و اهمیت موضوع
اپتیک یکی از شاخههای علم است که قبل از تعریف نور به صورت بستههای فوتون پیشرفتهای زیادی کرده بود. تعریف نور به صورت امواج الکترومغناطیسی با طولموجهای معین، کمک شایانی به گسترش این علم داشته است. فوتونیک نام دیگری برای این علم بود که با تعریف ذرهای نور، به میان آمد. در این تعریف نور را به صورت بسته ای از ذرات بدون جرم با تکانه[1]مشخص بیان کردند. بنابراین خواص موجی و ذره ای نور هر دو باعث گسترش علم نور یا اپتیک شدند. پیشرفت تکنولوژی، کاربرد نور را در زمینه های مخابراتی ، شناسایی مواد، حسگر های زیستی و مدارات با ابعاد نانومتری وسیعتر کرده است.
مدارات مجتمع نوری از جمله بحثهایی است که با پیشرفت علم اپتیک مورد توجه فراوان محققان قرار گرفت. البته در کوچکسازی ادوات نوری محدودیتهای بنیادی مشاهده شد. مهمترین این محدودیتها چنین بیان میکرد که نور نمیتواند در مکان یا فضا در ابعاد کمتری از طول موج جایگزیده شود. دانشمندان در استدالهای فیزیکی خود کمترین حدی برای این جایگزیدگی مشخص کردند. این کمترین حد برای کوچک کردن ابعاد قطعات و دقت[2] مشاهده اشیا، حد پراش[3] نامگذاری شد.
پلاسمونهای سطحی (مباحث نظری آن در فصلهای آتی بیان می شود) که با نام کامل پلاسمون پلاریتونهای سطحی[4] (SSP) تعریف شدهاند، امواج الکترومغناطیسی سطحی هستند که به موازات سطح مشترک فلز-دی الکتریک منتشر میشوند. تعریف کامل این امواج اولین بار در سال 1957 میلادی( ذکر سالها در متن همگی به میلادی است) توسط آقای ریتچر[5] بهطور کامل با کاربرد اپتیکی معرفی شدند. این امواج در دهههای اخیر کاندیدای کاهش ابعاد اپتیک به دو بعد شدهاند بهطوری که توانایی گذشتن از حد پراش (که در ادامه توضیح داده خواهد شد) را دارند [1].
برتریهای ساخت ادوات نوری با ابعاد میکرومتری و نانومتری همراه با پشرفت تکنولوژیهای نمایش مانند نمایش میدان نزدیک اپتیکی[6](SNOM) باعث توجه بیشتر به تحقیقات در این حوزه از فوتونیک شده است. این حوزه را بخاطر ابعاد نانومتری عناصر آن نانوفوتونیک و پلاسمونیک مینامند.
پلاسمونیک حوزهای است که با خواص الکترومغناطیسی خود بعضی از ویژگیهای الکترونیک را دارد. انتقال اطلاعات در این حوزه در مقایسه با الکترونیک، با فرکانسهای خیلی بالاتر انجام میشود و پهنای باند خیلی بیشتری قابل دسترسی است. اپتیک نیاز به خطوط موجبری بزرگتری نسبت ابعاد نانو دارد که با توجه به محدودیت حد پراش کوچکسازی قطعات موجبری با مشکل مواجه میشود.
مدارات الکترونیکی نیز از ابعاد بزرگتری نسبت به اداوات اپتیکی تشکیل میشوند. علاوهبراین، در مدارهای الکترونیکی در تبادل داده بین مبدا و مقصد، تاخیری ایجاد میشود که سرعت مدارها با کاهش شدیدی روبرو میشود. در مدارهای اپتیکی این سرعت افزایش مییابد علاوهبر اینکه ظرفیت خط انتقال هم افزایش پیدا میکند. ولی همچنان مشکل حد پراش مانع اصلی در کوچکسازی مدارها میباشد.
پلاسمونیک پهنای باند اپتیکی را با ابعاد کمتر از حد پراش معرفی میکند. بنابراین میتواند اپتیک و عناصر آن را با پهنای باند خیلی بزرگتر و موجبرهای خیلی کوچک ریزسازی کند. پس همه مزیتها و خواص مدارهای الکترونیکی و اپتیکی را با هم ترکیب میکند. این تکنولوژی نیاز به توسعه بیشتری دارد چرا که دارای معایبی مانند طول انتشار کم امواج پلاسمون سطحی است.
در سالهای اخیر تحقیقات زیادی برای کم کردن معایب این امواج با استفاده از خواص مواد در تقویت امواج و ساختارهای هایبرید[7] شروع شدهاست. اندازهگیریها نیز در علم پلاسمونیک پیچیدگی زیادی به خود گرفته است. به همین خاطر بخشی از تحقیقات نیز صرف ساده سازی اندازهگیریها از طریق ویژگیهای ذاتی این امواج در مشاهده پلاسمونها و اندازهگیری طول انتشار آنها میشود.
هدف از انجام این پایاننامه طراحی و شبیهسازی فیلترهای پلاسمونیک برگ برای کاربرد در مدارهای پسیو بود. لذا در این پایاننامه بعد از بر تاریچه علم پلاسمونیک و تعریف اجمالی پلاسمون پلاریتونهای سطحی به معرفی حد پراش و شکستن آن توسط علم پلاسمونیک میپردازیم. در فصل دوم تئوری مربوط به پلاسمونهای سطحی در ساختار های مختلف بیان میشود. البته با توجه به هدف از انجام این پایاننامه که بررسی ساخت فیلترهای IMI برگ[8] بود که با توجه به محدودیت زمانی تا مرحله ساخت موجبر IMI برای اولین بار در کشور ومعرفی روشی جدید اندازهگیری طول انتشار پیشرفت حاصل شد. در فصل سوم آزمایشهای انجام شده درباره تحریک پلاسمونها و ایده روشی جدید در
اندازهگیری طول انتشار آنها ذکر میشود. در فصل چهارم نیز شبیهسازی فیلتر های برگ هایبرید پلاسمونیک تشریح میشود.
