Christ, André
Beteiligte: Giessen, Harald (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Englisch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2005
Physik
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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topic Polaritons
Physik
Plasmonic
Kopplung <Elektronik>
Plasmon
Exziton-Polariton
Oberflächenplasmonresonanz
Kopplung <Physik>
Polariton
Photonic crystals
Strong coupling
Photonischer Kristall
spellingShingle Polaritons
Physik
Plasmonic
Kopplung <Elektronik>
Plasmon
Exziton-Polariton
Oberflächenplasmonresonanz
Kopplung <Physik>
Polariton
Photonic crystals
Strong coupling
Photonischer Kristall
Optical properties of metallic photonic crystal structures
This work presents a comprehensive study of the linear optical properties of metallo-dielectric photonic crystals. These artificially structured materials generally belong to the new material class of so-called polaritonic photonic crystals. They provide simultaneous electronic and photonic resonances in the same energy range. In this work, we investigate one-dimensional periodic gold nanowire arrays deposited on top of different substrate materials as an ideally suited model system. The influence of both dielectric and metallic substrates is studied. In particular, it is shown that the optical response of these metallo-dielectric nanostructures is generally modified due to the appearance of various electromagnetic coupling phenomena. Polariton formation as well as plasmon hybridization are reported.
Christ, André
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contents This work presents a comprehensive study of the linear optical properties of metallo-dielectric photonic crystals. These artificially structured materials generally belong to the new material class of so-called polaritonic photonic crystals. They provide simultaneous electronic and photonic resonances in the same energy range. In this work, we investigate one-dimensional periodic gold nanowire arrays deposited on top of different substrate materials as an ideally suited model system. The influence of both dielectric and metallic substrates is studied. In particular, it is shown that the optical response of these metallo-dielectric nanostructures is generally modified due to the appearance of various electromagnetic coupling phenomena. Polariton formation as well as plasmon hybridization are reported.
author Christ, André
language English
title_alt Optische Eigenschaften metallischer photonischer Kristalle
institution Physik
publisher Philipps-Universität Marburg
description Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der linearen optischen Eigenschaften von periodisch angeordneten Metall-Nanodrähten, die auf dielektrischen oder metallischen Substraten aufgebracht sind. Die verwendeten Nanostrukturen können dabei der neuen Materialklasse der sogenannten polaritonischen photonischen Kristalle zugeordnet werden. Im Gegensatz zu rein dielektrischen Nanostrukturen, deren Transmissionsspektren durch die Anregung geometrischer Resonanzen gekennzeichnet sind, können die Spektren der verwendeten metallischen photonischen Kristalle zusätzliche elektronische Resonanzen im sichtbaren Spektralbereich aufweisen. Diese als Partikelplasmon bezeichneten Resonanzen sind auf die Kollektivschwingung der Leitungsbandelektronen in den einzelnen Nanodrähten zurückzuführen. Eine sehr wichtige Fragestellung ist in diesem Zusammenhang, in wie weit mögliche elektromagnetische Kopplungsphänomene die optischen Eigenschaften der untersuchten metallischen Nanostrukturen zusätzlich beinflussen können. Sowohl die direkte elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den einzelnen Nanodrähten, als auch die mögliche Wechselwirkung mit verschiedenen Oberflächenmoden sollen im Rahmen dieser Arbeit eingehender betrachtet werden. Neben der Verwendung verschiedener dielektrischer Substrate wird vor allem der Einfluss metallischer Substratschichten demonstriert. Ziel der Untersuchungen ist es dabei, generell ein besseres und genaueres Verständnis der physikalischen Ursachen der beobachteten Kopplungsphänomene zu erhalten. Im Rahmen dieser Arbeit kommen sowohl experimentelle Methoden als auch theoretische Simulationen zur Anwendung, um einen tieferen Einblick in die komplexen Zusammenhänge zu ermöglichen. Die Arbeit belegt eindeutig, dass sowohl die Entstehung von Polaritonmoden als auch so genannte Hybridisierungseffekte die optischen Transmissionseigenschaften sehr stark beeinflussen. Die beobachteten grundlegenden Kopplungsphänomene können möglicherweise zur Entwicklung oder Optimierung neuartiger optischer Bauelemente genutzt werden.
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