عنوان پایان‌نامه
طراحی و ساخت افزاره برای تقویت پدیده القای جریان توسط فوتونها در یک نانو ساختارپلازمونی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2398;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 61052
- تاریخ دفاع
- ۲۰ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- مهدی مظاهری
- استاد راهنما
- علی افضلی کوشا, محمود شاه آبادی
- چکیده
- ساختار های پلازمونیک ابزاری منحصر به فرد برای کنترل توزیع فضایی میدان های الکترومغناطیسی در ابعاد نانومتری می باشد. قابلیت این ساختار در متمرکز ساختن میدان ها در این ابعاد ناشی از امکان تزویج موج الکترومغناطیسی با امواج مکانیکی درون پلاسمای الکترون های آزاد فلز است. این تزوبج باعث تشدید میدان ها در فصل مشترک فلز و محیط اطراف می شود. این تشدید امکان تقویت برهم کنش میان ماده و موج را فراهم ساخته و بررسی پدیده هایی که تنها در دامنه های قوی در فرکانس های نوری مشاهده می شود را فراهم می سازد. مزیت دیگر این ساختارها امکان مهندسی خواص نوری آنها بویژه توزیع فضایی میدان و میزان تشدید توسط هندسه نانوساختار می باشد. امواج الکترومغناطیس در برخورد با این ساختارها منجر به تغییرات سریع چگالی بار در نانو ساختار شده و در نتیجه منجر به القای جریان الکتریکی می شود. در صورتیکه مواد استفاده شده خاصیت غیرخطی نیز داشته باشند این افزایش میدان می تواند منجر به تشدید پدیده ی غیرخطی مانند تولید هارمونیک های نوری (تولید امواج تراهرتز و یکسو سازی نوری) شده؛ امکان تحقق افزاره های غیرخطی نوری مانند مدولاتورهای تمام نوری، سوییچ های نوری و مبدلهای فرکانس و ... فراهم می کند. پدیده ی یکسو سازی نوری که القای جریان نوری نیز نامیده می شود می‌تواند مبنای طراحی آشکارسازهایی نوری قرارگیرد. چنین آشکارسازهای نوری، قابلیت منحصر به فرد امکان مجتمع سازی انتخاب گری فرکانس نوری و پلاریزاسیون موج دریافتی با آشکارساز نوری را داراست. امکان تنظیم و تغییر انتخاب‌گری آشکار ساز نسبت به فرکانس و پلاریزاسیون متناسب با شدت میدان الکتریکی و میدان مغناطیس خارجی نیز از قابلیت‌های ویژه‌ی این ساختار است. در این پایان نامه پس از برداشتن نخستین قدم ها در جهت ساخت ساختارهای پلازمونیک و یافتن مشخصات آن همچون بررسی امکان و چگونگی تحریک ساختارهای پلازمونیک و صحت سنجی این خواص به معرفی تحلیل و مدلسازی برخی ساختارهای مهم که امکان تشدید پلازمونی را فراهم می کند پرداخته شده است. در ادامه به تحلیل خواص غیرخطی پلاسمای الکترون های آزاد پرداخته شده که بستری برای تحلیل و شبیه سازی این نانوساختارها فراهم می سازد. در انتها نیز ساختارهای مناسب برای آشکارسازی نوری بر اساس خواص غیرخطی فلزات پیشنهاد شده و نتایج اندازه گیری برای بعضی از این ساختارها ارائه می شود.
- Abstract
- Plasmonic structures are unique tools in order to control the spatial distribution of electromagnetic fields on nanometer scales. Due to the coupling between the electromagnetic waves and mechanical waves of the free electron plasma in the metal, such structures have a remarkable ability to keep the optical energy concentrated on the nanometer scale. This coupling results in a local field enhancement at the interface of metal. This resonance enhances the wave-matter interaction and facilitates the investigation of the phenomena which are only observable under strong optical fields. Optical properties, especially spatial distribution of electromagnetic fields and field enhancement can be easily engineered in plasmonic nanostructures. When electromagnetic waves impinge on these structures, rapid fluctuations are caused and as a result, the electrical current will be induced. If the material understudy has nonlinear properties, this field enhancement strengthens the nonlinear phenomena such as optical harmonic generation (Terahertz waves generation, Optical rectification, etc.) which facilitates the fabrication of nonlinear optical devices such as all-optical modulators, optical switches, optical convertors, etc. Optical rectification phenomenon which is also called optical induced current can provide a basis for design of optical detectors. Optical detectors of this kind have a unique feature of integration with conventional CMOS-technology devices. In addition they can be frequency and polarization selective.. In this thesis first some fundamentally steps towards plasmonic structures fabrication and characterization such as investigation on excitation feasibility and its proper methods are taken. Then modeling and analysis of some structures with the possibility of the plasmonic resonance are introduced. In the following, nonlinear properties of the free electron plasma is investigated which helps to analyze and simulate these nanostructures. At the end, some structures for optical detection based on nonlinear properties of metals are proposed and their optical properties are experimentally investigated.
