Luận án tiến sĩ nghiên cứu thiết kế cấu trúc tinh thể quang tử 1d và 2d ứng dụng
Luận án tiến sĩ nghiên cứu thiết kế cấu trúc tinh thể quang, tối ưu hóa tính chất quang học.
Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
160
Thời gian đọc
24 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I.Giới thiệu cấu trúc tinh thể quang tử và ứng dụng
Nghiên cứu tập trung vào thiết kế và phân tích cấu trúc tinh thể quang tử một chiều (1D) và hai chiều (2D). Các cấu trúc này được ứng dụng trong việc phát triển linh kiện lưỡng trạng thái quang ổn định. Tinh thể quang tử, với khả năng kiểm soát sự lan truyền ánh sáng, đóng vai trò quan trọng trong quang học hiện đại. Luận án khám phá các đặc tính cơ bản, cơ chế giam giữ ánh sáng, và tiềm năng ứng dụng của chúng trong các thiết bị quang điện tử thế hệ mới. Mục tiêu là tạo ra các linh kiện hiệu suất cao, có thể hoạt động ổn định trong các hệ thống truyền thông và xử lý thông tin quang.
1.1. Khái niệm và phân loại cấu trúc tinh thể quang tử
Cấu trúc tinh thể quang tử là các vật liệu có chiết suất điện môi được sắp xếp tuần hoàn. Sự tuần hoàn này tạo ra một băng cấm quang tử, ngăn chặn sự lan truyền của ánh sáng ở một dải tần số nhất định. Nghiên cứu phân loại cấu trúc tinh thể quang tử thành các dạng 1D (ví dụ: cách tử Bragg, cách tử dẫn sóng) và 2D (ví dụ: mảng lỗ trống hoặc trụ điện môi trong một mặt phẳng). Các cấu trúc này là nền tảng để điều khiển ánh sáng một cách linh hoạt, tạo ra các tính năng quang học độc đáo.
1.2. Giản đồ băng cấm quang và giam giữ ánh sáng
Giản đồ băng cấm quang là công cụ chính để xác định dải tần số mà ánh sáng không thể truyền qua cấu trúc tinh thể quang tử (photonic bandgap). Sự tồn tại của băng cấm quang tử cho phép giam giữ ánh sáng trong các khuyết tật hoặc kênh dẫn sóng được tạo ra trong cấu trúc. Cơ chế giam giữ này rất quan trọng để hình thành các buồng cộng hưởng và kênh dẫn sóng hiệu quả. Phân tích khoảng cách liên đới quang tử giúp hiểu rõ hơn về sự tương tác giữa ánh sáng và cấu trúc.
1.3. Ứng dụng linh kiện lưỡng trạng thái quang học
Linh kiện lưỡng trạng thái quang ổn định thể hiện hai trạng thái truyền dẫn ánh sáng riêng biệt dưới cùng một mức công suất đầu vào. Ứng dụng này có tiềm năng lớn cho các thiết bị chuyển mạch quang, bộ nhớ quang và các hệ thống xử lý tín hiệu. Tinh thể quang tử cung cấp môi trường lý tưởng để tăng cường tương tác phi tuyến giữa ánh sáng và vật chất, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế các linh kiện lưỡng trạng thái với ngưỡng chuyển mạch thấp và độ ổn định cao.
II.Phương pháp mô phỏng phân tích cấu trúc quang tử
Việc thiết kế và tối ưu hóa các cấu trúc tinh thể quang tử đòi hỏi các phương pháp tính toán và mô phỏng chính xác. Luận án sử dụng nhiều kỹ thuật tiên tiến để phân tích đặc tính quang học của các cấu trúc 1D và 2D. Các phương pháp này giúp dự đoán hành vi của ánh sáng trong vật liệu, tối ưu hóa các thông số thiết kế và giảm thiểu thời gian thử nghiệm thực tế. Khả năng mô phỏng chi tiết là chìa khóa để đạt được hiệu suất mong muốn cho linh kiện.
