19966

۱۹۹۶۶

طراحي و بهينه سازي حسگر پلاسمونيكي مبتني بر موجبر (فلز- دي الكتريك- فلز)

كارشناسي ارشد

فوتونيك - فوتونيك

۱۳۹۷

۱۳۹۷/۱۰/۲۵

دكتر محمد واحدي

فيزيك

امروزه علم پلاسمونيك كاربردهاي گسترده‌اي را در زمينه شبكه‌هاي مخابراتي، انتقال داده و ارتباطات اپتيكي يافته است كه مي‌توان از مزيت‌هاي سيستم‌هاي مبتني بر علم پلاسمونيك افزايش پهناي باند، سرعت بسيار بالا در انتقال داده و همچنين امكان فشرده‌سازي بيشتر قطعات اپتيكي را نام برد. يكي از مهمترين ويژگي سيستم‌هاي مبتني بر علم پلاسمونيك غلبه بر حد پراش است، كه مي‌توان نور را در ابعاد زير طول‌موج محدود كرد و به اين ترتيب، ساختارهايي را مي‌توان معرفي كرد كه در ابعاد نانومتري كارايي سيستم‌هاي حوزه الكترونيك و فوتونيك را داشته باشند؛ اما در طراحي و ساخت ساختارهاي پلاسمونيكي مشكلاتي از قبيل تلفات بالا در اين سيستم‌ها و هم چنين پيچيدگي در فرآيند ساخت باعث عدم تجاري‌سازي اين ساختارها تا به حال شده است كه محققان در طراحي‌ها با تغيير در هندسه و بهينه‌سازي به دنبال كاهش اين مشكلات مي‌باشند. در اين رساله هدف، طراحي دو نمونه از حسگرهاي پلاسمونيكي كه در ناحيه مخابراتي 1000 تا 1550 نانومتر مي‌باشد و ساختارهاي معرفي شده از "روش تزويج مد " مورد تحليل قرار خواهند گرفت. ساختار اول يك حسگر پلاسمونيكي مبتني بر موجبر فلز - دي‌الكتريك - فلز است كه طول‌موج هاي تشديدي آن در 1050 و 1490 نانومتر قرار دارد. ساختار پيشنهادي با استفاده از روش شبيه‌سازي FDTD به طور عددي مورد ارزيابي قرار گرفته و همچنين ميزان جابه‌جايي طول‌موج هاي تشديدي ساختار در اثر تغييرات ضريب شكست محيط بررسي شده است. براي ساختار پيشنهادي، بيشترين حساسيت و بهترين فاكتور شايستگي بدست آمد. ساختار دوم يك حسگر پلاسمونيكي مبتني بر يك بازتاب‌دهنده براگ و موجبر فلز- دي‌الكتريك- فلز كه يك تشديدگر مستطيلي به بازتاب‌دهنده براگ تزويج شده است. با استفاده از روش شبيه‌سازي FDTD ساختار پيشنهادي مورد تحليل قرار گرفته و طول‌موج هاي تشديد اين ساختار در 1200 و 1327 نانومتر قرار دارد و بالاترين حساسيت و فاكتور شايستگي براي اين ساختار به ترتيب برابر و بدست آمده است. واژه‌هاي كليدي: علم پلاسمونيك، فشرده‌سازي، حسگر‌هاي پلاسمونيكي، حد پراش، روش تزويج مد

1397/11/01

Design and Optimization of Plasmonic MIM Sensor

1/21/2019 12:00:00 AM

Abstract: Surface plasmon polaritons (SPP) are electron density waves excited at the interface between metals and dielectric materials. Surface plasmons have been fully described by Maxwell’s theory and Drude’s model of the optical properties of metals more than a century ago. However, it took until the late 1950s until their existence was observed. Owning to their highly localized electromagnetic fields, they may be used for integrated circuit, transport and manipulation of photons on subwavelength scales. Until now, several plasmonic devices has been proposed such as filters, switches, antennas, sensors etc. Sensors are very important in the field of optical communication and integrated circuit. In this thesis, two type of plasmonic sensors are proposed and analyzed by couple mode theory. The first sensor is based on a plasmonic MIM waveguide side coupled to a squircle cavity. The second sensor is based on a rectangle cavity coupled to a plasmonic bragg reflector. The maximum sensivity and FOM have been obtained 1480 nm/RIU and 134.5 RIU-1 for first structure and 1320 nm/RIU and 45.5 RIU-1 for the second one. Keywords: surface plasmon polaritons, couple mode theory, MIM sensors, plasmonic bragg reflector, MIM bus waveguide