عنوان پایان‌نامه
طراحی تحلیل و بهینه سازی آنتن روزنه ای پلازمونیک در باند اپتیک
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-میدان
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2704;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69082
- تاریخ دفاع
- ۰۶ تیر ۱۳۹۴
- دانشجو
- محمدعلی پناهی
- استاد راهنما
- محمود شاه آبادی, لیلا یوسفی
- چکیده
- امروزه نانو آنتن‌ها کاربرد‌های گوناگونی دارند که می‌توان از آشکارسازهای نوری، تصویر برداری و مخابرات نوری بی‌سیم نام برد. اگرچه طراحی آنتن‌های مایکروویو از پیش‌زمینه غنی برخوردار است، طراحی آنتن های اپتیکی تنها بوسیله تغییر مقیاس آنتن های مایکروویوی محقق نمی شود. بنابراین بسیاری از گروه های تحقیقاتی در دنیا روی روش های جدید برای تحلیل آنتن های اپتیکی کار می کنند. در مخابرات نوری بی سیم، داشتن راستاوری بیشتر برای برقراری لینک مخابرات بی‌سیم با بازدهی بالاتر از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. پارامتر دیگری که برای طراحی آنتن اپتیکی برای مخابرای نوری بی سیم اهمیت زیادی دارد، سطح پرتو جانبی (SLL) است. داشتنSLL پایین تر برای کم کردن تداخل بین نانوآنتن و عنصر های دیگر مدار مجتمع اپتیکی، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این SLL پایین تر تزویج های ناخواسته را کاهش می دهد و امکان مجتمع سازی مدارات اپتیکی را افزایش می دهد. در این پایان‌نامه، مدل مداری برای شکاف عرضی روی موجبر پلاسمونیکی دورگه ارائه شده و به کمک آن نانوآنتنی در حالت موج ایستا طراحی شده است. همچنین الگوریتم مشخصی برای رسیدن به SLL دلخواه در نانوآنتن نشتی ارائه شده است. در توسعه این ایده، از الگوریتم بکاررفته در آنتن های رادیویی به همراه در نظر گرفتن تلفات قابل ملاحظه در موجبر پلاسمونیک استفاده شده است. با استفاده از الگوریتم طراحی ارائه شده، دو گونه نانوآنتن نشتی طراحی و شبیه سازی شده است. از مزیت‌های نانوآنتن های ارائه شده می توان به راستاوری بالا، SLL پایین محقق شده بوسیله الگوریتم محدودیت الگو، و تلفات پایین به همراه تمرکز بالا ناشی از موجبر دورگه ای اشاره کرد. این نانوآنتن‌های اپتیکی طراحی شده با راستاوری و بازدهی بالا و همچنین SLL پایین، میتوانند در کاربردهایی نظیر ارتباط دهنده درون مدار مجتمع نوری، سلول های خورشیدی با بازدهی بالا، و LIDARS به کار گرفته شوند.
- Abstract
- Radio-frequency and microwave antenna design has a rich literature. However, optical antennas can not be designed by just scaling down microwave antennas. This is mainly due to the optical properties of metals which deviate from their characteristics at lower frequencies. Therefore, using the surface plasmon theory and the antenna theory, researchers have been working to develop new methods to analyze, synthesize , and to feed optical antennas. Most of optical antennas developed so far are designed to either redirect the light coming from a point source or confine the light coming from free-space for applications such as spectroscopy and sensing. However, when designing antennas for optical wireless communications, there are different important parameters to be considered such as efficiency, directivity, and impedance matching. In this thesis new methods are proposed to engineer the pattern of optical antennas with the goal of achieving a desired side lobe level (SLL). Low SLL is an important factor to minimize the interference of the antenna with other components in an optical integrated circuit. In other words, this low SLL reduces undesired coupling, and allows the level of circuit integration to be increased. First a circuit model is proposed to model transverse slots on hybrid plasmonic waveguides. Using this model, a hybrid plasmonic standing wave optical antenna is designed, and numerically analyzed. Then, a new algorithm is proposed to achieve a desirable SLL in an optical leaky-wave antenna. In developing this method, we have modified the algorithm used in designing microwave antennas to include loss which is not negligible in plasmonic structures. Using the developed method, two types of optical leaky-wave antennas are proposed, and numerically analyzed. The proposed antennas benefit from high directivity advantage of leaky-wave antennas, low side lobe level achieved by the developed tapering algorithm, and low loss properties and confinement of hybrid plasmonic structures. These high gain low SLL broadband optical antennas can have applications in integrated optical interconnects, solar cells, and LIDARS.
