Nghiên cứu thiết kế, mô phỏng kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm - Luận án TS Nguyễn Thanh Hương
Nghiên cứu thiết kế mô phỏng và khảo sát hoạt động của các kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm nhằm tối ưu hiệu suất truyền dẫn ánh sáng.
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
132
Thời gian đọc
20 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- 1. Tổng quan về kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm hiện đại
- Số trang:
- 132 trang
- Trường:
- Đại học Bách khoa Hà Nội
- Chuyên ngành:
- Khoa học Vật liệu
- Tác giả:
- Nguyễn Thanh Hương
- Năm:
- 2022
Tóm tắt nội dung luận án
I. Tổng quan về kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm hiện đại
Kênh dẫn sóng plasmonic là giải pháp đột phá trong quang tử học nano. Cấu trúc này vượt qua giới hạn nhiễu xạ quang học truyền thống. Sóng ánh sáng được nén xuống kích thước nanomet. Cấu trúc kim loại kết hợp điện môi tạo ra sóng điện từ bề mặt đặc biệt. Ống dẫn sóng dạng nêm (Wedge plasmonic waveguide) giữ vai trò then chốt trong định hướng tín hiệu nano. Cấu trúc nêm kim loại giúp tập trung mật độ năng lượng trường điện từ tại đỉnh nêm sắc nhọn. Hiệu ứng này mở ra tiềm năng thu nhỏ mạch tích hợp quang tử. Các linh kiện quang học có thể đạt mật độ tích hợp siêu cao. Thiết bị vừa xử lý tín hiệu tốc độ cao của quang học, vừa duy trì kích thước nhỏ của điện tử nano. Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán cân bằng giữa kích thước mode quang và cự ly truyền dẫn tín hiệu.
1.1. Khái niệm Surface Plasmon Polaritons và kênh dẫn sóng
Surface Plasmon Polaritons (SPP) là sóng dao động điện tử tập thể tại bề mặt phân cách giữa kim loại và điện môi. Sóng SPP kết hợp photon ánh sáng với electron tự do. Dao động này phân rã theo hàm mũ ra xa mặt phân cách. Sóng lan truyền dọc theo bề mặt ranh giới với độ tập trung năng lượng cao. Bước sóng của SPP ngắn hơn nhiều so với bước sóng ánh sáng trong chân không. Kênh dẫn sóng plasmonic định hướng và điều khiển sóng SPP trong không gian giới hạn. Sự tương tác mạnh giữa kim loại và ánh sáng tạo nên các mode quang trường gần. Kỹ thuật này phá vỡ giới hạn nhiễu xạ truyền thống của quang học sóng. Tuy nhiên, điện trở kim loại gây ra sự hấp thụ năng lượng quang học. Việc thiết kế cấu trúc dẫn sóng phải tối ưu hóa năng lượng truyền dẫn và kiểm soát mức tiêu hao quang phổ.
1.2. Đặc điểm cấu trúc của ống dẫn sóng dạng nêm kim loại
Ống dẫn sóng dạng nêm (Wedge plasmonic waveguide) sở hữu hình học đỉnh nhọn độc đáo. Góc nêm nhọn tạo ra gradient điện trường cực lớn tại đỉnh chóp kim loại. Cấu trúc này tập trung năng lượng sóng plasmonic vào vùng có tiết diện dưới bước sóng. Năng lượng điện từ không bị rò rỉ ra môi trường xung quanh. So với cấu trúc màng phẳng, cấu trúc nêm duy trì độ tập trung trường cao hơn nhiều lần. Nêm kim loại có thể chế tạo từ vàng hoặc bạc trên đế silicon. Góc mở của đỉnh nêm quyết định phân bố mật độ năng lượng trường quang học. Góc nêm càng nhỏ thì trường điện từ càng định vị chặt chẽ tại đầu nhọn. Cấu trúc nêm lai kết hợp thêm các lớp điện môi nhằm cải thiện đặc tính dẫn sóng và giảm thiểu tán xạ bề mặt không mong muốn.
II. Phương pháp mô phỏng kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm
Mô phỏng số là bước bắt buộc trong thiết kế kênh dẫn sóng nano. Phương pháp giải tích không thể xử lý các biên hình học phức tạp của đỉnh nêm. Các công cụ tính toán số hiện đại giải hệ phương trình Maxwell trong miền không gian và thời gian. Mô hình mô phỏng cung cấp hình ảnh trực quan về phân bố điện trường và từ trường. Các thông số suy hao và hằng số truyền pha được trích xuất chính xác. Việc mô phỏng giúp đánh giá ảnh hưởng của vật liệu và kích thước hình học trước khi tiến hành chế tạo thực nghiệm. Quá trình tính toán hỗ trợ rút ngắn thời gian thử nghiệm và giảm thiểu chi phí phát triển linh kiện. Các phương pháp mô phỏng vi sai và phần tử hữu hạn là hai trụ cột chính trong nghiên cứu plasmonic.
2.1. Phương pháp phần tử hữu hạn FEM và mô phỏng COMSOL
Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là công cụ chủ lực để phân tích mode sóng plasmonic. Không gian khảo sát được chia nhỏ thành các lưới tam giác phi tuyến tính. Vùng đỉnh nêm có độ cong nhỏ được chia lưới cực mịn để đảm bảo độ chính xác của trường cục bộ. Mô phỏng COMSOL Multiphysics ứng dụng thuật toán FEM mạnh mẽ để tìm nghiệm riêng của phương trình sóng. Phần mềm giải chính xác các mode truyền lan cơ bản và mode bậc cao trong cấu trúc nêm. COMSOL Multiphysics cho phép gán điều kiện biên lớp hấp thụ hoàn hảo (PML) nhằm ngăn chặn sóng phản xạ giả tạo từ biên ngoài. Sự hội tụ của phép chia lưới được khảo sát kỹ lưỡng nhằm tối ưu thời gian tính toán và bộ nhớ máy tính. Kết quả mô phỏng FEM phản ánh trung thực bản chất vật lý của sóng plasmon.
2.2. Phương pháp sai phân hữu hạn miền thời gian FDTD
Phương pháp sai phân hữu hạn miền thời gian (FDTD) tính toán trường điện từ trực tiếp theo thời gian thực. Thuật toán rời rạc hóa không gian và thời gian theo lưới Yee tiêu chuẩn. FDTD mô phỏng quá trình truyền xung ánh sáng và tán xạ sóng dọc theo ống dẫn sóng dạng nêm. Phương pháp này cho phép thu thập đáp ứng tần số trên dải quang phổ rộng chỉ qua một lần chạy mô phỏng xung thời gian. Sự biến đổi của chỉ số khúc xạ phức của kim loại theo tần số được mô hình hóa chính xác qua mô hình Drude-Lorentz. FDTD kiểm chứng hiện tượng phản xạ, truyền qua và bức xạ tại các điểm chuyển tiếp hoặc uốn cong của kênh dẫn sóng. Kết quả FDTD kết hợp cùng FEM tạo nên bức tranh toàn diện về đặc tính quang học của linh kiện.
III. Thiết kế kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm tối ưu suy hao
Vấn đề cốt lõi của kênh dẫn sóng plasmonic là sự đánh đổi giữa độ giam hãm và tổn hao quang. Kim loại hấp thụ năng lượng mạnh làm hạn chế cự ly truyền sóng. Thiết kế cấu trúc nêm mới hướng tới việc giảm thiểu tối đa Suy hao truyền dẫn (Propagation loss). Kỹ thuật công nghệ vi chế tạo bán dẫn cho phép tạo các đỉnh nêm có độ nhám bề mặt cực thấp. Sự tích hợp các lớp đệm mỏng giữa kim loại và chất điện môi tạo ra hiệu ứng ghép mode lai. Cấu trúc nêm cải tiến điều hòa phân bố năng lượng, đẩy một phần trường quang ra vùng điện môi có tổn hao thấp. Nhờ đó, sóng ánh sáng duy trì cự ly truyền xa hơn mà vẫn giữ được kích thước búp sóng ở mức nanomet. Cấu trúc được tối ưu hóa toàn diện về vật liệu lẫn thông số hình học.
