بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله طراحی و شبیه سازی موجبر نانوپلاسمونیکی فلز- دی الکتریک غیرخطی- فلز با یک نانوتشدیگر غیرخطی کر که از پهلو به موجبر کوپل شده، است. یک سوئیچ کاملا نوری جدید بر پایه موجبر نانوپلاسمونیکی فلز- دی الکتریک غیرخطی- فلز با یک ناوتشدیگر غیرخطی کر ارائه و به صورت عددی بررسی شده است. با شبیه سازی عددی با روش FDTD توانستیم طیف عبور ساخت را به گونه ای اصلاح کنیم با تغییر توان نور ورودی عمل سوئیچینگ - شیفت طول موج - انجام بگیرد. نتایج ما می تواند در طراحی سیستم های نانوفوتونیکی برای کاربرد در ادوات کاملا نوری فوق فشرده مانند نسل آینده سنسورهای پزشکی مفید باشد. سوئیچ کاملا نوری بسیار فشرده که طراحی کردیم، کاربردهای مهمی در پردازش سیگنال های نوری، ارتباطات نوری و مدارهای مجتمع نانوپلاسمونیکی دارد.
-1 مقدمه
کنترل کردن نور یا نور اساسی ترین مبحث در مدارات مجتمع تمام نوری1 است که این مدارات کاربردهای زیادی در شبکه های مخابراتی تمام نوری دارند - . - Lin and et al,2008, 20949-20954 طی سالهای گذشته مدارات مجتمع تمام نوری متعددی بر اساس مواد غیر خطی نوری طراحی و شبیه سازی شده اند. از جمله معایب اصلی این ساختارها می توان به محدودیت کمینه اندازه ی ساختار برای تولید پاسخ غیرخطی مناسب و همچنین شدت نوری مورد نیاز نسبتاً بالا اشاره کرد.
برای غلبه بر این معایب ساختارهای غیر خطی نوری براساس کریستال های نوری2 و با استفاده از تجمع شدید میدان در تشدید گرهای کریستال فوتونی که باعث افزایش اثرات غیر خطی می شود استفاده شد - - Hu et al , 2008, 185-189 پلاسمون های سطحی نیز به علت افزایش شدت میدان های نوری متمرکز در اندازههای بسیار کوچک و زیر طول موج بستر مناسبی را برای تحقق و ساخت ادوات تمام نوری با استفاده از خواص غیر خطی مواد فراهم میکنند Wang et al, - - Shen et al , 2008, 8421-8420 - . - Ozbay,2006, 189-193 - - 2005,1 برای مثال پدیده دو پایداری نوری در نانو تشدیدگرهای فلز_دی الکتریک ای که بر اساس فابری - پرو ساخته شده اند مشاهده شده اس. - Shen et al, 2008, 8421-8420 - j اخیرا سوئیچ های تمام نوری بر اساس ساختارهای گرتینگ پلاسمونی شامل مواد غیر خطی نوری طراحی نشده است.
. موجبرهای MIM به علت هدایت پلاسمون های سطحی در سطح مقطع فلز دی الکتریک ساختارهای بسیار مهمی دارد و اتاپلاسمونیکی هستند در سال های اخیر این ساختار ها محبوبیت زیادی در میان محققین بدست آورده اند. چرا که این موجبرها نه تنها از انتشار مدهای با طول موج بسیار کوچک و با سرعت گروهی بالا پشتیبانی می کنند. بلکه توانایی هدایت موج تا فواصل نسبتاً بالا را از خود نشان می دهند. ترکیب این موجبرها با نانو تشدیدگرهایی با شکل های مختلف که از پهلو به آن ها کوپل شده اند.
ساختارهای متنوع جدیدی را به وجود می آورند که کاربردهای زیادی در ادوات تمام نوری دارند - - Wurtz et al , 2006, 5 - Hosseini et al, 2007, 18 - برای مثال، فیلترهای حذف و اضافه ی کانال توسط همین ساختارهای متشکل از موجبرهای MIM کوپل شده به نانو تشدیدگر های حلقوی طراحی و ساخته شده اند . - Hosseini et al, 2007, 18 - فیلترهای بسیار فشرده با استفاده از ساختارهای دندانه ای و استاب که شبیه سازی و بررسی شده اند . - Xiao et al, 2006, 2932-2937 - مشخصاً، عملکرد ساختارهای تمام نوری متشکل از تشدیدگرهای غیرخطی بسیار به شکل پاسخ فرکانس ساختار وابسته است. در این مقاله یک سوئیچ کاملا نوری جدید بر پایه موجبر نانوپلاسمونیکی فلز- دی الکتریک غیرخطی- فلز با یک ناوتشدیگر غیرخطی کر ارائه و به صورت عددی بررسی شده است.
نتایج و تحلیل پاسخ فرکانسی یک موجبر کوپل شده از پهلو به یک نانو تشدیدگر پرشده از محیط غیر خطی کر یک فیلتر پلاسمونیک بادی الکتریک غیر خطی طراحی و به صورت عددی با روش FDTD شبیه سازی می شود. نشان داده خواهد شد که توانایی تغییر طیف فرکانسی این فیلتر با شدت میدان ورودی با آن این قابلیت را می دهد که به عنوان سوئیچ در مدارات مجتمع نوری به کار گرفته شود.
هندسه ی ساختار در شکل - 1 - نمایش داده شده است. در این شکل L2 و L1 به ترتیب عرض و طول نانو تشدیدگر هستند. d نشان دهنده ی فاصله بین موجبر و نانو تشدیدگر است. Wt عرض موجبر را نشان میدهد. این مواد به علت داشتن حساسیت غیر خطی نوری درجه سوم بالا و زمان پاسخ بسیار سریع بهترین گزینه برای استفاده در ادوات فشرده نوری به حساب می آیند در این تحقیق از Au / sio2 با ضریب غیرخطی نوری برابر 2 2.37 10 15 m v استفاده شده است. همچنین گذردهی خطی برابر 2.16 L و پاسخ زمانی 200 فمتو ثانیه - fs در نظر گرفته شده است. پس گذردهی کلی ماده دی الکتریک با رابطه I L d که در آن I شدت نوری2 است محاسبه میشود. در تمامی شبیه سازی ها تلف موجبر لحاظ شده است.
