ارائه طرح، تحلیل و بهینه سازی موجبرهای پلاسمونی کم‏ تلفات در عرض باند مشخص

با استفاده از بهره نوری، تاکنون موجبرهای پلاسمونی کم تلفات به صورت تک فرکانس و در یک طول موج معین بررسی و تحلیل شده و موجبرهای پلاسمونی کم تلفات در یک پهنای باند مشخص معرفی و تحلیل نشده اند. در این رساله، پس از بررسی فعالیت های انجام شده پیرامون موجبرهای پلاسمونی کم تلفات و معرفی روش تحلیل عددی پیشنهادی، موجبرهای پلاسمونی دارای بهره بررسی و شبیه سازی شده و مقدار بهره مورد نیاز برای بدون افت بودن موجبر محاسبه می شود. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که با تغییر ابعاد هندسی موجبر می توان مقدار بهره مورد نیاز برای انتشار بدون افت موجبر را کنترل نمود. هرچه هم پوشانی فضایی بین مد انتشاری و محیط دارای بهره افزایش یابد، موج منتشره از محیط فعال بیشتر بهره مند شده و مقدار بهره مورد نیاز برای انتشار بدون افت موجبر کاهش می یابد. از سوی دیگر هرچه تمرکز مد انتشاری افزایش یابد، موج منتشره از محیط فعال بهره کمتری برده و مقدار بهره مورد نیاز برای انتشار بدون افت موجبر افزایش می یابد. در موجبرهای پلاسمونی همواره باید مصالحه ای بین تمرکز نوری و مقدار بهره مورد نیاز برای انتشار بدون افت موجبر در نظر گرفته شود. با افزایش فرکانس، تمرکز نوری در موجبر کاهش یافته و مقدار بهره مورد نیاز برای انتشار بدون افت موجبر کاهش می یابد. با استفاده از محیط فعال نقطه کوانتومی و با حل معادله های نرخ و ماکسول می توان مقدار بهره مورد نیاز برای انتشار بدون افت موجبر پلاسمونی فلز-عایق-فلز را به دست آورد. به دلیل یکسان نبودن اندازه نقطه های کوانتومی و ویژگی های دیگر آن ها، نقطه های کوانتومی در گروه های مختلفی بر اساس فرکانس تشدید تراز پایه خود طبقه بندی می شوند. برای هر گروه معادله های نرخ جداگانه ای در نظر گرفته می شود. چگالی حامل ها در کل طول موجبر یکسان نیست. بنابراین طول موجبر به قسمت های معینی تقسیم می شود. در شبیه سازی ها طول موجبر 100 میکرومتر به 40 قسمت تقسیم شده است. در طول هر قسمت چگالی فوتون و حامل ها در هر تراز انرژی ثابت فرض می شود. برای شبیه سازی ناحیه فعال نقطه کوانتومی، شدت نور در ناحیه فعال موجبر با حل معادله های ماکسول محاسبه شده و با استفاده از آن معادله های نرخ با روش رانج-کاتا حل می شوند تا مقدار بهره به دست آید. برای رسیدن به مقدار بهره مورد نیاز برای انتشار بدون افت موجبر از روش تکرار استفاده می شود. با استفاده از معادله ماکسول شدت نور در ناحیه فعال موجبر محاسبه شده و با استفاده از آن معادله های نرخ حل می شود تا مقدار بهره به دست آید. سپس معادله ماکسول با استفاده از مقدار بهره به دست آمده حل شده تا شدت نور جدید محاسبه شود. معادله های نرخ با استفاده از شدت نور جدید حل شده و مقدار بهره جدید به دست می آید. روش تکرار تا زمانی که تغییرات بهره محاسبه شده کمتر از 1 درصد مقدار بهره مرحله قبل شود، ادامه می یابد. موجبرهای پلاسمونی فلز-عایق-فلز و فلز-نیمه‏رسانا-فلز بدون افت کاربرد وسیعی در ایجاد مدارات مجتمع نوری به دلیل طول انتشار زیاد خود دارند.