3.1. Kỹ thuật ăn mòn dị hướng ướt tạo cấu trúc nêm sắc nét
Ăn mòn dị hướng ướt trên tinh thể silicon là phương pháp tối ưu để tạo góc nêm nguyên tử phẳng mịn. Dung dịch KOH hoặc TMAH ăn mòn chọn lọc theo các mặt phẳng tinh thể Si(100) và Si(111). Quá trình này tạo nên góc nêm tự nhiên 70.5 độ hoặc 54.7 độ với độ chính xác cao. Bề mặt nêm silicon sau ăn mòn có độ nhám dưới mức nanomet. Lớp kim loại quý như vàng (Au) hoặc bạc (Ag) được bốc bay phủ đều lên khung nêm silicon. Bề mặt kim loại đạt độ nhẵn hoàn hảo, giảm thiểu tổn hao do tán xạ ánh sáng bề mặt. Quy trình chế tạo tận dụng công nghệ vi cơ điện tử (MEMS) tiêu chuẩn. Độ lặp lại cao của quá trình quang khắc và ăn mòn ướt giúp hạ giá thành sản xuất hàng loạt các chip plasmonic chất lượng cao.
3.2. Cải thiện chiều dài truyền lan bằng lớp ôxít và kim loại
Chiều dài truyền lan (Propagation length) của sóng SPP bị giới hạn bởi độ dẫn điện của kim loại. Giải pháp chèn thêm lớp ôxít mỏng như SiO2, Al2O3 hoặc TiO2 giữa các lớp vật liệu tạo ra sự tái phân bố trường điện từ. Lớp ôxít mỏng đóng vai trò vùng giam giữ quang trường với độ suy hao siêu thấp. Bên cạnh đó, việc sử dụng giao diện đa lớp kim loại - kim loại cũng nâng cao tính dẫn sóng. Sự dịch chuyển năng lượng từ vùng kim loại có suy hao cao sang khe hẹp điện môi làm tăng cự ly truyền sóng đáng kể. Chiều dài truyền lan có thể tăng gấp nhiều lần so với cấu trúc nêm kim loại đơn lớp truyền thống. Cải tiến này giúp tín hiệu quang truyền qua các khoảng cách đủ dài để thực hiện các chức năng xử lý thông tin trên chip.
IV. Đánh giá kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm lai khe hẹp
Kênh dẫn sóng plasmonic khe hẹp lai (Hybrid Gap Plasmonic Waveguide) kết hợp ưu điểm của ống dẫn sóng điện môi và plasmonic kim loại. Cấu trúc gồm một thanh điện môi chiết suất cao đặt sát đỉnh nêm kim loại, ngăn cách bởi khe hẹp chiết suất thấp. Cơ chế ghép mode lai tạo ra mode dẫn sóng có đặc tính vượt trội. Năng lượng điện từ tập trung cực mạnh trong khe hẹp điện môi siêu mỏng. Hiện tượng này xảy ra do sự gián đoạn của thành phần điện trường vuông góc với mặt phân cách. Cấu trúc vừa đảm bảo kích thước chùm sáng siêu nhỏ, vừa giữ mức tiêu tán năng lượng ở ngưỡng chấp nhận được. Kênh dẫn sóng lai là ứng viên hàng đầu cho các mạch tích hợp quang học thế hệ mới.
4.1. Độ giam hãm mode quang trong kênh dẫn sóng khe hẹp lai
Độ giam hãm mode quang (Mode confinement) thể hiện khả năng cô lập năng lượng ánh sáng trong không gian hẹp. Kênh dẫn sóng lai khe hẹp đạt diện tích mode hiệu dụng nhỏ hơn nhiều lần giới hạn nhiễu xạ. Phần lớn năng lượng quang tập trung bên trong khe hẹp điện môi có bề dày chỉ từ vài nanomet đến vài chục nanomet. Đỉnh nêm kim loại định hình trường điện từ, ngăn chặn sự lan tỏa của búp sóng sang các vùng lân cận. Tỷ lệ năng lượng bên trong khe hẹp tăng khi độ rộng khe giảm. Tuy nhiên, việc thu nhỏ khe hẹp quá mức sẽ đẩy trường điện từ xâm nhập sâu hơn vào kim loại, làm tăng tổn thất nhiệt. Cần tính toán dung hòa giữa độ giam hãm quang học và hiệu suất truyền tải của toàn hệ thống.