2.1. Lý thuyết ghép cặp mode và khai triển sóng phẳng
Lý thuyết ghép cặp mode được áp dụng để phân tích sự tương tác giữa các mode ánh sáng trong cấu trúc dẫn sóng. Phương pháp khai triển sóng phẳng (PWE) là công cụ hiệu quả để tính toán giản đồ băng tần quang tử của các cấu trúc tinh thể quang tử. PWE cung cấp thông tin về các dải tần số ánh sáng được phép và bị cấm truyền qua vật liệu, giúp xác định các thông số thiết kế phù hợp để tạo ra băng cấm quang tử mong muốn.
2.2. Phương pháp đạo hàm hữu hạn trong miền thời gian FDTD
Mô phỏng FDTD (Finite-Difference Time-Domain) được sử dụng rộng rãi để phân tích động học trường điện từ trong các cấu trúc phức tạp. Phương pháp này cho phép tính toán phổ truyền qua, phổ phản xạ, và phân bố trường điện từ trong miền thời gian. Mô phỏng FDTD là công cụ mạnh mẽ để hình dung sự tương tác giữa ánh sáng và cấu trúc tinh thể quang tử, đặc biệt hữu ích cho các cấu trúc 2D và các hiệu ứng phi tuyến.
2.3. Các công cụ tính toán và mô phỏng hiệu quả
Ngoài FDTD, luận án còn sử dụng các phương pháp tính toán khác như phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) cho phân tích chi tiết trường tĩnh và tần số. Phương pháp ma trận truyền tải được áp dụng cho các cấu trúc tinh thể quang tử 1D đơn giản hơn. Sự kết hợp các công cụ này đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong việc phân tích băng tần quang tử và đặc tính của các cấu trúc chu vi điện môi, từ đó tối ưu hóa thiết kế linh kiện.
III.Tối ưu hóa cộng hưởng cho linh kiện tinh thể quang
Tối ưu hóa các đặc tính cộng hưởng là yếu tố then chốt để đạt được hiệu suất cao cho các linh kiện quang tử. Luận án đi sâu vào việc nâng cao hệ số phẩm chất (Q-factor) và điều khiển phổ cộng hưởng trong cấu trúc cách tử dẫn sóng. Các cải tiến này trực tiếp ảnh hưởng đến độ nhạy, hiệu quả chuyển đổi và ngưỡng hoạt động của các thiết bị. Việc kiểm soát chính xác các hiệu ứng cộng hưởng là nền tảng cho việc phát triển linh kiện lưỡng trạng thái quang ổn định.
3.1. Cộng hưởng dẫn sóng và hiệu ứng Fano trong cách tử
Cộng hưởng dẫn sóng xảy ra khi ánh sáng bị giam giữ và tương tác mạnh mẽ với cấu trúc cách tử. Hiệu ứng cộng hưởng Fano, đặc trưng bởi phổ cộng hưởng bất đối xứng, được nghiên cứu chi tiết. Đặc tính này mang lại khả năng điều khiển mạnh mẽ các phản hồi quang học, tạo ra các đỉnh cộng hưởng sắc nét. Tận dụng hiệu ứng Fano giúp tăng cường độ nhạy và hiệu quả tương tác ánh sáng-vật chất trong linh kiện tinh thể quang.
3.2. Nâng cao hệ số phẩm chất cấu trúc cách tử dẫn sóng
Hệ số phẩm chất (Q-factor) là chỉ số quan trọng đánh giá khả năng giam giữ năng lượng của buồng cộng hưởng. Luận án tập trung vào các kỹ thuật tối ưu hóa thiết kế cấu trúc cách tử dẫn sóng để đạt được Q-factor cao. Các chiến lược bao gồm tinh chỉnh thông số hình học, lựa chọn vật liệu và điều khiển các cơ chế mất mát. Q-factor cao giúp tăng cường tương tác phi tuyến, giảm ngưỡng chuyển mạch cho linh kiện lưỡng trạng thái quang tử.
3.3. Cấu trúc cách tử đa lớp và màng mỏng kim loại
Các thiết kế tiên tiến bao gồm cấu trúc cách tử dẫn sóng dựa trên màng mỏng đa lớp và kết hợp với màng mỏng kim loại. Việc tích hợp màng kim loại có thể kích hoạt hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt, làm tăng cường mạnh mẽ trường điện từ tại giao diện. Các cấu trúc này mang lại khả năng điều khiển phổ cộng hưởng linh hoạt hơn, đồng thời cải thiện đáng kể hiệu quả phản xạ và truyền dẫn quang học của linh kiện.
