A new type of real-time optical microscope has been developed that operates on the same principle as a liquid immersion microscope, with the liquid replaced by a solid lens of high refractive index material. Using a lens with an index n=2 and 436 nm illumination, this microscope has resolved 100 nm lines and spaces and has demonstrated a factor of two improvement in the edge response over a confocal microscope.

Metallic "bowtie" nanoantennas consisting of two opposing tip-to-tip Au triangles have been fabricated with triangle lengths of 75 nm and gaps ranging from 16 to 488 nm. For light polarized along the line between the two triangles, the plasmon scattering resonance first blue-shifts with increasing gap, and then red-shifts as the particles become more and more uncoupled, while perpendicularly polarized excitation shows little dependence upon gap size. This behavior may be approximately understood in a coupled-dipole approximation as changes in the phase between static dipole−dipole interactions and dipole radiative interaction effects.

A design method for acoustic thin disk transducers with high efficiency, broad bandwidth, and good impulse response is presented. This method is based on the use of quarter-wave matching layers between the piezoelectric material and the acoustic load. As is made evident using the transmission line model of Krimholtz, Leedom, and Matthaei, the finite thickness of the piezoelectric material must be taken into account in the matching layer design. Criteria for optimum broad-band transducer designs with a given piezoelectric material are developed which show the importance of a high electromechanical coupling coefficient. A method for obtaining Gaussian shaped passbands, necessary for optimum impulse response, is also shown. Several transducers have been built to illustrate this design approach with excellent agreement between theory and experiment. One such transducer has 3.2 dB round trip insertion loss and one octave bandwidth.

Electromagnetic field enhancement in optical antenna arrays is studied by simulation and experiment at midinfrared wavelengths. The optical antennas are designed to produce intense optical fields confined to subwavelength spatial dimensions when illuminated at the resonant wavelength. Finite difference time domain (FDTD) method simulations are made of the current, charge, and field distributions in the antennas. The influence of antenna shape, length, and sharpness upon the intensity of the optical fields produced is found. Optical antennas arrays are fabricated on transparent substrates by electron beam lithography. Far-field extinction spectroscopy carried out on the antenna arrays shows the dependence of the resonant wavelength on the antenna length and material. The FDTD calculated and experimentally measured extinction efficiencies of the optical antennas are found to be in good agreement.

We have developed a unified approach to solve for the attenuation and phase velocity variations of elastic waves in single-phase, polycrystalline media due to scattering. Our approach is a perturbation method applicable for any material whose single-crystal anisotropy is not large, regardless of texture, grain elongation, or multiple scattering. It accurately accounts for the anisotropy of the individual grains. It is valid for time-harmonic waves with all ratios of grain size to wavelength. It uses an autocorrelation function to characterize the geometry of the grains, and thereby avoids coherent artifacts that occur if the grains are assumed to have symmetrical shapes and suggests new methods for characterizing distributions of grains that are irregularly shaped. We have carried out numerical calculations for materials that are untextured and equiaxed, and have cubic-symmetry grains and an inverse exponential spatial autocorrelation function. These calculations agree with the previous calculations which are valid in the Rayleigh, stochastic, and geometric regions, and show the transitions between these regions. The complex transition between the Rayleigh and stochastic regions for longitudinal waves, and the severe limitations of the stochastic region for grains with fairly large anisotropy are of particular interest.

Optically resonant metallic bowtie nanoantennas are utilized as fabrication tools for the first time, resulting in the production of polymer resist nanostructures <30 nm in diameter at record low incident multiphoton energy densities. The nanofabrication is accomplished via nonlinear photopolymerization, which is initiated by the enhanced, confined optical fields surrounding the nanoantenna. The position, size, and shape of the resist nanostructures directly correlate with rigorous finite-difference time-domain computations of the field distribution, providing a nanometer-scale measurement of the actual field confinement offered by single optical nanoantennas. In addition, the size of the photoresist regions yields strong upper bounds on photoacid diffusion and resist resolution in SU-8, demonstrating a technique that can be generalized to the study of many current and yet-to-be-developed photoresist systems.

The transport properties of the electrons in GaAs have been investigated; i.e., the absolute values of the electron drift velocity, the diffusion coefficient, and the trapping time have been measured for the first time as a function of the electric field. To measure the velocity at the electron, the response of a reversed-bias Schottky barrier-$I\ensuremath{-}{n}^{+}$ GaAs device to a short pulse (0.1 nsec) of high-energy electrons was measured. The incident electrons create a sheet of charges in the semiconductor very close to the cathode. The electrons move across the diode under the influence of the applied electric field and induce a current in the contacts until they reach the anode. The width of the induced current pulse is a measure of the transit time of the electrons. With a knowledge of the width of the field region ($I$ layer), the drift velocity corresponding to the particular bias field can be accurately determined. The specimen used in this experiment consists of a slab of semi-insulating boat-grown GaAs cut in the [100] and [111] directions. Thin contacts were evaporated on each face; one, the cathode contact, less than 1000 \AA{} thick, forms the noninjecting Schottky barrier. The other, the anode, is ohmic. The experimental results are in excellent agreement with the Butcher-Fawcett theory, with a low-field mobility of 7500 ${\mathrm{cm}}^{2}$/V sec, a threshold field of 3300 V/cm, and an initial negative mobility of 2600 ${\mathrm{cm}}^{2}$/V sec. Signs, but no strong evidence, of the minimum velocity being reached up to the highest field used, 14 kV/cm, were observed. We have also measured by the same method the velocity-field relation over a range of ambient temperatures from 160 to 340\ifmmode^\circ\else\textdegree\fi{}K. From the measurement of the difference between the rise and the fall time of the induced current pulse, which is a measure of the spread of the electron layer created at the cathode by electron bombardment, it was possible to obtain the diffusion coefficient as a function of the electric field. The diffusion coefficient is sharply peaked (900 ${\mathrm{cm}}^{2}$/sec) at the threshold field and decrease to a value slightly less than 200 ${\mathrm{cm}}^{2}$/sec at high field. The experimental results are in considerable disagreement with the theoretical prediction. This disagreement may possibly be due to the velocity fluctuation arising from the rapid electron intervalley transfers which have not been taken into account in the theory by Butcher and Fawcett. Finally, measurement of the number of electrons trapped during the electron transit time across the specimen yields the variation of the trapping time as a function of the electric field.