عنوان

مطالعه خواص نوری ساختار های لایه ای حاوی مواد ناهمسانگرد

‭۱۰۹۱۳پ‬

per

مطالعه خواص نوری ساختار های لایه ای حاوی مواد ناهمسانگرد

/امیر مدنی اسگوئی

: دانشکده فیزیک

‮‭۱۲۶‬ص‬

چاپی

دکتری تخصصی

در رشته فیزیک اپتیک و لیزر

‮‭۱۳۹۲/۰۴/۲۵‬

تبریز

مواد ناهمسانگرد موادی هستند که خواص نوری آنها به جهت انتشار موج و همچنین قطبش امواج وابسته است .انواع مختلف جامدات بلوری، بلورهای مایع و متامواد از جمله مواد ناهمسانگرد پرکاربرد در اپتیک و فوتونیک می باشند .از طرفی، امروزه بلورهای فوتونی به عنوان ساختارهایی که قابلیت کنترل انتشار فوتونی را دارند، از اهمیت فراوانی در اپتیک و مخابرات برخوردار می باشند .با توجه به وابستگی پارامتر های اپتیکی محیط به جهت محور نوری و جهت قطبش میدان الکتریکی در مواد ناهمسانگرد ، امکان کنترل و تنظیم خواص اپتیکی و تراگسیلی ساختارهای لایه ای ناهمسانگرد در بسیاری از موارد فراهم می شود .لذا می توان گفت که بلورهای فوتونی حاوی مواد ناهمسانگرد دارای مزیتهایی نسبت به موارد مشابه همسانگرد می باشند .در این رساله، به بررسی نظری ساختار باند بلورهای فوتونی یک بعدی متشکل از متامواد تک منفی ناهمسانگرد و همچنین تحریک امواج سطحی در فصل مشترک این ساختارها با محیط نیمه بینهایت همگن پرداخته شده است .در این مطالعات، محاسبات عددی با استفاده از روش ماتریس انتقال انجام شده است و نتایج بدست آمده نشانگر وجود گاف فرکانسی تک منفی در بلورهای فوتونی حاوی نوع خاصی از متامواد ناهمسانگرد می باشد .این گاف، برخلاف حالت مشابه مربوط به متامواد تک منفی همسانگرد، وابسته به زاویه تابش است و امواج سطحی تحریک شده در این ناحیه فرکانسی هم فقط در ناحیه محدودی از ثابت انتشار وجود دارند .همچنین خواص تراگسیلی بلور فوتونی یک بعدی شامل نوعی متامواد نامعین تک محوری مطالعه شده و تاثیر جهت قرارگیری محور نوری متامواد بر روی ساختار باند این بلور فوتونی در هر دو حالت قطبش بررسی شده است .نتایج نشانگر امکان حصول شرایط زاویه بروستر برای هر دو نوع قطبش ‮‭TE‬ و ‮‭TM‬ در این ساختار می باشد در حالیکه در بلورهای فوتونی همسانگرد مشابه فقط قطبش ‮‭TM‬ دارای شرایط زاویه بروستر است .با توجه به کاربرد وسیع بلورهای مایع نماتیک در ادوات اپتیکی و فوتونیکی، در ادامه به بررسی ساختارهای لایه ای یک بعدی حاوی این مواد پرداخته شده است .در این راستا، خواص پاشندگی متاماده تشکیل شده از لایه های گرافین و بلور مایع نماتیک ‮‭E۷‬ برای امواج قطبیده ‮‭TM‬ در ناحیه فرکانسی مادون قرمز دور مورد مطالعه قرار گرفته است .نشان داده شده است که چنین ساختاری توانایی نمایش پاشندگی بیضوی و پاشندگی هایپربولیک را داراست و با استفاده از وابستگی خواص نوری گرافین و بلورمایع به پارامترهای کنترلی مثل دما، ولتاژ و میدان الکتریکی، می توان به سویچ زنی بین این دو حالت پاشندگی دست یافت .از این پدیده می توان در کنترل بازتابش و عبور امواج در سطح جدایی متاماده و هوا استفاده کرد که نتایج شبیه سازی انجام شده تایید کننده این موضوع می باشند .در بخش پایانی، خواص تراگسیلی خطی و غیرخطی بلور فوتونی یک بعدی دارای لایه نقص از جنس بلورمایع نماتیک ‮‭۵CB‬ مورد مطالعه قرار گرفته است .در این مطالعه از روشهای محاسباتی ماتریس انتقال و استفاده شده است .تاثیر جهت گیری محور بلورمایع و دما بر روی فرکانس مد نقص و دوپایایی موجود در ساختار بررسی شده و نشان داده شده است که این ساختار قابلیت استفاده به عنوان سویچ های نوری حرارتی را داراست

dimensional PC with 5CB liquid crystal defect layer are investigated using and transfer matrix method. It is shown that the frequency and polarization of the defect mode can be modified by changing the operating temperature and liquid crystal orientation. Also the temperature dependent nonlinear response of the defected structure is investigated. This structure can be used as a thermal switch at the frequency near the defect mode-infrared region. It is represented that this structure is able to show both the elliptic and the hyperbolic dispersions due to the tunable properties of the graphene and liquid crystal. The switching between two dispersion phases via control of the temperature, voltage and external electric field is studied. It is shown that this switching can be used to control of the transmission and reflection at the interface of the metamaterial and air. Finally, the linear and nonlinear transmission properties of a one-dimensional photonic crystal containing uniaxial indefinite metamaterial are investigated using the transfer matrix method. It is shown that the photonic bandgaps of the structure strongly depend on the orientation of the optical axis of the indefinite metamaterial for both of the TE and the TM polarizations. The results show that it is possible to obtain the Brewster condition for both the TE and the TM polarizations which is different from the isotropic case. Regarding the widespread uses of the nematic liquid crystals in the optical devices, the optical properties of the multilayer structures containng liquid crystal are investigated theoretically. In this regard, the dispersion properties of an anisotropic metamaterial composed of periodic stacking of graphene and E7 liquid crystal layers are investigated in the far-negative metamaterials, this gap is not omnidirectional and the surface waves are only restricted to a limited rang of the propagation constant. Also, the transmission properties of a one-negative metamaterials. Unlike the case of similar PCs made of isotropic single-negative band gap in a PC made of a special kind of anisotropic single-infinite homegenous mediun is studied. In this research, the numerical calculations have been done using transfer matrix method and the results show the existence of a single-negative metamaterials is investigated theoretically. Besides, the excitation of the surface waves at the interface of this structure and a semi-dimensional PC containing anisotropic single-Anisotropic materials are some kind of materials whose optical properties depend on the direction of propagation as well as the polarization. Crystals such as KDP, liquid crystals and metamaterials are anisotropic materials which have many applications in optics and photonics. On the other hand, photonic crystals (PC) as a kind of structures which can control the propagation of light, have a great inportance in photinics and communications. Regarding to the dependence of the optical parameters of the anisotropic material on the direction of the optical axis and the polarization of light, it is possible to control and tune the transmission properties of the anisotropic multilayer structures. So, one can say that the anisotropic PCs have some merits comparring with the isotropic ones. In this thesis, the photonic band structure of the one

مدنی اسگوئی، امیر

تجلی، حبیب، استاد راهنما

روشن انتظار، صمد، استاد راهنما

نامدار، عبدالرحمن، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی