عنوان پایان‌نامه
آنالیز خصوصیات تشعشعی نانوآنتن های نوری
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-میدان
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2485;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 63831
- تاریخ دفاع
- ۰۶ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- عمیدالدین متاجی کجوری
- استاد راهنما
- محمود محمدطاهری, محمود شاه آبادی
- چکیده
- در این پژوهش، خصوصیات پراکندگی ساختارهای چندلایه فلزی و متناوب با تناوب در یک یا دو بعد در معرض تابش امواج صفحه‌ای مورد بررسی قرار گرفته است. برای تحلیل رفتار این ساختارها، ابتدا روش فرمول‌بندی خطوط انتقال معادل پیاده‌سازی و کارایی آن بررسی شده است. همچنین یک ابزار عددی جدید مبتنی بر تحلیل مودال ساختارهای متناوب در یک بعد به کمک روش ممان ارائه شده است. از ابزار عددی حاصل در طراحی و تحلیل چند ساختار متناوب فلزی استفاده شده است. در این پایان‌نامه پس از بیان مقدمات در مورد خصوصیات نوری ساختارهای فلزی و کاربردهای مختلف نانوآنتن‌ها، روش فرمول‌بندی خطوط انتقال معادل برای تحلیل تفرق از ساختارهای فلزی متناوب با تناوب در یک بعد پیاده‌سازی شده است. سپس به دلیل همگرایی کند یا عدم همگرایی پاسخ در تحلیل بعضی مسائل با روش فرمول‌بندی خطوط انتقال معادل، یک تحلیل مودال جدید مبتنی بر روش ممان برای بررسی مسئله تفرق از ساختارهای متناوب با تناوب در یک بعد ارائه شده‌است. این روش عمده مشکلات موجود در تحلیل ساختارهای فلزی به روش خطوط انتقال معادل را برطرف می‌کند. در ادامه، روش فرمول‌بندی خطوط انتقال معادل برای تحلیل ساختارهای چندلایه فلزی متناوب با تناوب در دو بعد پیاده‌سازی و نتایج آن با روش اجزاء محدود، صحت سنجی شده است. پس از پیاده‌سازی ابزارهای عددی مورد نیاز، ساختارهای متناوب فلزی مختلف تحلیل و طراحی شده اند. ابتدا با طراحی یک آرایه دیسک فلزی بر روی الکترود زیرین یک سلول خورشیدی لایه نازک، توانایی چنین ساختاری در افزایش هشت درصدی جذب توان در لایه سیلیکونی نشان داده شده است. همچنین پس از مطابقت نتایج حاصل از تحلیل مسئله تفرق از ساختار آرایه دیسک‌های نقره‌ای بر روی تشدیدکننده فبری-پرو با نتایج حاصل از ساخت و اندازه‌گیری، مزیت استفاده از آرایه دیسک نقره‌ای در آشکار شدن تشدید ساختار در طیف بازتاب نمایش داده شده است. همچنین با ارائه روشی تقریبی در تحلیل ساختارهای فلزی متناوب با تناوب در دو بعد، یک نانوآنتن پاپیونی مورد بررسی قرار گرفته است. تحلیل این ساختار نشانگر وجود میدان‌های الکتریکی قوی در نزدیکی نانوآنتن است. در نهایت با ترکیب دو نانوآنتن پاپیونی، رفتار یک نانوآنتن پاپیونی صلیبی بررسی شده‌است. مزیت این ساختار ایجاد تشدید برای هر دو پلاریزاسیون موج تابشی است.
- Abstract
- This research is devoted to the solution of plane-wave scattering by metallic multilayer periodic structures with periodicity in one or two dimensions. To analyze this problem, transmission line formulation (TLF) has been employed and its performance is studied. Also, a new numerical tool based on a modal analysis using the method of moments has been introduced. These numerical tools are then used in the analysis and design of metallic periodic structures. In this thesis, an introduction to optical nanoantennas and their applications is presented. Then, the TLF for the analysis of one-dimensional periodic structures has been developed. Due to convergence problem for this analysis, a new modal analysis using the method of moments has been introduced. This method resolves the aforementioned convergence problem of the TLF analysis. Then, the TLF is exploited for the analysis of two-dimensional periodic structures. Results of the TLF analysis are then compared with those obtained by finite-elements method (FEM). Using the developed numerical tools, we have analyzed and designed different metallic periodic structures. By designing an array of silver disks placed on top of the lower electrode of a photovoltaic cell, it is shown that an 8-percent increase in optical absorption can be obtained. In another investigation, a top-loaded Fabry-Pérot resonator has been analyzed using the TLF. This is then fabricated and its optical characteristics are extracted. The results of the TLF analysis are in good agreement with those of measurement. It is shown that adding the top-load leads to a more prominent resonance in the reflection spectrum of the structure. Afterwards, after minor modifications to the TLF analysis, we have demonstrated how convergence can be improved in the TLF analysis of a bow-tie nanoantenna. The analysis shows an enhanced electric field near the antenna. This field enhancement can be used in nonlinear applications. At the end, a crossed bow-tie antenna is analyzed. This structure advantageously enhances local field for incident wave with either polarization.
