طراحی و شبیه سازی ساختار پلاسمونیک برای کنترل فعال پرتو نور با استفاده از محیط های غیر خطی با روش تفاضل متناهی در حوزه ی زمان

با نیاز روز افزون علم و تکنولوژی به افزایش سرعت پردازش و توان محاسباتی، انتقال اطلاعات در پهنای باند بالا و توسعه و کاربرد روزافزون نانوتکنولوژی در حوزه های مختلف، توجه بسیاری از محققان در سراسر دنیا به زیر شاخه-ای از فوتونیک به نام پلاسمونیک جلب شده است. به دلیل قابلیت تمرکز بالای نور در مرز فلز و دی الکتریک، حد تفرق نور شکسته شده و امکان هدایت اطلاعات، توسط نور، در ابعاد نانومتری فراهم می شود. علاوه بر این که با استفاده از نور به عنوان حامل، امکان انتقال اطلاعات در پهنای باند بالاتر و سرعت پردازش بیشتر تحقق می یابد. در سال های اخیر، استفاده از نانوشیارها در فیلم های فلزی، به دلیل وابستگی تغییرات فاز نور عبوری از آن ها به ضخامت، عمق و ثابت دی الکتریک ماده ی پرکننده، در طراحی لنزها و ادوات منحرف و تقسیم کننده ی پرتو نور مورد توجه قرار گرفته است. لنزهای پلاسمونیک، با قابلیت تمرکز نور در ابعاد زیر طول موج نور تابشی, دارای کاربردهای وسیعی در تصویربرداری با دقت بسیار بالا، نانولیتوگرافی و ذخیره ی داده های نوری هستند. کنترل فعال سیگنال های پلاسمونی، یکی از مهم ترین چالش های حوزه ی پلاسمونیک در سال های اخیر است که برای پردازش تمام نوری در مدارهای مجتمع نوری و محاسبات و مخابرات نوری نیاز است. برای این منظور، استفاده از مواد فعالی که ویژگی های نوری آن با صورتی از تحریک قابل تغییر باشند، مورد توجه قرار می-گیرند. کنترل فعال نور در ساختار لنزها و ادوات هدایت پرتو نور، در مواردی که نیاز به تغییرات سریع محور نوری ساختار در موقعیت های متفاوت بوده و یا امکان تغییرات مکانیکی در ساختار به هنگام پویش نمونه وجود ندارد، اهمیت یافته و دارای کاربردهایی در رادار، شناسایی هدف و تصویربرداری پویشی است. وابستگی ثابت انتشار نور در نانوشیار به ضخامت و گذردهی ماده ی پرکننده ی نانوشیار و طول موج کاری بررسی می شود. اثرات ضخامت، عمق و گذردهی ماده ی پرکننده ی نانوشیار بر طیف عبور نور تحقیق می شود. شکل گیری تشدیدهای فابری - پرو با تغییر عمق نانوشیار و گذر دهی ماده ی پرکننده بررسی شده و پارامترهای موثر بر تغییر فاز نور عبوری تعیین می شود. شکل دهی، انحراف، تمرکز و تقسیم نور با آرایه ی نانوشیارها با ضخامت و عمق مختلف طراحی و شبیه سازی می شود و نتایج شبیه سازی با داده های حاصل از روابط تئوری مقایسه خواهد شد. کنترل فعال میزان انحراف، زاویه ی تقسیم پرتو و فاصله ی کانونی توسط شدت نور تابشی با پر کردن نانوشیارها با ماده ی غیر خطی کر تحقق می پذیرد. رابطه ای دقپق برای بدست آوردن e از d در محیط پاشنده و دارای اثر غیر خطی کر ارائه می شود. کنترل زاویه ی انحراف نور تا 32 درجه و کنترل فاصله ی کانونی تا 1175 نانومتر با پرکردن شیارها یا ماده ی الکتریکی - نوری و اعمال ولتاژ خارجی بررسی می شود.از ایجاد برش ها و بر آمدگی ها در شیار برای تغییر طول موثر شیارو تغییر فاز نور عبوری استفاده شده و اثر آن بر طیف عبور نور تحقیق شده و با دستکاری جبهه ی فاز نور خروجی تمرکز نور امکان پذیر می شود.