IV.Thiết kế linh kiện lưỡng trạng thái quang ổn định
Mục tiêu chính của luận án là thiết kế và chứng minh khả năng hoạt động của các linh kiện lưỡng trạng thái quang ổn định. Nghiên cứu tập trung vào việc tận dụng các đặc tính cộng hưởng của cấu trúc cách tử dẫn sóng, kết hợp với các vật liệu có chiết suất phụ thuộc cường độ ánh sáng. Các thiết kế được đề xuất không chỉ hướng đến hiệu suất cao mà còn đảm bảo độ ổn định cần thiết cho các ứng dụng thực tiễn trong mạng quang và xử lý thông tin. Mô phỏng chi tiết đã khẳng định tiềm năng của các thiết kế này.
4.1. Lưỡng trạng thái quang trong cấu trúc cách tử dẫn sóng
Cơ chế lưỡng trạng thái quang ổn định được hiện thực hóa trong cấu trúc cách tử dẫn sóng bằng cách sử dụng vật liệu phi tuyến. Khi cường độ ánh sáng đầu vào thay đổi, chiết suất của vật liệu cũng thay đổi, dẫn đến sự dịch chuyển của điểm cộng hưởng. Điều này tạo ra hai trạng thái truyền dẫn ánh sáng riêng biệt và ổn định. Các cấu trúc này là ứng viên tiềm năng cho các ứng dụng chuyển mạch và điều chế quang tốc độ cao.
4.2. Tăng cường hiệu ứng phản xạ và cộng hưởng plasmon
Để tối ưu hóa hiệu suất của linh kiện lưỡng trạng thái, luận án khám phá cách tăng cường hiệu ứng phản xạ và cộng hưởng plasmon bề mặt. Màng mỏng kim loại được tích hợp để tạo ra các hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt, giúp tăng cường mạnh mẽ tương tác ánh sáng-vật chất. Sự tăng cường này làm giảm ngưỡng cần thiết để kích hoạt trạng thái lưỡng ổn định, giúp linh kiện hoạt động hiệu quả hơn ở công suất thấp.
4.3. Cấu trúc ghép cách tử đơn và màng mỏng đa lớp
Các thiết kế phức tạp hơn bao gồm cấu trúc ghép hai đơn cách tử dẫn sóng hoặc sử dụng cách tử dựa trên màng mỏng đa lớp. Những cấu hình này mang lại khả năng kiểm soát tốt hơn các đặc tính quang học, từ đó cải thiện độ ổn định và dải hoạt động của linh kiện lưỡng trạng thái. Các thiết kế này được mô phỏng chi tiết để chứng minh khả năng đạt được trạng thái lưỡng ổn định mong muốn với các thông số tối ưu.
V.Ứng dụng tinh thể quang tử 2D cho chuyển mạch quang
Phần này tập trung vào ứng dụng các cấu trúc tinh thể quang tử hai chiều (2D) cho các linh kiện chuyển mạch quang hiệu suất cao. Đặc biệt, nghiên cứu khám phá vai trò của kênh dẫn sóng và buồng cộng hưởng dạng khe hẹp trong việc tăng cường tương tác phi tuyến. Việc sử dụng vật liệu silic và kết hợp vật liệu lai silic-hữu cơ mở ra nhiều triển vọng mới cho các thiết bị quang tích hợp. Mục tiêu là phát triển các giải pháp chuyển mạch quang nhỏ gọn, nhanh và hiệu quả.
5.1. Phát triển trên vật liệu silic và lai hữu cơ
Vật liệu silic là lựa chọn hàng đầu cho các nền tảng quang tích hợp nhờ vào chiết suất cao và khả năng tương thích với công nghệ vi điện tử. Luận án cũng nghiên cứu sự cần thiết của vật liệu lai silic và hữu cơ để tận dụng các đặc tính phi tuyến mạnh mẽ của polymer hữu cơ. Sự kết hợp này mang lại khả năng điều khiển quang học linh hoạt, giúp tạo ra các linh kiện chuyển mạch hiệu quả hơn với ngưỡng hoạt động thấp.