4.2. Khảo sát chỉ số khúc xạ hiệu dụng và suy hao truyền dẫn
Chỉ số khúc xạ hiệu dụng (Effective refractive index) là đại lượng phức đặc trưng cho tốc độ pha và mức độ suy giảm của mode sóng. Phần thực của chỉ số khúc xạ quyết định vận tốc lan truyền và hằng số truyền pha. Phần ảo phản ánh trực tiếp Suy hao truyền dẫn (Propagation loss) của kênh quang học. Các khảo sát số cho thấy hình học nêm và khoảng cách khe ảnh hưởng mạnh đến cả phần thực và phần ảo. Khi góc nêm nhọn hơn, phần thực tăng lên và trường sóng bị giam hãm chặt hơn. Suy hao truyền dẫn tăng theo tỉ lệ thuận với mức độ tập trung trường tại vùng kim loại. Việc cân chỉnh chính xác các kích thước vật lý cho phép kiểm soát chỉ số khúc xạ hiệu dụng theo yêu cầu thiết kế cụ thể của từng linh kiện mạch quang.
4.3. Đánh giá ảnh hưởng của dung sai chế tạo lên hiệu năng
Quá trình chế tạo thực tế luôn xuất hiện sai lệch hình học so với mô hình lý thuyết. Các yếu tố dung sai gồm độ lệch tâm giữa nêm kim loại và thanh điện môi, độ xoay trục và bán kính bo tròn tại đỉnh nêm. Khi đỉnh nêm bị bo tròn do giới hạn công nghệ bốc bay, độ tập trung trường điện từ tại đỉnh suy giảm nhẹ. Độ lệch vị trí giữa thanh điện môi và nêm làm biến dạng phân bố mode sóng và làm tăng hiện tượng suy hao bức xạ. Ngoài ra, hiệu ứng nhiễu chéo giữa các kênh dẫn sóng đặt song song cũng được phân tích kỹ. Khoảng cách giữa các kênh phải đủ lớn để ngăn chặn hiện tượng kết cặp không mong muốn. Đánh giá dung sai chế tạo đảm bảo thiết kế có độ bền vững cao khi sản xuất thực tế.
V. Tiềm năng ứng dụng của kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm
Kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm mở ra bước tiến lớn cho công nghệ nano hiện đại. Khả năng nén quang trường xuống kích thước dưới bước sóng biến cấu trúc này thành cầu nối hoàn hảo giữa quang tử học và điện tử học. Các linh kiện dẫn sóng nêm có thể ghép nối hiệu quả vào các hệ thống quang tử silicon sẵn có. Thiết bị đáp ứng nhu cầu truyền tải dữ liệu dung lượng lớn với độ trễ tối thiểu trên chip xử lý. Ngoài lĩnh vực viễn thông, cấu trúc nêm plasmonic còn là nền tảng cho nhiều nghiên cứu quang học phi tuyến và cảm biến nano. Năng lượng điện từ tập trung tại đỉnh nêm làm tăng cường mạnh mẽ các hiệu ứng tương tác ánh sáng - vật chất. Đây là hướng đi đột phá trong khoa học vật liệu và công nghệ thông tin.
5.1. Tích hợp mạch quang tử nano và bộ ghép nối quang học
Ống dẫn sóng dạng nêm đóng vai trò thiết yếu trong việc chế tạo bộ ghép nối quang học chuyển tiếp (taper coupler). Chuyển đổi mode sóng từ sợi quang tiêu chuẩn kích thước micromet sang kênh dẫn sóng nano luôn đối mặt với vấn đề tổn hao ghép nối lớn. Đầu nối dạng nêm kim loại thuôn nhọn dần giúp nén chùm sáng một cách êm thuận dọc theo chiều truyền. Năng lượng được chuyển đổi trơn tru từ mode quang thông thường sang mode Surface Plasmon Polaritons (SPP) siêu nhỏ. Cấu trúc nêm lai cũng tạo điều kiện thuận lợi để chế tạo các bộ chia công suất, bộ ghép định hướng và bộ lọc quang trên diện tích chip cực nhỏ. Mật độ tích hợp linh kiện quang trên chip bán dẫn được nâng cao vượt bậc so với công nghệ truyền thống.
