Estudio numérico de la resonancia de plasmón de superficie en películas delgadas rugosas en la configuración de Kretschmann

Eric Galván-Navarro, Héctor Pérez-Aguilar, Sergio Sánchez-López, Eduardo Medina-Magallón, David Monzón-Hernández, Erika Rodríguez-Sevilla


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Información básica

Volumen

V58 - N1 / 2025 Especial: Óptica y Fotónica en México

Referencia

51195

DOI

http://dx.doi.org/10.7149/OPA.58.1.51195

Idioma

English

Etiquetas

Resonancia plasmónica superficial, configuración de Kretschmann, películas delgadas rugosas, Método de la Ecuación Integral.

Resumen

A pesar de la existencia de una tecnología ultraprecisa, aún existen defectos en la calidad final de la superficie de los componentes ópticos que podrían afectar su rendimiento óptimo. En este trabajo, presentamos un análisis numérico para analizar los efectos de la rugosidad de las películas delgadas conductoras y dieléctricas, depositadas sobre el prisma, que constituyen el sistema multicapa responsable de la excitación por resonancia plasmónica superficial (SPR) en la configuración Kretschmann. Para modelar numéricamente la respuesta óptica del sistema, utilizamos el Método de la Ecuación Integral y el modelo de Lorentz-Drude. Además, los perfiles de superficies rugosas segeneran mediante un proceso de correlación Gaussiana aleatoria que obedece a una función de densidad de probabilidad exponencial, cuyos parámetros son la desviación típica de las alturas &sigmah y la longitud de correlación &deltac. Los resultados obtenidos indican que los ángulos de la SPR para las películas delgadas lisas tuvieron un desplazamiento angular debido a la influencia de la rugosidad de las películas delgadas. Por lo tanto, la rugosidad en las superficies puede modificar sustancialmente la ubicación del ángulo de la SPR. Estas propiedades ópticas podrían ser útiles en ungran número de aplicaciones en diversos campos de la ciencia y la tecnología, como la detección plasmónica.

Referencias

1

S. A. Maier, Plasmonics: Fundamentals and applications. Nueva York, Springer, Science Business Media LLC (2007).

2

A. B. Dahlin, Plasmonic biosensors. The author and IOS Press (2012).

3

J. F. Masson, “Surface Plasmon Resonance Clinical Biosensors for Medical Diagnostics,” ACS Sensors 2(1), 16-30 (2017).

4

V. M. Agranovich, D. L. Mills, Surface polaritons: Electromagnetic Waves at Surfaces and Interfaces. Amsterdam, North-Holland Publishing Company (1982).

5

H. Masuda, K. Fukuda, “Ordered Metal Nanohole Arrays Made by a Two-Step Replication of Honeycomb Structures of Anodic Alumina,” Science 268, 1466-1468 (1995).

6

P. Evans, W. R. Hendren, R. Atkinson, G. A. Wurtz, W. Dickson, A. V. Zayats, R. J. Pollard, “Growth and properties of gold and nickel nanorods in thin film alumina,” Nanotechnology 17, 5746-5753 (2006).

7

M. Kokonou, A. G. Nassiopoulou, K. P. Giannakopoulos, “Ultra-thin porous anodic alumina films with self-ordered cylindrical vertical pores on a p-type silicon substrate,” Nanotechnology 16, 103-106 (2005).

8

A. G. Koutsioubas, N. Spiliopoulos, D. Anastassopoulos, A. A. Vradis, G. D. Priftis, “Nanoporous alumina enhanced surface plasmon resonance sensors,” J Appl Phys 103, 094521 (2008).

9

A. Mendoza-Suárez, F. Villa-Villa, J. A. Gaspar-Armenta, “Numerical method based on the solution of integral equations for the calculation of the band structure and reflectance of one-and two-dimensional photonic crystals,” J Opt Soc Am B 23, 2249-2256 (2006).

10

H. I. Pérez, E. R. Méndez, J. A. Sánchez-Gil, “On the transmission of diffuse light through thick slits,” J Opt Soc Am A 26(4), 909-918 (2009).

11

A. A. Maradudin, T. Michel, R. A. McGurn, E. R. Méndez, “Enhanced backscattering of light from a random surface,” Ann Phys 203, 255-307 (1990).

12

A. Mendoza-Suárez, F. Villa-Villa, J. A. Gaspar-Armenta, “Band structure of two-dimensional photonic crystals that include dispersive left-handed materials and dielectrics in the unit cell,” J Opt Soc Am B 24, 3091-3098 (2007).

13

R. M. Axline, A. K. Fung, “Numerical computation of scattering from a perfectly conducting random surface,” IEEE Trans Antennas Propagat AP-26, 482-488 (1978).

14

S. L. Broschat, E. I. Thorsos, A. Ishimaru, “The Phase Perturbation Technique vs. an Exact Numerical Method for Random Rough Surface Scattering,” J Elec Waves Appl 3, 237-256 (1989).

15

A. D. Rakic, A. B. Djurisic, J. M. Elazar, M. L. Majewski, “Optical properties of metallic films for vertical-cavity optoelectronic devices,” Appl Opt 37, 5271-5283 (1998).