SURFACE PLASMON POLARITON BANDWIDTH INCREASE USING CHIRPED-PITCH LINEAR DIFFRACTION GRATINGS FABRICATED ON AZOBENZENE THIN FILMS

Abstract

Surface plasmon polaritons that are excited by light incident on a diffraction grating are limited to discrete excitation wavelengths. Various applications could bene t from the simultaneous excitation of surface plasmons with a broad, bandwidth of wavelengths. To accomplish this, linear chirped-pitch surface relief grating were fabricated using a novel, single-step process whereby a chirped-pitch interference pattern was shone onto a photo-active azobenzene thin- lm. To generate the chirped-pitch interference pattern, a modi ed Lloyd mirror set-up was used where a cylindrical lens was placed in front of the direct half of a 532 nm laser. Using this method, gratings with a chirping rate as high as (13.3 0.8 nm/mm) were fabricated in 160 seconds. Then, by coating these gratings with a 60 nm layer of silver, surface plasmon polaritons were generated and measured by observing polarization dependent transmission peaks. When the full-widthhalf- max of these peaks was compared to that from constant-pitch gratings, an increase by a multiplicative factor ranging from 2.5 - 6 was observed, depending on the grating pitch.

Les polaritons de plasmon de surface qui sont excités par la lumière incidente sur un réseau de diffraction sont limités à des longueurs d'onde discrètes. Diverses applications pourraient bénéficier de l'excitation simultanée des plasmons de surface avec une large bande de longueurs d'ondes. Pour ce faire, des réseaux de diffraction linéaires à pas variable ont été fabriqués à l'aide d'un nouveau procédé, ayant une seule étape de fabrication, à l’aide d’un patron d'interférence qui est incident sur un film d'azobenzène photo-actif. Pour générer le patron d'interférence à pas variable, une configuration modifiée du miroir de Lloyd a été utilisée avec une lentille cylindrique qui est placée devant la moitié directe du faisceau laser ayant une longueur d’onde de 532 nm. En utilisant cette méthode, des réseaux avec un taux de variation de pas aussi élevé que (13,3 +- 0,8 nm / mm) ont été fabriqués en 160 secondes. Ensuite, en recouvrant ces réseaux par une couche d'argent de 60 nm, des polaritons de plasmon de surface ont été générés et mesurés en observant les pics de transmission dépendants de la polarisation. Lorsque la largeur de bande de ces pics a été comparée à celle des réseaux à pas constant, une augmentation par un facteur multiplicatif allant de 2,5 à 6 fois a été observée, dépendant du pas du réseau.