5.2. Cảm biến sinh học quang học siêu nhạy dựa trên plasmonic
Đỉnh nêm plasmonic tập trung mật độ điện trường cực cao, tạo nên vùng nhạy cảm quang trường gần. Bất kỳ sự thay đổi nhỏ nào của môi trường xung quanh đỉnh nêm cũng làm thay đổi Chỉ số khúc xạ hiệu dụng (Effective refractive index) của mode truyền. Đặc tính này được ứng dụng để phát hiện các phân tử sinh học, DNA hoặc protein ở nồng độ cực thấp. Cảm biến plasmonic dạng nêm cho phép phát hiện không cần chất đánh dấu huỳnh quang trong thời gian thực. Độ nhạy và giới hạn phát hiện của cảm biến nêm vượt trội so với các cấu trúc cảm biến cộng hưởng plasmon bề mặt phẳng. Ứng dụng này có tiềm năng lớn trong chẩn đoán y tế sớm, kiểm tra an toàn thực phẩm và quan trắc môi trường ô nhiễm.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (132 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THANH HƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC DẠNG NÊM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THANH HƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC DẠNG NÊM Ngành: Khoa học Vật liệu Mã số: 9440122 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. CHU MẠNH HOÀNG 2. PHẠM ĐỨC THÀNH Hà Nội - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. Chu Mạnh Hoàng và TS.
Phạm Đức Thành. Các số liệu và kết quả trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác. Thay mặt Tập thể hướng dẫn Tác giả PGS. Chu Mạnh Hoàng Nguyễn Thanh Hương i LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến PGS.
Chu Mạnh Hoàng và TS. Phạm Đức Thành, những người thầy đã truyền động lực nghiên cứu cho tôi, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án. Nhờ sự chỉ bảo tận tình của các thầy, tôi đã có được những kiến thức về khoa học vật liệu, về các công nghệ chế tạo, những kinh nghiệm và phương pháp nghiên cứu và trên hết là có được sự kiên trì đi theo con đường nghiên cứu khoa học. Tôi xin chân thành cảm ơn Viện ITIMS, trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, trường ĐH Kinh tế Quốc dân đã tạo điều kiện về thời gian, vật chất và tinh thần giúp tôi hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn GS. Vũ Ngọc Hùng, TS. Vũ Thu Hiền, cùng các anh, chị, em trong phòng thí nghiệm MEMS, Viện ITIMS: ThS. Nguyễn Văn Chính, TS.
Nguyễn Ngọc Minh, TS. Đặng Văn Hiếu, TS. Nguyễn Văn Minh, TS. Nguyễn Thị Quỳnh Chi, PGS.
Ngô Đức Quân, ThS. Nguyễn Ngọc Sơn, ThS. Lê Văn Tâm… đã chia sẻ những kinh nghiệm nghiên cứu khoa học, đã động viên và có những thảo luận góp ý giúp tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn TS.
Nguyễn Văn Toán đã tạo điều kiện và hướng dẫn tôi sử dụng các thiết bị và làm việc trong phòng sạch. Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn tới những người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn ở bên, động viên khích lệ tôi trong thời gian qua. Tôi xin cảm ơn các cán bộ, giảng viên ở bộ môn Công nghệ thông tin, trường ĐH Kinh tế Quốc dân đã quan tâm, hỗ trợ tôi trong công việc để tôi tập trung hoàn thành luận án. Cuối cùng, tôi xin giành lời cảm ơn cho gia đình, gia đình là hậu phương vững chắc, là chỗ dựa tinh thần để tôi có thể yên tâm nghiên cứu trong suốt thời gian vừa qua.
Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả Nguyễn Thanh Hương ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC HÌNH VẼ. vii DANH MỤC BẢNG.
xiii MỞ ĐẦU. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC. Sơ lược quá trình phát triển.
Các ứng dụng của plasmonic. Cơ sở lý thuyết polariton plasmon bề mặt. Nguyên lý cơ bản của polariton plasmon bề mặt. Các phương pháp kích thích kết cặp polariton plasmon bề mặt.
Phân loại kênh dẫn sóng plasmonic. KÊNH DẪN SÓNG DẠNG NÊM. Cấu trúc kênh dẫn sóng dạng nêm truyền thống. Các kênh dẫn sóng dạng nêm lai.
Một số ứng dụng cơ bản của kênh dẫn sóng plasmon dạng nêm. KÊNH DẪN SÓNG DẠNG RÃNH. Cấu trúc kênh dẫn sóng dạng rãnh truyền thống. Các kênh dẫn sóng dạng rãnh lai.
Một số ứng dụng cơ bản của kênh dẫn sóng dạng rãnh. KÊNH DẪN SÓNG KHE HẸP LAI. CÁC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC DẠNG NÊM. PHÁT TRIỂN GẦN ĐÂY CỦA KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC.
MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN. 36 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN. CƠ SỞ LÝ THUYẾT KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC. MÔ PHỎNG KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC.
