مطالعه، بررسي و طراحي برخي ادوات پلاسمونيكي

دكتري تخصصي

در دهه هاي اخير، امواج پلاسمونيك (پلاسمون پلاريتون هاي سطحي) به عنوان يك از راه حل اميدواركننده براي غلبه بر حد كلاسيكي پراش نور معرفي شده¬اند. بر اين اساس ساختارهاي پلاسمونيكي زيادي نظير انواع فيلترها، حسگر ها، آنتن ها و غيره پيشنهاد شده است. در اين ميان كليدها و حسگرها به عنوان دو عنصر اساسي در مخابرات نوري بسيار مورد توجه قرار دارند. از اين رو در اين رساله ابتدا يك كليد الكترواپتيكي پلاسمونيكي با ميزان عبور بالا، ولتاژ كم جهت كليد زني و هندسه¬ي ساده به منظور ساخت آسان ساختار پيشنهاد شده است. ساختار ارائه شده شامل يك موجبر اصلي MIM بوده كه به طور مستقيم با دو كاواك ريزشي و دوكاواك بازتابي تزويج شده است. تمام كاواك¬ها توسط يك ماده الكترواپتيك پر شده¬اند. بسته به اينكه ساختار شامل يك كاواك بازتابي يا دو كاواك بازتابي باشد دو كليد پلاسمونيكي دو كاناله 1×2 در طول موج هاي 984 نانومتر و 1560 نانومتر پيشنهاد كرديم. علاوه بر اين، ساختار جديد ديگري جهت تحقق اثر PIT ارائه داده ايم. اين ساختار شامل يك موجبر مستقيم MIM بوده كه با يك كاواك مستطيلي و يك كاواك -Hشكل تزويج شده است. در اين ساختار به منظور جلوگيري از اكسيداسيون، يك لايه نازك گرافن روي ديواره هاي داخلي كاواك H رسوب داده شده و اثر آن مورد مطالعه قرار گرفته است. نتايج نشان دادند كه ساختار پيشنهاد شده مي¬تواند به عنوان يك نانوحسگر با حساسيت پذيري 1300 nm⁄RIU و شايستگي 59.1〖RIU〗^(-1) به كارگرفته شود. همچنين اين ساختار را همچنين مي¬توان به عنوان يك كليد نوري با ميزان عبور 76% و ضريب خاموشي 19.77dB به كار برد. ساختار كنترل پذير ديگري نيز جهت تحقق اثر PIT پيشنهاد شد. اين ساختار شامل يك موجبر مستقيم بوده كه با يك نانو ديسك و دو ديسك مماس بر هم (موسوم به كاواك TITD) تزويج شده است. نتايج نشان دادند كه طول موج PIT در اين ساختار مي تواند با اعمال يك دمش خارجي با شدت 24.39 MW⁄〖cm〗^2 (توان حدوداً 2mW) از 782nm به 815nm تغيير پيدا كند. ساختار پيشنهاد شده قابليت به كار¬گيري به عنوان يك نانوحسگر با حساسيت پذيري 690 nm⁄RIU و شايستگي 49.28〖RIU〗^(-1) را دارد. علاوه بر مطالب فوق الذكر، با پيشرفت تكنولوژي¬ تراهرتز (THz) و ظهور كاربردهاي مختلف اين فناوري در طيف¬سنجي، مخابرات، توليد نوركند و شناسايي مواد زيستي، يك ساختار پلاسمونيكي 8-شكل دوگانه جهت تحقق اثر PIT در باند تراهرتز طراحي كرديم. اين ساختار شامل موجبر نيم رساناي اينديوم آنتيمونيد (InSb) است. نيم رساناي اينديوم آنتيمونيد با اين خاطر به كار گرفته شده تا بتواند موج پلاسمونيك را در اين باند تحريك كند. حساسيت پذيري اين ساختار در حالت تك PIT برابر با 654 GHz⁄RIU بدست آمد. نتايج بدست آمده نشان دادندكه جابه¬جايي فركانسي برابر با 37GHz و 99GHz براي حالاتي كه مولكول هاي تك رشته¬اي و هيبريدي DNA درون كاواك¬هاي ساختار را پركرده¬اند حاصل خواهد شد. در انتها به علت ظهور كاربردهاي مختلف باند فروسرخ (MIR) در زمينه هاي مختلفي همچون بهداشت، كنترل كيفيت و كاربردهاي امنيتي، يك ساختار پلاسمونيكي شامل يك موجبر نيم رساناي سيليكوني جهت تحقق اثرات PIT و PIA در باند فروسرخ طراحي كرديم. ساختار پيشنهاد شده شامل سه كاواك تزويج شده به موجبر اصلي بود. نتايج نشان دادند كه ساختار پيشنهاد شده را مي¬توان به عنوان يك دماسنج با حساسيت پذيري دمايي 1.48 nm⁄c^0 و يك كليد پلاسمونيكي با ميزان عبور 83% و ضريب خاموشي 20.74dB با قابليت عملكرد در باند فروسرخ به كار برد.

191559

دانشگاه علم و صنعت ايران

فيزيك اتمي و مولكولي

دكتر محمد واحدي