Optimization of SPP Excitation for Nanofibers Deposited on a Silver Film
Authors
Rulle, Søren ; Kristensen, Christian Storgaard
Term
4. term (FYS10)
Education
Publication year
2019
Submitted on
2019-06-10
Pages
88
Abstract
Dette speciale undersøger, hvordan overfladeplasmonpolaritoner (SPP’er) kan exciteres effektivt og lokalt ved lineær spredning fra individuelle organiske CNHP4-nanofibre lagt på en sølvfilm. Formålet er at identificere geometriske parametre, der optimerer koblingen til SPP-tilstande ved sølv–luft-grænsefladen, samt at vurdere, hvordan fiberdimensioner, dipolorientering i fiberen ved sekundær harmonisk generering (SHG) og sølvfilmens tykkelse påvirker excitationsstyrke og retningsasymmetri. Arbejdet er en teoretisk analyse, hvor spredningsproblemet formuleres i både to og tre dimensioner ved hjælp af elektromagnetiske Green-funktions integral-ligninger for lagdelte strukturer, beregning af fjernfelter og optiske tværsnit samt numeriske metoder med diskretisering og FFT-acceleration. Sølvlaget er placeret på et glas-substrat for at muliggøre observation af lækstråling, der afslører SPP-kobling. Resultaterne viser, at der ikke kan opstilles en robust, generel model, der forudsiger én bedst mulig fiberstørrelse; især introducerer større fiberhøjder komplekse felteffekter, som vanskeliggør entydig fortolkning. En alternativ hypotese beskriver enkelte observerede fænomener, men udgør ikke en fuldstændig model. I 3D analyseres desuden eksitation af SH-afledte SPP’er med fokus på dipolorientering for at fremme asymmetrisk SHG. Endelig fremstår den kritiske sølvfilmtykkelse som afhængig af fiberstørrelsen, hvilket forhindrer entydige konklusioner. Specialet peger dermed på, at optimal SPP-eksitation er stærkt parameterafhængig, og at yderligere modellering og eksperimentel validering er nødvendig for at fastlægge designretningslinjer.
This thesis investigates how to achieve efficient, localized excitation of surface plasmon polaritons (SPPs) via linear scattering from individual organic CNHP4 nanofibers deposited on a silver film. The goal is to identify geometrical parameters that optimize coupling to SPP modes at the silver–air interface and to assess how fiber dimensions, dipole orientation within the fiber for second-harmonic generation (SHG), and the silver film thickness influence excitation strength and directional asymmetry. The study is theoretical: the scattering problem is formulated in two and three dimensions using electromagnetic Green-function integral equations for layered structures, with far-field and optical cross-section calculations and numerical solutions based on discretization and FFT acceleration. A glass substrate beneath the silver enables observation of leakage radiation that reveals SPP coupling. The findings indicate that no robust, general model could be established to predict a single optimal fiber size; in particular, increased fiber height introduces complex field effects that hinder unambiguous interpretation. An alternative hypothesis accounts for part of the observed behavior but does not constitute a complete model. In 3D, SH-derived SPP excitation is analyzed with an emphasis on dipole orientation to enhance asymmetric SHG. Finally, the critical silver film thickness appears to depend on fiber size, precluding definitive conclusions. Overall, optimal SPP excitation emerges as strongly parameter dependent, pointing to the need for further modeling and experimental validation to define practical design guidelines.
[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]
Documents