Phương pháp phần tử hữu hạn. Phương pháp chia lưới và nghiên cứu sự hội tụ vào chia lưới. 41 CHƯƠNG 3: KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC DẠNG NÊM DỰA TRÊN ĂN MÒN DỊ HƯỚNG ƯỚT. KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC DẠNG NÊM.
CÁC MODE TRUYỀN CỦA KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC DẠNG NÊM. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC DẠNG NÊM. TĂNG CƯỜNG CHIỀU DÀI TRUYỀN SÓNG PLASMON BẰNG CÁCH SỬ DỤNG CÁC GIAO DIỆN LỚP ÔXÍT MỎNG/KIM LOẠI VÀ GIAO DIỆN LỚP KIM LOẠI/KIM LOẠI. Tăng cường độ dài truyền sóng plasmon bằng cách sử dụng giao diện lớp ôxít mỏng/kim loại.
Tăng cường độ dài truyền sóng plasmon bằng cách sử dụng giao diện lớp kim loại /kim loại. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3. 68 CHƯƠNG 4: KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC LAI. CẤU TRÚC KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC KHE HẸP LAI.
CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC HGSPPW- RMW-RDW. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC HGSPPW- TMW-RDW. ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG SAI CHẾ TẠO. Sai lệch giữa nêm kim loại và kênh dẫn sóng điện môi.
Độ xoay của nêm kim loại. Độ tròn góc đỉnh của nêm kim loại. Nhiễu chéo gây ra bởi các thành phần điện môi kết cặp với kênh dẫn sóng điện môi. Kết cặp giữa các kênh dẫn sóng.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4. 84 CHƯƠNG 5: KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC LAI TÙY BIẾN. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐẶC TRƯNG CỦA KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC LAI. KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC KHE HẸP LAI TÙY BIẾN DỰA TRÊN CHẤT LỎNG.
TÙY BIẾN CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC LAI BẰNG CÁCH NHIỄU LOẠN SÓNG RÌA. Mô hình kênh dẫn sóng plasmonic lai tùy biến. Tùy biến đặc trưng truyền sóng plasmonic. KẾT LUẬN CHƯƠNG 5.
103 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 107 v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt 2PP Two-Photon Polymerization Polyme hóa hai photon ATR Attenuated Total Reflectance Phản xạ toàn phần điều biến CDW Circular Dielectric Waveguide Kênh dẫn sóng điện môi có mặt cắt hình tròn CPP Channel Plasmon-Polariton Kênh dẫn sóng plasmon dạng kênh DW Dielectric Waveguide Kênh dẫn sóng điện môi FEM Finite Element Method Phương pháp phần tử hữu hạn FIB Focused Ion Beam Chùm tia ion hội tụ FoM Figure of Merit Hệ số phẩm chất FWHM Full Width At Half Maximum Chiều rộng ở nửa cực đại HGP Hybrid Gap Plasmon Plasmon khe hẹp lai HGSPPW Hybrid Gap Surface Plasmon Kênh dẫn sóng plasmonic khe Polariton Waveguide hẹp lai LSP Localized Surface Plasmon Plasmon bề mặt định xứ MEMS Microelectromechanical Systems Hệ thống vi cơ điện tử OLED Organic Light-Emiting Diode Đi ốt phát ánh sáng hữu cơ RDW Rectangular High-Refractive- Kênh dẫn sóng điện môi chỉ Index Dielectric Waveguide số khúc xạ cao có mặt cắt ngang hình chữ nhật RMW Rectangular Metallic Wedge Nêm kim loại hình chữ nhật SOI Silicon On Insulator Phiến silíc-ôxít-silíc SPP Surface Plasmon Polariton Polariton plasmon bề mặt TM Transverse Magnetic Từ trường ngang TMW Tapered Metallic Wedge Nêm kim loại WPP Wedge Plasmon Polariton Polariton plasmon ở đỉnh nêm vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sự gia tăng các nghiên cứu về plasmonic [5] .2: Tốc độ xử lý phụ thuộc vào kích thước của các công nghệ chế tạo chíp [25] .3: Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt .4: Mô hình lan truyền SPP tại giao diện kim loại/ điện môi .5: Mô hình hệ thống ba lớp .6: Xấp xỉ kênh dạng nêm và