بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، ویژگیهاي طیف تراگسیلی از بلورهاي فوتونی یکبعدي سه لایه شامل محیط بهره بهطور نظري مطالعه میشود. آرایش - ijk - N با i, j, k=A, B,C ، A وB به ترتیب ديالکتریک و فلز می باشند و C محیط بهره، بررسی میشود. در حضور لایهي بهره جذبهاي ساختار جبران شده و موج فرودي در فرکانس لبهي نوار گاف تقویت میشود. افزایش بزرگی بخش موهومی ضزیب شکست محیط بهره و تعداد تناوب ساختار، تراگسیل از ساختار را تقویت میکند. ساختارهاي با محیط بهره، مانند مورد مطالعه شده، میتواند براي تقویت موج در یک فرکانس معین یا افزایش تراگسیل بلورهاي فوتونی جاذب مناسب باشد.
مقدمه
بلورهاي فوتونی ساختارهایی مصنوعی با آرایهاي متناوب هستند، که به علت بازتاب براگ، امواج الکترومغناطیسی در گسترهي فرکانسی معینی قادر به انتشار در چنین ساختارهایی نمی- باشند .[3-1] ویژگیهاي تراگسیلی هر ماده وقتی در ساختار بلور فوتونی قرار میگیردکاملاً متفاوت میشود [2] لذا ساختارهاي مختلفی با آرایشهاي گوناگونبلورهايازمواد متفاوت براي فوتونی جهت طراحی کارکرد خاص ارائه شده است.
وجود بهره یا اتلاف در ساختار بلور فوتونی خصوصیات آن را تغییر میدهد اتمهاي فعال که با مختلط بودن ضریب شکستشان مشخص میشوند وقتی در ساختار بلور فوتونی قرار گیرند، بسته به علامت بخش موهومی ضریب شکست، منجر به تقویت یا تضعیف - جذب - طیف تراگسیلی از ساختارویژگیمیشوند و هاي مفید و منحصر بفردي به طیف تراگسیل از ساختار بلور فوتونی میدهد .[2] در صورتی که علامت بخش موهومی ضریب شکست محیطی منفی باشد، آن را محیط بهرهاز مینامند.
استفاده محیط بهره در ساختارهاي بلور فوتونی دوبعدي براي افزایش بهره اپتیکی 4]و[5 و در بلورهاي فوتونی یکبعدي براي جبران جذب ناشی از وجود محیطهاي پاشنده - متامواد - 6]و[7 و استفاده از ویژگیهاي مطلوب آنها پیشنهاد شده است. در این مقاله ساختار بلور فوتونی سه لایه شامل ديالکتریک، فلز و محیط بهره معرفی میشود و ویژگیهاي طیف تراگسیلی از چنین ساختاري بهطور تحلیلی مطالعه میگردد. استفاده از این ساختار میتواند براي تقویت موج الکترومغناطیسییک در فرکانس خاص یا جبران جذب فلز در نواحی فرکانسی مجاز براي بهرهبرداري از ویژگیهاي منحصربفرد بلورهاي فوتونی دي- الکتریکفلز- [3] و کاربردهاي بسیار دیگر مفید باشد.
نتایج و بحث
طیف تراگسیل از ساختار بلور فوتونی - ABC - 6 در گستره طول موجی 350-460 nm به ازاي مقادیر مختلف بخش موهومی ضریب شکست، ، رسم شده است. چنانچه در شکل مشاهده میگردد، با افزایش تراگسیل از ساختار افزایش مییابد بهطوري که با منفیتر شدن ، که همان افزایش شدت غیرخطیت محیط است، جذبهاي ناشی از وجود فلز جبران شده و موج الکترومغناطیسی فرودي پس از عبور از این ساختار تقویت میشود. مشاهده میگردد میزان این تقویت در لبه گافها بیشتر است که میتواند به دلیل برقراري شرط تشدید و جایگزیده شدن میدان با فرکانس لبه نوارگاف در محیط بهره باشد. البته تقویتی که در طول موج حدود 440 نانومتر مشاهده میشود در شدتهاي غیرخطیت بالا اتفاق میافتد.
طیف تراگسیل از ساختارهاي - CAB - 6 - سبز - ، - ACB - 6 - آبی، نقطه خطچین - و - ABC - 6 - قرمز، خطچین - . مشاهده میکنیم بسته به مکان قرارگیري محیط بهره در سلول واحد در حالیکه محل تشکیل و تعداد پیکها ثابت باقی میماند، مقدار تراگسیل نور در ناحیهي مجاز تغییر میکند. به این صورت که هرگاه محیط بهره، C، سومین لایهي سلول واحد باشد مقدار تراگسیل بیشتر بوده و پهناي پیکها بیشتر میشود، اما وقتی C اولین لایهي سلول واحد واقع میگردد تراگسیل کمتر است. اما در پیک لبهي نوارگاف عکس این رفتار رختراگسیلمیدهد. شکل-3 از سه ساختار فوق را در ناحیهي لبهنوارگاف نشان میدهد.
نمودار تراگسیل ساختارهاي شکل-2 در ناحیهي لبهي نوارگاف. چنانچه میبینیم هرسه ساختار در این ناحیه موج فرودي را تقویت میکند و میزان تقویت به مکان قرارگرفتن محیط بهره، C، بستگی دارد. چنانچه میزان تقویت در ساختاري که در آن محیط بهره اولین لایهي سلول واحد است بیشترین مقدار است و به بیش از %30 میرسد. علت این رفتار را میتوان به این صورت بیان کرد که وقتی موج داراي این فرکانس - طول موج - ابتدا وارد محیط بهره میشود تقویت شده و درنتیجه شدت موج بیشتري وارد لایههاي بعدي ساختار میگردد و در نهایت تراگسیل بیشتر میشود.
در ادامه نقش تعداد تناوب ساختار را در رفتار طیف تراگسیلی و میزان تقویت هر سه ساختار بیان شده بررسی میشود. شکل-4 طیف تراگسیل از سه ساختار - CAB - N - سبز - ، - ACB - N - آبی، نقطه خطچین - و - ABC - N - قرمز، خطچین - براي 9و8 ،4،N= 6 تناوب را نشان میدهد. چنانچه در شکل میبینیم، هرچه تعداد تناوبهاي ساختار بیشتر میشود، تعداد پیکها نیز افزایش مییابد به این صورت که در 4 تناوب 3 پیک، در 6 تناوب 5 پیک و...وجود دارد. به این ترتیب میتوان رابطهاي بین تعداد تناوب و تعداد پیک، به صورت تعداد پیک - P - برابر با تعداد تناوب منهاي یک یعنیP=N-1 بیان کرد.
