بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک فیلتر جدید مبتنی بر موجبرهاي پلاسمونی فلز-عایق-فلز با استفاده از تشدیدگر چند ضلعی پیشنهاد و مورد بررسی قرار گرفته است. با مدلسازي و شبیه سازي فیلتر پلاسمونی مبتنی بر نانو کاواك شش ضلعی، دریافتیم که طولموج تشدید را میتوان به راحتی با تغییر شعاع و ضریبشکست نانوحفره، که با نتایج بدست آمده از شبیه سازي هاي تفاضل محدود در حوزه زمان - FDTD - نیز همخوانی دارد، تحت کنترل درآوریم. علاوه بر این، پهناي باند طیفهاي تشدید با تغییر فاصله اتصال بین نانو کاواك و موجبر قابل تنظیم میباشد. فیلتر بررسی شده در این مقاله داراي کاربردهاي قابل توجه در مدارهاي مجتمع پلاسمونی با تراکم بالا میباشد.
-1 مقدمه
امواج پلاریتون پلاسمون سطحی - SPPs - ١ بر روي سطوح فلزات به دلیل تعامل بین الکترونهاي آزاد در فلز و میدان الکترومغناطیسی در ديالکتریک به دام افتاده و در جهت عمود بر سطح مشترك این دو، به صورت نمایی ضعیف می-شوند2]،.[1 موجبرهاي پلاسمونی مبتنی بر نانو ساختارهاي فلزي، توانایی افزایش تراکم افزارهها در مدارهاي فوتونی یکپارچه را نشان دادهاند که ممکن است یک روز جایگزین مدارهاي مجتمع الکترونی امروزه شوند. موجبرهاي متشکل از یک عایق که بین دو فلز قرار میگیرند به عنوان فلز-عایق- فلز شناخته میشوند که از انتشار مدهاي پلاسمون سطحی پشتیبانی میکند.[3]
دو نوع فیلتر پلاسمونی در موجبرهاي MIM وجود دارد، فیلترهاي میانگذر و میاننگذر5]،.[4 در این مقاله فیلتر میانگذر پلاسمونی مبتنی بر نانو حفره شش ضلعی با موجبر MIM بررسی میشود. همچنین اثر تغییر شعاع تشدیدگر بر توان انتقالی طیف و اثر تغییرات ضریب شکست نانو کاواك و عرض موجبر MIM و همچنین اثر تغییر فاصله موجبر از نانوکاواك شش ضلعی بر طولموج تشدید مورد بررسی قرار گرفته است.
-2 مدلسازي فیلتر پلاسمونی و شبیه سازي
در این مقاله، ساختار یک فیلتر میانگذر پلاسمونی قابل تنظیم که از دو موجبر MIM و یک نانوکاواك شش ضلعی به عنوان تشدیدگر در وسط ساختار MIM تشکیل شده، مطابق شکل 1 مورد بررسی قرار میگیرد. پارامترهاي ساختار به صورت L=400nm، R=200nm، dt=20nm و wt=50nm میباشد. همچنین :R شعاع نانوکاواك شش ضلعی، :wt عرض شکاف فلزي و :dt فاصله اتصال بین نانوکاواك شش ضلعی و موجبر می باشد. از روش FDTD براي شبیهسازي ویژگیهاي انتقال استفاده میکنیم. شکل - 2الف - طیف انتقال شامل در محدوده طیفی مریی و ویژگیهاي فیلترینگ را نشان میدهد. توزیع هاي میدان | | در طول موج 610nm و 754nm به ترتیب در شکلهاي - 2ب - و - 2ج - نشان داده شده است.
-1-2 تأثیر شعاع نانوکاواك بر طول موج هاي تشدید
ابتدا اثر تغییر شعاع نانوکاواك بر طولموج تشدید بررسی شده است. بازه تغییر شعاع نانوکاواك براي ساختار از R=180nm تا R=210nm میباشد. مطابق شکل3 مشاهده میشود با افزایش اندازه شعاع نانوکاواك، طولموجهاي تشدید افزایش یافته و به سمت طولموج قرمز حرکت میکنند. همچنین توان انتقالی بیشتر شده است در نتیجه میتوان طولموج تشدید فیلتر میان-گذر را با تغییر شعاع نانو کاواك چندضلعی تنظیم کرد.
-2-2 اثر تغییر مقدار ضریب شکست - nt - بر طولموج تشدید در نانو کاواك چند ضلعی
در شکل 4 اثر تغییر ضریب شکست - nt - نانوکاواك بر طولموج تشدید نشان داده شده است. بازه تغییرات 1، 1/1 و 1/2 در نظرگرفته شدهاست. مشاهده می شود که با افزایش ضریب شکست، توان انتقالی کاهش پیدا می کند و طولموج تشدید افزایش مییابد و مدهاي تشدید تحت تأثیر ضریب شکست مواد درون کاواك به سمت طول موجهاي بلندتر حرکت میکنند.
-3-2 اثر تغییر فاصله تشدیدگر چند ضلعی و موجبر - dt - و اثر تغییر عرض موجبر - wt - بر طیف انتقال توان
یکی دیگر از پارامترهاي ساختار dt است که در واقع نشان دهنده فاصله بین نانوکاواك شش ضلعی و موجبر می باشد. بازه dt را 15،20 و 25 نانومتر قرار میدهیم. همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، با افزایش فاصله بین موجبر و نانوکاواك، ضریب کیفیت افزایش مییابد و توان انتقالی کاهش پیدا میکند. همچنین اثر تغییر عرض شکاف فلزي - wt - با مقادیر 50، 60 و 70 نانومتر را بر ویژگیهاي انتقال SPP ها مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به شبیهسازي ها و تجزیه و تحلیل بالا، از شکل 6 مشاهده میشود که در ساختار با نانوکاواك شش ضلعی با افزایش - wt - ، توان انتقالی طیف کاهش پیدا میکند و افزایش جزیی طولموج تشدید و افزایش فاکتور کیفیت را شاهد خواهیم بود.
-3 نتیجهگیري
در این مقاله، فیلتر پلاسمونی با موجبر MIM مبتنی بر نانوکاواك شش ضلعی به روش تفاضل محدود در حوزه زمان، شبیه سازي و مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. عوامل موثر در طول موج تشدید و توان انتقالی فیلتر بررسی شد. مشخص شد با افزایش طول شعاع نانوکاواك، طول موج تشدید و فاکتور کیفیت افزایش می یابد. افزایش فاصله بین موجبر و محفظه تشدید موجب افزایش فاکتور کیفیت و کاهش توان انتقالی تشدید می شود. با افزایش ضریب شکست، توان انتقالی کاهش پیدا میکند و طولموج تشدید افزایش میباید. این ساختار داراي پتانسیل گستردهاي در طراحی مدارهاي مجتمع نوري به دلیل سادگی آن در طراحی فیلترهاي پلاسمونی میباشد.