dạng rãnh .7: Vectơ sóng k và kSPP .8: Kết cặp lăng kính SPP trong cấu hình Otto (a) và Kretschmann (b).9: Sơ đồ kết cặp kênh dẫn sóng .10: Sơ đồ kết cặp cách tử .11: Một số cấu trúc kênh dẫn sóng: (a) tải điện môi, (b) dải kim loại, (c) dạng nêm, (d) dạng rãnh, (e) chuỗi hạt nano kim loại và (g1-g5) khe hẹp lai .12: Sơ đồ kênh dẫn sóng dạng nêm truyền thống: (a) cấu trúc cạnh trên bề mặt kim loại; vật liệu xung quanh kênh dẫn sóng là điện môi, thường là không khí, (b) cấu trúc bao gồm một kênh dẫn sóng điện môi được phủ bởi một lớp kim loại và (c) cấu trúc tương tự như (a) nhưng được bao phủ bởi một lớp điện môi phía trên nêm kim loại.13: Sơ đồ mặt cắt ngang của các kênh dẫn sóng plasmon dạng nêm lai điển hình: (a) kênh dẫn sóng dạng nêm điện môi lai, (b) cấu trúc bao gồm một lớp đệm silíc được kẹp giữa một lớp bạc và một kênh silíc tam giác, (c) cấu trúc bao gồm một kênh dẫn sóng bán dẫn hình tam giác bao quanh bởi một lớp kim loại thông qua một lớp điện môi, (d) cấu trúc bao gồm một kênh dẫn sóng bán dẫn hình tam giác được đặt trên nền bạc với một khoảng trống, (e) một dây nano bán dẫn tròn trên kênh dẫn sóng dạng nêm kim loại, (f) kênh dẫn sóng điện môi hình tam giác đặt trên một kênh dẫn kim loại hình tam giác và (e, f, g, h) là các kênh dẫn sóng dạng nêm kết cặp đơn và kết cặp đôi .14: Sơ đồ bộ điều biến pha plasmonic [98]. Các vị trí của các đường nét đứt được xác định bởi các điểm tiếp tuyến giữa dây nano CdS và lớp MgF2 dọc theo trục x và qua tâm của dây nano [45] .16: (a) Các đặc trưng chỉ số mode hiệu dụng, vùng mode, độ dài lan truyển của mode CPP phụ thuộc độ dày của lớp kim loại vàng, (b) phân bố điện trường phụ thuộc độ dày lớp vàng tại bước sóng 700 nm và (c) phân bố điện trường phụ thuộc độ dày lớp vàng tại bước sóng 1550 nm .17: Một số cấu trúc kênh dẫn sóng dạng rãnh lai .19: Bộ chia chữ Y và giao thoa kế MZ [30] .20: Bộ cộng hưởng vòng [30] .22: Sơ đồ các bước chế tạo kênh dạng nêm sử dụng kỹ thuật khắc ướt kết hợp với kỹ thuật truyền mẫu khuôn [77] .23: Sơ đồ thiết kế cho việc chế tạo các cấu trúc bề mặt SPP (bên trái) và sự truyền lan plasmon trong một kênh dẫn sóng điện môi được chế tạo bởi 2PP (bên phải).
SPP được kích thích ở phía bên tay phải [111] .24: Mô hình phân loại và các hướng nghiên cứu chính của kênh dẫn sóng plasmonic.1: Các dạng biên chung giữa các phần tử [130] .
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Nguyễn Thanh Hương (2022). Kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm: Thiết kế và mô phỏng [Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội]. LuanAn.net. https://luanan.net/vat-ly/nghien-cuu-thiet-ke-mo-phong-kenh-dan-song-plasmonic-dang-nem
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm: Thiết kế và mô phỏng" nghiên cứu về vấn đề gì?
Nghiên cứu thiết kế mô phỏng và khảo sát hoạt động của các kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm nhằm tối ưu hiệu suất truyền dẫn ánh sáng.
Luận án "Kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm: Thiết kế và mô phỏng" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Năm bảo vệ: 2022.
Luận án "Kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm: Thiết kế và mô phỏng" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm: Thiết kế và mô phỏng" thuộc chuyên ngành Khoa học Vật liệu. Danh mục: Vật Lý.
Luận án "Kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm: Thiết kế và mô phỏng" có bao nhiêu trang?
Luận án "Kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm: Thiết kế và mô phỏng" có 132 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm: Thiết kế và mô phỏng" 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.