تمرکز میدان نزدیک آرایه نانوآنتن های پلازمونی

آرایه سازی نانوآنتن ها شیوه جدیدی در تحقق منابع فوتونی با راندمان بالا و زاویه تابش باریک، به شمار می رود. هر نوع پیشرفتی در کاربرد نانوآنتن های نوری بستگی زیاد به ظرفیت ایجاد یک ساختار هندسی بهینه از ماده ای با کیفیت مناسب و نیز دقت ساخت کافی در مقیاس نانو دارد. نحوه چیدمان و آرایش آرایه گسترده ای از آنتن های نوری )که معمولاً از جنس طلا یا نقره هستند( به منظور تشکیل یک ساختار با طراحی مناسب و عملکرد بهینه همچنان به عنوان یک چالش اساسی در حوزه نانواپتیک مطرح است. خواص یک عنصر آنتنی تنها، در مجاورت دیگر عناصر در آرایه به شدت دستخوش تغییر شده و از این رو چینش و آرایه سازی نانوآنتن ها مشکلات خاص خود را داشته و نیازمند تنظیمات مناسب و دقت در حد نانو است. هدف اصلی در این رساله ارائه آرایه ای از اجزای نانوآنتنی مناسب با هدف افزایش میزان تقویت میدان نزدیک بوده است. به این منظور یک آرایه تناوب لگاریتمی از عناصر نانواسفروئیدی پیشنهاد، و رفتار آن در ازای تغییر پارامترهای مختلف بررسی و بهینه سازی شده است. این رساله با نگاهی به مبانی نانوآنتن ها آغاز می شود. در واقع پس از مقایسه ای بین نانوآنتن ها و آنتن های معمولی، به بررسی رفتار فلزات در فرکانس های نوری، روابط تحلیلی در توصیف رفتار نانوآنتن ها، کاربردهای آن پرداخته و در نهایت طرح مساله شده است. در ادامه، به بررسی عناصر مختلف و انتخاب عنصر مناسب، شبیه سازی و بررسی میدان نزدیک عنصر، بررسی کمی تمرکز میدان و مکان بیشینه تمرکز، راهکارهای بهبود و تنظیم پارامترهای میدان نزدیک عنصر )بویژه تمرکز میدان نزدیک(، و بررسی طول موج موثر برای عنصر انتخابی پرداخته ایم. سپس با توجه به لزوم آرایه سازی نانوآنتن ها به بررسی کارهای انجام شده در این زمینه و نتایج حاصل از آنها پرداخته شد. نانوآنتن یاگی-اودا مهمترین گزینه در این میان به شمار می رود که در انتها با توجه به محدودیت پهنای باند در مورد آن، ایده جدید آرایه تناوب لگاریتمی مطرح و به عنوان موضوع اصلی در ادامه به آن پرداخته شده است. پس از آن و به عنوان یکی از مهمترین قسمت های این رساله، رفتار آرایه تناوب لگاریتمی شبیه سازی و بررسی شده است. در واقع هدف اصلی در این قسمت مطالعه آنتن های تناوب لگاریتمی است که در نتیجه روابط موجود بین طول، عرض و فاصله بین عناصر، رفتاری سمت گرا در پهنای باندی وسیع از خود نشان می دهند. در ضمن، از طریق شبیه سازی های عددی اثبات شده است که این ساختارها پتانسیل قابل توجهی در بهبود سمت گرایی و پهنای باند نسبت به ساختارهای دیگر دارند. به علاوه، ضریب پیمایش، فاصله بین عناصر و تعداد عناصر به صورت سیستماتیک تغییر داده شده و تاثیر این تغییرات بر عملکرد آرایه مورد بررسی قرار گرفته است. از مهمترین ساختارهای مورد مطالعه، آرایه ای تناوب لگاریتمی با عناصر نانواسفروئیدی از جنس نقره بود. نتایج شبیه سازی ها از امکان افزایش تمرکز میدان الکتریکی و همچنین سمت گرایی با استفاده از این آرایه حکایت دارد. همچنین فاصله ،)n( علاوه بر بهبود عملکرد با کنترل هندسه ساختار، می توان از طریق تنظیم تعداد عنصر ها مواردی نظیر فرکانس تشدید، تمرکز )ar( و نسبت محوری ،)r( ضریب پیمایش ،)?( بین عناصر میدان و سمت گرایی را تنظیم نمود. یک ایده جدید برای تمرکز نور مبتنی بر تداخلات سازنده امواج پراشی در حوزه میدان های نزدیک و میانی، استفاده از آنتن های فازی به منظور برهم نهی امواج پلازمونیک منتشر شونده برای دستیابی به تزویج قوی میان پلازمون های محلی شده است. از دیدگاه تئوری، دستیابی به چنین نانوساختارهای با طراحی مناسب و عملکرد بهینه همچنان در مراحل کاملاً ابتدایی خود قرار داشته و در مقایسه با روش های طراحی معروف و تکامل یافته برای آنتن های رادیویی رایج، همچنان کارهای زیادی باید انجام شود. از این رو ایده آنتن های آرایه فازی نوری، شامل آرایه ای از ذرات با روش های خاص اعمال منبع و تغذیه مناسب، برای دستیابی به تمرکز نور در ناحیه میدان نزدیک پیشنهاد شده است. از موارد مهم مطرح شده در این مورد روش های شکل دهی پالس می باشد. در خاتمه، با نگاهی به کارهای انجام شده و درحال انجام، پس از جمع بندی نهایی پیشنهادهای آتی برای ادامه کار را مطرح ساخته ایم.