بررسی رفتار امواج الکترومغناطیسی در گوه های پلاسمونی با استفاده از معادلات انتگرالی

از خصوصیات مهم ساختارهای پلاسمونی متمرکز کردن نور در ناحیه ای بسیار کوچک تر از ابعاد طول موج است که موجب شده است تا ساختارهای پلاسمونی به عنوان جایگزینی برای فن آوری میکروالکترونیک و فائق آمدن بر محدودیت های سرعت و ابعاد مطرح شوند. از پارامترهای مهم در تمرکز پلاسمون های سطحی تاثیر لبه ها و گوشه ها در این ساختارهاست که نقش به سزایی در شکل گیری مدها و پراکندگی امواج الکترومغناطیسی دارند. با نزدیک شدن به ساختارهای نوک تیز، رفتار تکین در میدان های الکترومغناطیسی دیده می شود که برای دستیابی به افزونگی بسیار بالای میدان های الکترومغناطیسی و کاربردهای گوناگونی نظیر بیوحسگرها، زوناتورها و لیزرها مورد توجه قرار گرفته اند. با این وجود تحقیقات در این زمینه تا به حال محدود به خصوصیات مدی گوه های پلاسمونی بوده و در مورد رفتار میدان های الکترومغناطیسی در نزدیکی لبه های نوک تیز پلاسمونی مطالعه جامعی صورت نگرفته است. در حالی که شناخت دقیق از آن، راه را برای تحقق بیوحسگرهای بسیار حساس، نانورزوناتورها با ضریب کیفیت بسیار بالا و ساختارهایی با قابلیت تمرکز بالای انرژی در ابعاد نانومتری فراهم می آورد. در این رساله از روش معادلات انتگرالی فوق تکین برای بررسی چگونگی رفتار مولفه های مماسی میدان های الکترومغناطیسی در گوه های پلاسمونی استفاده شده است و تاثیر پارامترهایی نظیر طول موج میدان تابشی، زاویه گوه و زاویه تابش مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین بر اساس نتایج حاصل، محدوده اعتبار تئوری meixner که به عنوان روشی تقریبی برای مطالعه میدان های الکترومغناطیسی در گوه های دی الکتریک استفاده می شده است، برای استفاده در ساختارهای پلاسمونی تعیین شده است. نتایج حاصل نشان دهنده معتبر بودن تئوری meixner تحت شرایط خاصی از زاویه تابش، تلفات ماده و زاویه گوه است. همچنین بر اساس رفتار امواج الکترومغناطیسی در ساختارهای تکین، ساختاری به شکل قطره اشک از جنس نقره به عنوان بیوسنسور و نانو رزوناتور ارائه شده است که ضریب کیفیت 3400، حساسیت حجمی 1900 نانومتر بر واحد ضریب شکست و ضریب شایستگی 1700 از خصوصیات ساختار پیشنهادی است. ضریب شایستگی بدست آمده در این ساختار، بیش از 100 برابر بیشتر از دیگر نانو ساختارهای منفرد پلاسمونی نظیر نانوکره ها است.