5.2. Kênh dẫn sóng và buồng cộng hưởng dạng khe hẹp
Kênh dẫn sóng dạng khe hẹp (slot waveguide) là một cấu trúc quan trọng trong quang tử silic, cho phép giam giữ ánh sáng mạnh mẽ trong một khe hẹp có chiết suất thấp. Các buồng cộng hưởng dạng khe hẹp được thiết kế để đạt được thể tích mode cộng hưởng nhỏ và tăng cường trường điện từ. Điều này rất có lợi cho việc tăng cường các hiệu ứng phi tuyến và đạt được chuyển mạch quang hiệu quả.
5.3. Tương tác cộng hưởng và dẫn sóng khe hẹp
Sự tương tác mạnh mẽ giữa buồng cộng hưởng dạng khe hẹp và kênh dẫn sóng khe hẹp là cơ chế chính để đạt được lưỡng trạng thái quang ổn định. Việc thiết kế tối ưu hóa khoảng cách liên đới quang tử giữa các thành phần này giúp tăng cường đáng kể tương tác ánh sáng-vật chất. Điều này dẫn đến sự thay đổi chiết suất hiệu quả hơn dưới tác dụng của ánh sáng, cho phép tạo ra các linh kiện chuyển mạch quang với hiệu suất cao.
VI.Đánh giá kết quả nghiên cứu và triển vọng ứng dụng
Luận án đã đạt được nhiều kết quả quan trọng trong việc nghiên cứu, thiết kế cấu trúc tinh thể quang tử 1D và 2D cho linh kiện lưỡng trạng thái quang ổn định. Các phát hiện này không chỉ đóng góp vào sự hiểu biết khoa học mà còn mở ra những hướng đi mới trong phát triển công nghệ quang tử. Tầm nhìn dài hạn bao gồm việc chuyển đổi các thiết kế lý thuyết thành các nguyên mẫu thực tế, hướng tới ứng dụng trong các hệ thống thông tin và cảm biến quang học.
6.1. Tóm tắt các thành tựu chính của luận án
Các thành tựu chính bao gồm việc thiết kế thành công nhiều loại cấu trúc tinh thể quang tử 1D và 2D với băng cấm quang tử được điều khiển. Luận án đã tối ưu hóa hệ số phẩm chất của các cấu trúc cách tử dẫn sóng, đồng thời chứng minh khả năng đạt được lưỡng trạng thái quang ổn định trong các cấu trúc phức tạp như cách tử ghép đôi và tích hợp màng mỏng kim loại. Các phân tích sử dụng mô phỏng FDTD đã xác nhận hiệu suất của các thiết kế này.
6.2. Đóng góp khoa học và ý nghĩa thực tiễn
Luận án đóng góp vào lĩnh vực vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử bằng cách cung cấp các thiết kế sáng tạo cho linh kiện lưỡng trạng thái quang ổn định. Ý nghĩa thực tiễn nằm ở việc tạo ra nền tảng cho các thiết bị chuyển mạch quang tốc độ cao, bộ nhớ quang và cảm biến nhạy. Các kết quả này có tiềm năng ứng dụng trong việc nâng cao hiệu suất mạng viễn thông và phát triển công nghệ tính toán quang.
6.3. Hướng phát triển và mở rộng nghiên cứu tiếp theo
Hướng phát triển tương lai bao gồm việc mở rộng nghiên cứu sang cấu trúc tinh thể quang tử 3D và khám phá các vật liệu phi tuyến mới. Cần tập trung vào việc chế tạo thực nghiệm các nguyên mẫu dựa trên các thiết kế đã tối ưu hóa. Tích hợp các linh kiện này vào hệ thống quang học lớn hơn, cũng như nghiên cứu ứng dụng trong các lĩnh vực mới như trí tuệ nhân tạo quang học, là những mục tiêu tiếp theo để phát huy tối đa tiềm năng của công trình.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (160 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -----***----- Hoàng Thu Trang NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CẤU TRÚC TINH THỂ QUANG TỬ 1D VÀ 2D ỨNG DỤNG CHO LINH KIỆN LƯỠNG TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -----***----- Hoàng Thu Trang NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CẤU TRÚC TINH THỂ QUANG TỬ 1D VÀ 2D ỨNG DỤNG CHO LINH KIỆN LƯỠNG TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH Chuyên ngành: Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử Mã số: 9.27 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Ngô Quang Minh 2. Arnan Mitchell Hà Nội - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, dưới sự hướng dẫn của PGS. Ngô Quang Minh và GS.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong các công trình khác. NGHIÊN CỨU SINH HOÀNG THU TRANG ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đối với sự hướng dẫn tận tình của hai thầy giáo hướng dẫn: PGS. Ngô Quang Minh và GS. Các thầy đã luôn tận tình hướng dẫn, định hướng kịp thời và tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành luận án này.
Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ và khích lệ của GS. Lê Quang Khải đã dành cho tôi trong những năm qua. Tôi xin chân thành cảm ơn sự cộng tác và giúp đỡ của các anh chị đồng nghiệp tại Phòng Vật liệu và Ứng dụng Quang sợi, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, nơi tôi hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của cơ sở đào tạo là Học viện Khoa học và Công nghệ cùng Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, cơ quan mà tôi công tác, trong quá trình thực hiện luận án.
Sau cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn tới những người thân trong gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận án này. NGHIÊN CỨU SINH HOÀNG THU TRANG iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii Danh mục các chữ viết tắt vii Danh mục các ký hiệu ix Danh mục các hình vẽ, đồ thị x Danh mục các bảng xix MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. Cấu trúc tinh thể quang tử 6 1. Tổng quan về cấu trúc tinh thể quang tử 6 1.
Cấu trúc tinh thể quang tử một chiều và cách tử dẫn sóng 8 1. Khái niệm cấu trúc tinh thể quang tử một chiều 8 1. Giản đồ vùng cấm quang 8 1. Buồng cộng hưởng 10 1.
Cấu trúc cách tử dẫn sóng 11 1. Cấu trúc tinh thể quang tử hai chiều 13 1. Mode dẫn sóng: điện trường ngang (TE) và từ trường ngang (TM) 14 1. Giản đồ năng lượng 15 iv 1.
Giam giữ ánh sáng trong cấu trúc tinh thể quang tử hai chiều 16 1. Ứng dụng của cấu trúc tinh thể quang tử 23 1. Linh kiện lưỡng trạng thái quang ổn định 27 1. Khái niệm chung về chuyển mạch quang 27 1.
Nguyên lý lưỡng ổn định quang học 28 1. Ứng dụng của linh kiện lưỡng trạng thái quang ổn định 31 1. Kết luận chương 1 32 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG 33 2.
Lý thuyết ghép cặp mode theo thời gian 33 2. Phương pháp khai triển sóng phẳng 37 2. Phương pháp đạo hàm hữu hạn trong miền thời gian 41 2. Kết luận chương 2 50 CHƯƠNG 3.
TỐI ƯU HÓA HỆ SỐ PHẨM CHẤT VÀ PHỔ CỘNG 52 HƯỞNG CỦA CẤU TRÚC CÁCH TỬ DẪN SÓNG 3. Cộng hưởng dẫn sóng trong cấu trúc cách tử và lý thuyết dẫn sóng 52 cộng hưởng 3. Cộng hưởng dẫn sóng trong cấu trúc cách tử 52 3. Lý thuyết dẫn sóng cộng hưởng 54 3.
Cộng hưởng bất đối xứng dạng Fano 57 3. Cộng hưởng dạng Fano trong cấu trúc quang tử 59 3. Tối ưu hóa hệ số phẩm chất và phổ cộng hưởng của cấu trúc cách tử 62 dẫn sóng 3. Cấu trúc đơn cách tử dẫn sóng kết hợp với màng mỏng kim loại 64 v 3.
Đặc trưng phản xạ của màng mỏng kim loại trong cấu trúc đơn cách 64 tử dẫn sóng 3. Đặc trưng cộng hưởng trong cấu trúc đơn cách tử dẫn sóng nhờ sự có 66 mặt của hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt 3. Cấu trúc ghép hai đơn cách tử dẫn sóng 69 3. Cấu trúc cách tử dẫn sóng dựa trên màng mỏng đa lớp 72 3.
