عنوان

طراحی و شبیه‌سازی مبدل اپتومکانیکی طول‌موج با استفاده از نیروی نوری

پ۲۶۴۷۹

per

طراحی و شبیه‌سازی مبدل اپتومکانیکی طول‌موج با استفاده از نیروی نوری

علی تقی زاد فانید

پردیس بین‌المللی ارس

۱۴۰۰

۹۵ص.

سی دی

دکتری

مهندسی الکترونیک

۱۴۰۰/۱۱/۲۷

توانایی کنترل حرکت مکانیکی نانو ذرات و میکرو ذرات با استفاده از پرتوهای متمرکز لیزر اساس بسیاری از تحقیقات بنیادی و کاربردی درزمینه‌ی اپتومکانیک به شمار می‌رود. برای کنترل نور با استفاده از نور دیگر، در مقایسه با روش‌های مرسوم که در آن‌ها مواد غیرخطی به کار می‌روند، استفاده از سیستم‌های اپتومکانیکی مفید خواهد بود. هدف از انجام این پروژه، طراحی و شبیه‌سازی یک مبدل اپتومکانیکی طول‌موج است، به‌نحوی‌که با استفاده از ویژگی نیروی نوری امواج الکترومغناطیسی و خواص پلاسمونیکی نانو ذرات و میکرو ذرات فلزی یا هسته-پوشش‌های فلز - دی‌الکتریک، ورودی با طول‌موج بلند (نور مادون‌قرمز بلند یا میانی ) را به خروجی با طول‌موج کوتاه (مادون‌قرمز کوتاه یا مرئی) تبدیل کند.در این تحقیق دو ساختار به‌منظور تحقق بخشیدن به سیستم اپتومکانیکی ارتقاء فرکانس معرفی‌شده است؛ ساختار اول، موج کنترلی ورودی در باند میانی مادون‌قرمز (MIR) با طول‌موج 4.5µm را به طول‌موج 450nm تبدیل می‌کند. ساختار پیشنهادی دوم، دو موج ورودی در باند طول‌موجی MIR با طول‌موج‌های 4.5µm و 3.6µm را به دو طول‌موج در ناحیه نور مرئی به ترتیب با طول‌موج‌های 553nm و 611nm تبدیل می‌کند. در این راستا، سه مبحث فیزیکی نیروی اپتیکی بین موج‌برهای حامل موج الکترومغناطیسی، پراکندگی نانو ذرات هسته-پوشش، کوپلینگ بین موج‌برها و خمش مکانیکی موج‌برها بر روی ساختارهای پیشنهادی مطالعه و بررسی‌شده است. روش‌های مختلفی برای محاسبه نیروی اپتیکی وجود دارد، ازجمله انتگرال‌گیری تانسور استرس ماکسول بر روی سطح موردنظر که در این پژوهش به کار گرفته‌شده است. در این تحقیق از روش FDTD جهت محاسبه پراکندگی نانو ذرات و نیروی اپتیکی وارده بر موج‌برها استفاده‌شده است. کوپلینگ بین موج‌برها از حل معادلات کوپلینگ محاسبه‌شده است. برای یافتن خمش موج‌برها نیز از روش FEM استفاده‌شده است.

Abstract: The ability to control the mechanical motion of nanoparticles and microparticles using focused laser beams is the basis of many fundamental and applied researches in the field of optomechanics. Optomechanical systems will be useful for controlling light with other light, compared to conventional methods that use nonlinear materials. The aim of this study is to design and simulate an optomechanical wavelength converter, so that by using the optical force properties of electromagnetic waves and the plasmonic properties of metal nanoparticles and microparticles or metal-dielectric spheres, Convert long wavelength input (long or medium infrared light) to short wavelength output (short or visible infrared).In this research, two structures have been introduced in order to realize the optomechanical system of frequency enhancement; The first structure converts a 4.5 µm MIR input control light into a 450nm wavelength. The second proposed structure converts two input MIR lights with wavelengths of 3.6µm and 4.5µm to visible light with wavelengths of 611nm and 553nm, respectively. In order to achieve this goal, four physical issues including optical force exerted on the coupled waveguides, Corsell nanoparticle scattering, waveguide coupling and mechanical bending of waveguides will be studied on the proposed structure. There are several methods for calculating optical force, For example, integrating Maxwell stress tensor on the desired surface, which will be used in this project. In this research, the FDTD method has been used to calculate the scattering of nanoparticles and the optical force applied on the waveguides. Coupled-Mode Theory of Synchronous coupling is used to calculate the coupling between coupled waveguides. FEM method has also been used to find the bending of the waveguides.

Designing and Simulation of Optomechanical Wavelength Conversion Utilizing Optical Force

‏تقی زاد فانید،‏

علی ‏

تهيه کننده

‏رستمی،‏

علی ‏

استاد راهنما

تبریز