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 نمی ­تواند 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 شده ­اند، 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] به­ طور کامل با کاربرد اپتیکی معرفی شدند. این امواج در دهه­های اخیر کاندیدای کاهش ابعاد اپتیک به دو بعد شده ­اند به­ طوری 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 می­ شود 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 می­ شود.
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 می­ شود که سرعت مدار­ها با کاهش شدیدی روبرو می­ شود. در مدار­های اپتیکی این سرعت افزایش می­یابد علاوه­بر اینکه ظرفیت خط انتقال هم افزایش پیدا می­ کند. ولی همچنان مشکل حد پراش مانع اصلی در کوچک­سازی مدارها می­باشد.
پلاسمونیک پهنای باند اپتیکی را با ابعاد کمتر از حد پراش معرفی می­ کند. بنابراین می ­تواند 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 می­ کند. 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 بهره گرفتن از خواص مواد در تقویت امواج و ساختار­های هایبرید[7] شروع شده­است. اندازه ­گیری­ها نیز در علم پلاسمونیک پیچیدگی زیادی به خود گرفته است. به همین خاطر بخشی از تحقیقات نیز صرف ساده سازی اندازه ­گیری­ها از طریق ویژگی­های ذاتی این امواج در مشاهده پلاسمون­ها و اندازه ­گیری طول انتشار آنها می­ شود.
هدف از انجام این پایان نامه طراحی و شبیه­سازی فیلترهای پلاسمونیک برگ برای کاربرد در مدارهای پسیو بود. لذا در این پایان نامه 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 می­ شود. البته با توجه به هدف از انجام این پایان نامه 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 اندازه ­گیری طول انتشار پیشرفت حاصل شد. در فصل سوم آزمایش­های انجام شده درباره تحریک پلاسمون­ها و ایده روشی جدید در اندازه ­گیری طول انتشار آنها ذکر می­ شود. در فصل چهارم نیز شبیه­سازی فیلتر های برگ هایبرید پلاسمونیک تشریح می­ شود.

1-2                 بر تاریخچه

امواج سطحی الکترومغناطیسی که در این پایان نامه به نوع خاصی از آن پرداخته می­ شود، 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 می ­تواند 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 نمونه ­ای 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 به­ طور 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 می­ شود می ­تواند 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 شده ­اند که امروزه دانشمندان برای یافتن ساختار­های شیمیایی مواد حتی در ابعاد تک مولکولی از آن استفاده می­ کنند[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 زمینه ­های پرطرفدار و با تحقیقات گسترده در اپتیک شده است.
درمقایسه با پلاسمونیک، از دیگر زمینه ­های 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