عنوان پایان‌نامه
تحلیل پدیده جذب کامل نور در ساختارهای تناوبی فلزی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-میدان
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2807;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 70957
- تاریخ دفاع
- ۰۲ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- زهرا صراحتی جویباری
- استاد راهنما
- محمود شاه آبادی
- چکیده
- در این پایان‌نامه ابتدا با در نظر گرفتن تقارن برگردان زمانی در معادلات ماکسول، جاذب کامل همدوس را به عنوان برگردان زمانی لیزر در آستانه ایجاد پرتو لیزر معرفی نموده‌ایم. پژوهش‌هایی که تا کنون در این زمینه انجام گرفته است را مرور نموده‌ایم. کاربردهای جاذب کامل همدوس به عنوان مبدل نور به جریان الکتریکی، مدولاتور، سوئیچ، حسگر و همچنین کاربردهای آن در علوم پزشکی را برشمرده‌ایم. شرایط و ویژگی‌های جذب کامل همدوس را مطرح نموده‌ایم و به تحلیل این پدیده در ساختارهای تناوبی فلزی پرداخته‌ایم. جذب کامل همدوس را در یک تیغه فراماده بررسی نموده‌ایم و نشان داده‌ایم که در طول موج رزونانس با تغییر دامنه و فاز نسبی دو پرتو تابشی به ساختار می‌توانیم میزان جذب نور را در بازه وسیعی کنترل نماییم. سپس، جذب کامل دو پرتو تابشی به یک توری فلزی را بررسی نموده و نشان داده‌ایم که با تغییر فاز نسبی پرتوهای تابشی می‌توان از وضعیت جذب کامل نور به وضعیت بیشینه پراکندگی رسید. در این پایان نامه همچنین به کمک روش مودهای آمیخته در حوزه زمان به بررسی پدیده جذب کامل نور همدوس در مدار مجتمع فوتونی و پلاسمونی پرداخته‌ایم. به منظور شبیه‌سازی عددی رفتار جاذب در مدار مجتمع، فرمولاسیون خط انتقال را پیشنهاد نموده‌ایم و برتری‌های آن را نسبت به روش‌های پیشین، از جمله FDTD ، برشمرده‌ایم. جاذب کامل همدوس در مدار مجتمع فوتونی و پلاسمونی را طراحی نموده و نشان داده‌ایم که این جاذب‌ها می‌توانند به عنوان مدولاتور یا سوئیچ کاربرد داشته باشند. در ادامه، در یک دوپورتی شرایطی را نیز بررسی نموده‌ایم که یکی از پرتوهای تابشی فاز تصادفی داشته باشد و پرتو تابشی کاملا همدوس نباشد. معیاری برای سنجش میزان همدوسی متقابل پرتوهای تابشی پیشنهاد نموده و با بررسی میزان جذب در یک دوپورتی متقابل صحت معیار پیشنهادی را نشان داده‌ایم. کارایی دو جاذب کامل همدوس را نیز بر اساس این معیار مقایسه نموده‌ایم. چیدمانی را برای بررسی پدیده جذب کامل همدوس در جاذب مسطح فلزی، پیاده‌سازی نموده‌ایم. بدین منظور ابتدا با بررسی نتایج اندازه‌گیری طیف عبور و بازتاب توان از نمونه‌های جاذب مسطح فلزی در تابش تک‌پرتو، جاذب ساخته شده با ویژگی‌های مطلوب تعیین شد. سپس رفتار این جاذب را به کمک چیدمان معرفی شده مطالعه نموده‌ایم.
- Abstract
- In this thesis, with the help of the time-reversal symmetry of Maxwell’s equations, Coherent Perfect Absorbers (CPAs) are defined as time-reversed lasers operating near the lasing threshold. We introduce the basic characteristics of CPAs and their applications as transducer, modulator, switch, sensor, along with several medical applications. For the case of complete absorption in a metamaterial slab, we show that, at the resonant frequency of the structure, the absorption of light can be controlled over a wide range by varying the relative phase or amplitude of coherent input beams. In addition, perfect absorption of two coherent beams by a metallic grating is numerically investigated. Here, we show that a continuous transition from the state of perfect coherent absorption to that of maximum scattering can be achieved by varying the relative phase of the input beams. Utilizing time-domain coupled-mode theory, we study coherent perfect absorption in integrated photonic and plasmonic circuits. To numerically study these structures, we propose a Transmission-Line Formulation (TLF) and prove that, as far as computational resources are concerned, this method is superior to the conventional numerical methods such as FDTD. We also design CPAs in photonic and plasmonic circuits for realization of switches and modulators. Moreover, slight deviation from the coherent state and its impact on the performance of CPAs is studied by including a random phase for one of the two input beams in a linear two-port CPA. After defining a criterion for the mutual coherency of the two input beams, we study the effect of incoherency on the total light absorption. We believe that this criterion can be used to compare the performance of different CPAs. As the final step, we propose a setup to experimentally investigate the coherent perfect absorption in a metallic planar absorber. First, we fabricate different samples of absorbers in the Thin-Film Laboratory at the School of ECE, University of Tehran. The sample showing the desired specifications is selected based on the results of the transmission and reflection measurements under single-beam illumination. Thereafter, the coherent control of absorption of light in the selected sample is examined in the proposed measurement setup.