1-2 بر تاریخچه
امواج سطحی الکترومغناطیسی که در این پایان نامه به نوع خاصی از آن پرداخته میشود، میتوانند در امتداد سطح مشترک دو محیط غیرمتشابه حرکت کنند. این امواج در یک قرن گذشته مورد بررسی قرار گرفتهاند.
زنیک[9] درسال 1909 میلادی در خلال بحثهای مخابرات رادیویی اطراف کره زمین زمانی که نیمه بالایی فضا را دیالکتریک و زمین را هادی فرض کرده بود، با چگونگی انتشار این امواج مواجه شد[2]. چنین موج مشابهای با تزویج پرتو الکترومغناطیسی به چگالی بارهای نوسانی در فلزات میتواند در سطح مشترک فلز-دیالکتریک انتشار یابد. البته بعضی از محققان این مد را به عنوان یک موج صوتی که در مدل گاز الکترون آزاد دریای الکترونی فلزات منتشر می شوند ، معرفی کردند[3].
فانو[10] در سال 1941 تشخیص دادکه امواج سطحی که در سطح مشترک فلز و دیالکتریک منتشر میشوند مشابه نمونهای از امواجی است که سالهای قبل توسط زنیک و بعد از آن توسط سامرفیلد[11] در سال 1909معرفی شده بودند. تئوری فانو به صورت کامل همراه با روش های آزمایشگاهی در سال 1967 توسط ریچر و بعد از آن توسط بیگلهل[12] اثبات شد. آنها بهطور جداگانه و با آزمایشهای منسجم تحریک پلاسمونهای سطحی را به روشهای الکترونی و نوری بیان کردند. ریچر توانست به کمک آزمایش رابطه پاشندگی[13] پلاسمونهای سطحی را بدست آورد. او این کار را برای پرتو فرودی با قطبش موازی [14]انجام داده بود درحالی که بیگلهل برای هر دو قطبش موازی و عمودی[15] انجام داد [1].
بعد از تحقیقات دهه 1960 بود که جذابیت امواج پلاسمون سطحی برای محققان بیشتر شد. آنها مشاهده کردند که شدت این امواج که در نزدیکی سطح فلز ایجاد میشود میتواند بر اثر تغییر محیط تغییر کند. لذا میتوانند برای شناسایی تغییرات اندک ثابت دیالکتریکی ناشی از لایهنشانی مولکولی روی سطح بکار رود. این امواج همچنین به عنوان عامل اصلی بهبود در پراکندگی رامان[16] شناخته شدهاند که امروزه دانشمندان برای یافتن ساختارهای شیمیایی مواد حتی در ابعاد تک مولکولی از آن استفاده میکنند[4].
در دهههای 1980 و 1990 پیشرفتهایی که در زمینه پلاسمونیک انجام میشد مربوط به بحثهای بنیادی بود. از جمله این بحثها کار روی بهبود سطحی پراکندگی رامان[17] بود. علاوهبراین، با پیشرفتهایی که برای ابزار های تشخیص ساختار (مانند Scanning Electron And Atomic Force Microscopy) و تکنیکهای ساخت (مانند لیتوگرافی بیم-الکترونی و بیم-یونی[18] و تصویر برداری نانومتری با نور[19]) انجام شد، زمینه تحقیقات گستردهتر و از فراوانی بالایی برخوردار شد. در نزدیکی سال 2001 حجم تحقیقات نسبت به سال 1990 پنج برابر شد این درحالی است که تعدادمقالات ارائه شده در سال 2011نیز پنج برابر آمار دهه قبل از آن بود. درسالهای اخیر نیز پلاسمونیک از زمینههای پرطرفدار و با تحقیقات گسترده در اپتیک شده است.
درمقایسه با پلاسمونیک، از دیگر زمینههای پرتحقیق در اپتیک مباحث مربوط به فوتونیک کرستال[20] است. نمودار شکل (1-1)تعداد مقالات مبحث پلاسمون[21] و مقالات فوتونیک کریستال را نشان می دهد. این آمار و نمودار توسط مجله نیچر[22] در سال 2012 ارائه شده است. این نمودار عرصه وسیع تحقیقات در زمینه پلاسمونیک با وجود معایب در دست تحقیق آن را نشان میدهد.
1 Momentum
[2] Resolution
[3] Diffraction Limit
[4] Surface Plasmon Polariton
[5] R. H. Raetcher
[6] Scanning Near Field Optical Microscopy
[7] Hybrid
[8] Insulator-mMetal-Insulator Brag Reflector
[9] Zenneck
[10] Fano
[11] Sommerfeld
[12] Beaglehole
[13] Dispersion Relation
[14] P-Polaraized
[15] S-Polarized
[16] Raman Scattering
[17] Surface-Enhanced Raman Scattering
[18] Electron-Beam And Ion-Beam Lithography
[19] Near-Field Scanning Microscopy
[20] Photonic Crystal
[21] Plasmon
[22] Nature Journal
***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
فرم در حال بارگذاری ...
