تحليل و شبيه سازي خواص انتشاري موجبرهاي چندلايه پلاسموني گرافني

دكتري

خواص منحصر به فرد گرافن، آن را كانديداي بسيار مطلوبي براي طراحي نسل بعدي قطعه هاي نوري قرار داده است. يكي از ويژگي هاي مهم گرافن، هدايت پذيري قابل تنظيم است كه آن را به عنوان ماده اي مناسب براي علم پلاسمونيك در باند مادون قرمز مياني، قرار مي دهد. در اين رساله، به بررسي و تحليل ساختارهاي چند لايه پلاسموني گرافني با هدف رسيدن به ضريب تحديد بالا و كاهش ميزان تلفات مي پردازيم. بدين منظور، با تركيب لايه هاي گرافني با مواد جديدي نظير ناهمسانگرد، كايرال و غيرخطي، به بهبود عملكرد موجبرهاي پلاسموني گرافني پرداخته مي شود. تركيب مواد ناهمسانگرد با لايه هاي گرافني در مختصات دكارتي، استوانه اي و بيضوي صورت مي گيرد. در اين ساختارها، با استفاده از ميدان مغناطيسي خارجي، بهبود قابل ملاحظه اي در خواص انتشاري آنها، ايجاد مي شود. با شبيه سازي حالت هاي خاص از ساختارهاي چندلايه ناهمسانگرد در مختصات دكارتي، استوانه اي و بيضوي، به بررسي صحت مدل تحليلي ارائه شده، خواهيم پرداخت. براي نمونه، براي موجبر صفحه اي ناهمسانگرد گرافني زمين شده با هادي مغناطيسي كامل، ضريب تمركز 100 در فركانس 0.4 تراهرتز حاصل مي شود. در ادامه، با تركيب صفحات گرافني با مواد كايرال و غيرخطي در مختصات دكارتي، مدل تحليلي آن ها بدست آمده و با معرفي دو موجبر براي هر ساختار، خواص انتشاري شان مورد مطالعه قرار مي گيرد. براي مثال، براي موجبر تركيبي حاوي دو تيغه گرافن و كايرال، ضريب تحديد 15 در فركانس 8 تراهرتز، بدست آمده است. در يك موجبر پيشنهادي بر مبناي تركيب مواد غيرخطي و گرافن، كه در آن، گرافن بر روي لايه هاي فلوئوريد آهن (II)- سيليكا-سيليكن قرار گرفته است، ضريب موثر 200 در پتانسيل شيميايي 0.2 الكترون-ولت و توان اوليه 3، بدست مي آيد. سپس، به منظور نشان دادن اهميت ساختارهاي چندلايه براي تحقق ادوات گرافني، به طراحي و شبيه سازي سيركولاتورهاي گرافني مي پردازيم. ساختار اول، يك سيركولاتور گرافني Y-شكل است كه در آن، سه نوار گرافني به يك ديسك تشديدي متصل شده و كل ساختار بر روي زيرلايه سيليكا قرار دارد. ساختار دوم، سيركولاتوري است كه بر اساس مودهاي لبه اي كار مي كند. با شبيه سازي اين ساختار، سطح ايزولاسيون 14- دسي بل در فركانس 4 تراهرتز بدست مي آيد. ساختار سيركولاتور سوم، يك سيركولاتور با پُست مثلثي چندلايه ست كه در آن، لايه گرافني، به صورت متقارن در وسط پُست قرار گرفته است. براي اين نوع از سيركولاتور، در فركانس تشديد 5 تراهرتز، تلفات انتقال 3.5- دسي بل، ايزولاسيون 40- دسي بل و پهناي باند سيركولاتور، 7.25 درصد بدست مي آيد.

195430

دانشگاه علم و صنعت ايران

مخابرات ميدان

دكتر محمد هاشم واجد سميعي