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158OPTICSLETTERS/Vol.39,No.1/January1,2014
Observingabnormallylargegroupvelocity
attheplasmonicbandedge
viaauniversaleigenvalueanalysis
WeiE.I.Sha,1LingLingMeng,1WallaceC.H.Choy,1,3andWengChoChew2,4
1DepartmentofElectricalandElectronicEngineering,TheUniversityof,PokfulamRoad,,
2DepartmentofElectricalandComputerEngineering,UniversityofIllinois,Urbana-Champaign,Illinois61801,USA
3e-mail:chchoy@eee.hku.hk
4e-mail:w‑chew@
ReceivedSeptember13,2013;revisedNovember22,2013;acceptedNovember23,2013;
postedNovember27,2013(Doc.ID197692);publishedDecember24,2013
Wedevelopedanoveluniversaleigenvalueanalysisfor2Darbitrarynanostructurescomprisingdispersiveandlossy
materials.Thecomplexdispersionrelation(orcomplexBlochbandstructure)ofametallicgratingisrigorously
calculatedbytheproposedalgorithmwiththefinite-differenceimplementation.Theabnormallylargegroupveloc-
ityisobservedataplasmonicbandedgewithalargeattenuationconstant.Interestingly,wefoundtheabnormal
groupvelocityiscausedbytheleaky(radiation)loss,notbymetallicabsorption(ohmic)loss.Theperiodically
modulatedsurfaceofthegratingsignificantlymodifiestheoriginaldispersionrelationofthesemi-infinitedielec-
tric-metalstructureandinducestheextraordinarilylargegroupvelocity,whichisdifferentfromthenear-zero
groupvelocityatphotonicbandedge.Theworkisf
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