Kết luận chương 3 76 CHƯƠNG 4. LƯỠNG TRẠNG THÁI QUANG ỔN ĐỊNH TRONG CẤU 78 TRÚC CÁCH TỬ DẪN SÓNG 4. Lưỡng trạng thái quang ổn định trong cấu trúc cách tử dẫn sóng kết 78 hợp với màng mỏng kim loại 4. Hiệu ứng tăng cường phản xạ của màng mỏng kim loại 78 4.
Hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt 81 4. Lưỡng trạng thái quang ổn định trong cấu trúc ghép hai đơn cách tử 83 dẫn sóng 4. Lưỡng trạng thái quang ổn định trong cấu trúc cách tử dẫn sóng dựa 87 trên màng mỏng đa lớp 4. Kết luận chương 4 89 CHƯƠNG 5.
LƯỠNG TRẠNG THÁI QUANG ỔN ĐỊNH DỰA TRÊN SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CỘNG HƯỞNG VÀ DẪN SÓNG KHE HẸP 91 TRONG CẤU TRÚC TINH THỂ QUANG TỬ HAI CHIỀU 5. Linh kiện quang tử và cấu trúc tinh thể quang tử hai chiều trên nền 91 vật liệu silic 5. Vật liệu quang tử silic 91 5. Sự cần thiết của vật liệu lai silic và hữu cơ 96 5.
Kênh dẫn sóng và buồng cộng hưởng dạng khe hẹp 97 5. Kênh dẫn sóng dạng khe hẹp 97 5. Buồng cộng hưởng dạng khe hẹp 101 vi 5. Thể tích mode cộng hưởng 101 5.
Buồng cộng hưởng dạng khe hẹp 102 5. Sự tương tác giữa buồng cộng hưởng và kênh dẫn sóng dạng khe hẹp 104 5. Cấu trúc ghép trực tiếp nhiều buồng cộng hưởng qua kênh dẫn sóng 105 dạng khe hẹp 5.1 Mô hình lý thuyết 105 5.2 Kết quả mô phỏng 107 5. Cấu trúc ghép gián tiếp nhiều buồng cộng hưởng qua kênh dẫn sóng 110 dạng khe hẹp 5.1 Mô hình lý thuyết 110 5.2 Kết quả mô phỏng 114 5.
Lưỡng trạng thái quang ổn định 116 5. Kết luận chương 5 118 KẾT LUẬN CHUNG 119 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 121 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 124 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tiếng Anh Chữ viết tắt Tiếng Việt Auxiliary Differential Equation ADE Phương trình vi phân phụ trợ Available Highly Effective ABCs Biên hấp thụ Boundary Conditions Carbon Nanotubes CNTs Ống nano các bon Complementary Metal Oxide CMOS Công nghệ CMOS Semiconductor Lý thuyết ghép cặp mode theo Coupled Mode Theory in Time CMT thời gian Cross Phase Modulation XPM Điều biến pha chéo Distributed Bragg Reflectors DBR Gương phản xạ Bragg Figure of Merit FOM Hệ số phẩm chất Đạo hàm hữu hạn trong miền Finite-Difference Time-Domain FDTD thời gian Four Wave Mixing FWM Trộn bốn bước sóng Free Carrier Absorption FCA Hiệu ứng hấp thụ hạt tải tự do Full-Width at Half-Maximum FWHM Bán độ rộng phổ cộng hưởng One Dimensional 1D Một chiều Perfect Matched Layer PML Biên hấp thụ hoàn hảo Photonic Band Gap PBG Vùng cấm quang Photonic Crystals PhCs Tinh thể quang tử Photonic Integrated Circuits PICs Mạch quang tích hợp Plane Wave Expansion PWE Khai triển sóng phẳng Recursive Convolution RC Kỹ thuật đệ quy Rigorous Coupled-Wave Theory RCWT Lý thuyết dẫn sóng cộng hưởng Self Phase Modulation SPM Tự điều biến Silicon Organic Hybrid SOH Vật liệu tích hợp lai silic-hữu cơ Silicon On Insulator SOI Phiến SOI Surface Plasmon Polaritons SPPs Hiệu ứng cộng hưởng plasmon viii bề mặt Stimulated Raman Scattering SRS Tán xạ Raman kích thích Three Dimensional 3D Ba chiều Transverse Electric TE Điện trường ngang Two Dimensional 2D Hai chiều Transverse Magnetic TM Từ trường ngang Two Photon Absorption TPA Hiệu ứng hấp thụ hai photon ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Tiếng Việt Bán độ rộng phổ cộng hưởng λo Bước sóng cộng hưởng Iin Cường độ quang đầu vào neff Chiết suất hiệu dụng δ Độ ăn mòn cách từ t Độ dày cách tử d Độ dày lớp Ag Độ lệch pha a Hằng số mạng F Hệ số nhân Q Hệ số phẩm chất Hệ số ghép cặp 2 Hệ số phi tuyến bậc hai 3 Hệ số phi tuyến bậc ba Δ Tần số chuẩn hóa ω Tần số cộng hưởng ω0 Tần số cộng hưởng trung tâm ωL Tần số plasma τ Thời gian sống của photon c Vận tốc ánh sáng T(ω) Hệ số truyền qua Δ Tần số chuẩn hóa x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Tên hình Nội dung Hình 1.1 Ba loại cấu trúc PhCs (a) 1D, (b) 2D và (c) 3D.2 Minh họa các cách sắp xếp của đơn tinh thể tạo nên các cấu trúc PhCs với các đối xứng khác nhau. a) lập phương đơn, b) lục giác đơn, c) lập phương tâm thể, d) lập phương tâm mặt, e) lục giác xếp chặt, f) mạng kim cương.3 Hai loại mạng tinh thể của cấu trúc PhCs 2D. (a) Mạng tinh thể hình vuông (b) Mạng tinh thể hình lục giác.4 Màng đa lớp, cấu trúc PhCs 1D gồm các lớp vật liệu có chiết suất khác nhau nằm xen kẽ nhau tuần hoàn (chu kỳ a) theo trục z.5 Giản đồ vùng PBG đối với 3 cấu trúc.
Hình (a) cấu trúc đồng nhất có hằng số điện môi ε = 13, (b) hằng số điện môi của 2 lớp lần lượt là ε = 13 và 12, và (c) hằng số điện môi của 2 lớp lần lượt là ε = 13 và 1.6 Sơ đồ cấu trúc của một gương DBR tuần hoàn với n1 và n2 là chiết suất của hai lớp vật liệu; d1 và d2 là bề dày tương ứng.7 (a) Tia phản xạ và tia truyền qua trong trường hợp màng mỏng đơn lớp và (b) trong trường hợp màng mỏng đa lớp.8 Sơ đồ cắt ngang của một buồng vi cộng hưởng. Chiết suất của lớp đệm là ns và bề dày là ds. Lớp đệm được đưa vào giữa hai gương DBR đối xứng với chiết suất của các lớp là n1, n2 và bề dày d1 và d2.9 Cấu trúc cách tử dẫn sóng.10 Phản xạ Bragg.11 Cấu trúc PhCs 2D: (a) Cấu trúc điện môi hình trụ dài trong không khí và hình trụ không khí trong nền điện môi (b).12 (a) Không gian mạng thực, (b) không gian mạng đảo và (c) vùng Brillouin của cấu trúc PhCs mạng tinh thể hình vuông.13 (a) Không gian mạng thực, (b) không gian mạng đảo và (c) vùng Brillouin của cấu trúc PhCs mạng tinh thể hình lục giác.14 Mô tả sự phân cực (a) mode TE, (b) mode TM.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu thiết kế cấu trúc tinh thể quang" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án tiến sĩ nghiên cứu thiết kế cấu trúc tinh thể quang, tối ưu hóa tính chất quang học.
Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu thiết kế cấu trúc tinh thể quang" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại học viện khoa học và công nghệ. Năm bảo vệ: 2020.
Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu thiết kế cấu trúc tinh thể quang" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu thiết kế cấu trúc tinh thể quang" thuộc chuyên ngành Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử. Danh mục: Vật Lý.
Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu thiết kế cấu trúc tinh thể quang" có bao nhiêu trang?
Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu thiết kế cấu trúc tinh thể quang" có 160 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu thiết kế cấu trúc tinh thể quang" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.