Universität Stuttgart
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Item Open Access Optische Eigenschaften und Dynamik von photonisch gekoppelten Metall-Partikel-Plasmonen(2006) Zentgraf, Thomas; Giessen, Harald (Prof. Dr.)In der vorliegenden Arbeit wird die resonante Kopplung zwischen plasmonischen und photonischen Anregungen in periodisch angeordneten Metallstrukturen mit Hilfe optisch-spektroskopischer Verfahren untersucht. Es werden speziell Gold-Nanopartikel und Nanodraht Strukturen in Kombination mit einem dielektrischen Schichtwellenleiter aus Indium-Zinn-Oxid bzw. Tantal-Dioxid betrachtet. Die photonische Kopplung der periodisch angeordneten Partikel-Plasmon-Resonanzen führt, zusammen mit den Moden des Schichtwellenleiters, zur Ausbildung eines polaritonischen Zustandes. Zunächst wird der Einfluss einer periodisch strukturierten Einheitszelle untersucht. In dieser Supergittergeometrie ergibt sich, dass die Anregungseffizienzen der Moden durch den Strukturfaktor der Einheitszelle bestimmt sind. Eine anschauliche Beschreibung kann mit dem Modell der "Leere-Gitter-Näherung" und der Fouriertransformation der Gitterstruktur erreicht werden. Es zeigt sich, dass durch Veränderung des Strukturfaktors die Kopplung zwischen den Resonanzen gezielt verändert werden kann. Damit ergibt sich die Möglichkeit, die photonische Bandstruktur des Polaritons zu beeinflussen, sowie die Bandaufspaltung verringern oder erhöhen zu können. Im zweiten Teil der Arbeit wird mittels kohärenter zeitaufgelöster Spektroskopie der Einfluss der Kopplung zwischen Plasmonen und Wellenleitermoden auf die Phasenkohärenzzeit der kollektiven Elektronenoszillation in solchen Systemen untersucht. Auf Grundlage eines einfachen Modells wird die zeitliche Dynamik des entstehenden Polaritons beschrieben und durch Vergleich mit den experimentellen Daten die Dephasierungszeit des Polaritons bestimmt. Durch die Kopplung der Gold-Nanostrukturen kommt es zu einer veränderten photonischen Zustandsdichte des Gesamtsystems. Der strahlende Zerfall der Plasmonen, als einer der Hauptdämpfungsmechanismen, kann durch geeignete periodische Strukturierung gezielt verändert werden. Für bestimmte Perioden führt dies zu einer deutlich verlängerten Phasenkohärenzzeit.