عنوان پایان‌نامه
تئوری طراحی و بهینه سازی یک آرایه فازی ازنانو آنتن های پلازمونیکی نوری با شبکه تغذیه روتمن
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-میدان
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2701;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 68950
- تاریخ دفاع
- ۰۷ تیر ۱۳۹۴
- دانشجو
- بهزاد اشرفی نیا
- استاد راهنما
- محمود شاه آبادی, لیلا یوسفی
- چکیده
- مدارهای نوری توانایی انتقال اطلاعات با سرعتی بسیار بیشتر از مدارهای الکترونیکی معمولی را دارا می باشند. بـا ایـن وجود، به علت وجود پدیده حد انکسار نور در مدارات و دستگاههای نوری، کوچک سازی و مجتمع سازی آنها با مشـکل جدی رو به رو شده است. یک راه حل برای رفع این مشکل، بکارگیری سیستم های پلاسمونیکی به منظور هدایت سیگنال هـا در فرکانسهای نوری می باشد. ادوات پلاسمونیکی در حالت کلی از عایقها و فلزات نجیب، که سـطح مشترکشـان توانـایی محدود کردن امواج پلاسمون پلاریتون سطحی را دارا می باشند، تشکیل شده است. این امواج به دلیل ماهیت سـطحی بـودن خود، فارق از اثر حد انکسار در موجبرهای نوری معمولی می باشـند. موجبرهـا و دسـتگاه هـای پلاسـمونیکی از گزینـه هـای اصلی دستیابی به نسل بعدی مدارهای مجتمع نوری با فشردگی قابل توجه نسبت نمونه مشابه الکترونیکی خود، می باشند. نانو آنتن ها توانایی کنترل و هدایت نور را در ابعاد نانو فراهم می کنند. داشتن این قابلیت کاربرد های فراوانی دارد از جمله اسپکتروسکوپی، انتقال دهنده های حرارتی و سلول های خورشیدی. همچنین یکی از مهم ترین کاربرد های نانو آنتن ها استفاده آن ها در مخابرات نوری بیسیم به عنوان آنتن گیرنده و فرستنده است. یکی از بحث های مهم در حوزه مخابرات نوری قابلیت جهت دهی پرتو در این باند است که توسط نانو آنتن ها قابل دسترس است. که از جمله کاربرد های آن می توان به حسگر های اپتیکی، هولوگرافیک وLIDAR اشاره کرد. در این پایان نامه، لنز شکل دهنده پرتو راتمن با خطای فاز کم، پهنای باند زیاد، محدوده زاویه اسکن وسیع ، ابعاد نسبتا کوچک و تاخیر زمانی حقیقی در باند نوری مورد تحقیق قرار می گیرد. این لنز ها کارایی زیادی در کاربرد های نظیر ماهواره، وسایل نقلیه از راه دور، رادار های مانع تصادف و سیستم های مخابراتی پهن باند دارد. در لنز پیشنهادی از ساختار های پلاسمونیکی هایبرید و MIM استفاده شده است و همچنین در این لنز 5 پرت پرتو جهت تحریک کردن 6 پرت آرایه اختیار شده است که انرژی را به آنتن های تتشعشعی منتقل کنند. همچنین یک مقسم توان 1*5با سوئیچ گرافینی در هر پنج شاخه در ورودی لنز راتمن برای داشتن کنترل کامل بر روی ورودی لنز طراحی کردیم که فقط با تغییر بایاس گرافین بتوانیم ورودی دلخواه را روشن کنیم و بیم را در جهت دلخواه قرار دهیم. در ساختار های ارائه شده از آنتن های Patch استفاده شده است. الگوی چند پرتوی در بازه زاویه -29° تا 29° و بازه فرکانسی 185 THz تا 200THzاست. این ساختار برای اولین بار در باند نوری ارائه می شود.
- Abstract
- Overcoming the bottleneck of speed and bandwidth in electronic circuits using the photonic counterparts has been considered extensively by the electronic and communication researchers. Although the switch from micro- to nanoscale integration in electronic circuits is well underway, but in the area of photonics, physical diffraction limit is the main limitation factor for miniaturization of optical devices. In this regard, “Plasmonics” which deals with confinement of light in deep subwavelength dimensions, is among the best solutions to overcome this limit and realize the next generation of integrated circuits. However, the main challenge of plasmonics is the high loss in metal-dielectric structures which limits their usefulness for many practical applications. Different ways (such as: use of multilayer long range structures, gain medium or hybridization) have been suggested to mitigate this issue. Among them, “hybridization” is potentially a very good solution. In a hybrid structure, dielectric layers with high refractive index contrast is used next to the metal layer, which results in lower loss and higher confinement simultaneously. In this thesis, we propose an integrated optical beam-steering phased array system utilizing a Rotman lens. Due to its compact size, reliability, design simplicity, multibeam capability and wide-band operation, Rotman lens is a key component in many phased array system and is widely used at microwave and millimeter frequencies. However, in the integrated optics, to the best of our knowledge, there is no report on this subject. This component has several excitation input ports with deferent electrical paths to the output elements to provide the required phase shift at the output ports. Therefore, beam switching is enabled by exciting the corresponding input port. Considering several number of input ports in the Rotman lens, it is essential to design a mechanism to select the excitation port. Here, we have designed an integrated plasmonic graphene-based $1\times5$ power splitter with switchable output to select between input ports of the Rotman lens. For the antenna part, a novel plasmonic patch nano-antenna was designed. All three parts of the power splitter, Rotman lens, and nano-antennas are designed based on metal-insulator-metal (MIM) plsamonic structure, and can be fabricated utilizing standard CMOS processing techniques, and therefore can be integrated with other elements in an opto-electronic circuit.
