عنوان

مهندسی ساختار باند فوتونی بلورهای فوتونی بر پایه گرافن

Number

‭۱۸۳۹۷پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

مهندسی ساختار باند فوتونی بلورهای فوتونی بر پایه گرافن

First Statement of Responsibility

/وحید پورمحمود

Name of Publisher, Distributor, etc.

: فیزیک کاربردی و ستاره شناسی

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۶‬

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

فوتونیک گرایش الکترونیک

Date of degree

‮‭۱۳۹۶/۱۱/۰۹‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

بلورهای فوتونی ساختارهای دی‌الکتریک متناوب هستند که به طور مصنوعی ساخته می‌شوند و در تشابه با نیمرساناها دارای یک ناحیه ممنوع فرکانسی می‌باشند .انتشار امواج الکترومغناطیس در این ناحیه که به گاف باند فوتونی معروف است، ممنوع می‌باشد .همان‌طور که در بلورهای متعارف، تناوب پتانسیل شبکه باعث ایجاد باندهای مجاز و ممنوع انرژی برای الکترون‌های سیستم می‌شود، در بلورهای فوتونی نیز تناوب در مواد دی‌الکتریک باعث به وجود آمدن نواحی مجاز و ممنوع فرکانسی برای انتشار نور در این سیستم‌ها می‌گردد .قابل تنظیم بودن گاف فوتونی می‌تواند کاربردهای جدیدی از بلورهای فوتونی را در ابزارهای الکترواپتیکی و میکروموج‌ها ارائه کند .برای دستیابی به این هدف، مواد مختلفی از قبیل فلزات، فرامواد، پلاسما، ابررسانا و بلورهای مایع به عنوان مواد با ضریب‌شکست قابل تنظیم، در ساختار بلورهای فوتونی بکار رفته است .اخیرا گرافن نیز به عنوان ماده‌ای با تابع دی‌الکتریک کوک پذیر به وسیله ولتاژ اعمالی خارجی و داشتن خواص فوق‌العاده، شدیدا توجه محققین را به خود جلب کرده است .در این پایان‌نامه دو نوع بلور فوتونی یک بعدی بر پایه گرافن طراحی شده و ساختار باند فوتونی آنها با استفاده از روش کرونیگ-پنی در محدوده فرکانسی تراهرتز و برای هر دو قطبش الکتریکی ‮‭(TE)‬ و مغناطیسی ‮‭(TM)‬ مورد محاسبه قرار گرفته است .در مرحله اول ساختار باند فوتونی بلور فوتونی یک بعدی شامل لایه‌های دی‌الکتریک و گرافن و در مرحله دوم ساختار باند بلور فوتونی یک بعدی شامل دی‌الکتریک و چندلایه دی‌الکتریک-گرافن محاسبه شده است .هدف اصلی در این بررسی‌ها ایجاد گاف‌های فوتونی و کنترل پهنای فرکانسی آنهاست .بررسی‌ها حاکی از آن است که با انتخاب مناسب پارامترهای هندسی ساختار و مواد تشکیل دهنده آن) دی‌الکتریک و گرافن (می‌توان در این ساختارها علاوه بر ایجاد گاف فوتونی گرافنی که ناشی از حضور گرافن در ساختار بلور فوتونی است، گاف فوتونی براگ نیز ایجاد نمود .همچنین این گاف‌های فوتونی به وسیله کنترل پتانسیل شیمیایی گرافن از طریق اعمال ولتاژ گیت خارجی، قابل کنترل هستند .نتایج محاسبات نشان می‌صدهد که تغییرات پتانسیل شیمیایی گرافن منجر به تغییرات قابل توجهی در پهنای گاف‌های مذکور می‌گردد .ضمنا اثر تغییرات زاویه تابش نور بر روی ساختار باند فوتونی سیستم‌های مذکور نیز مورد مطالعه قرار گرفته است .نتایج بررسی‌ها در این مورد نیز نشان می‌دهد که زاویه فرودی هم می‌صتواند در برخی شرایط بر روی پهنای گاف‌های فوتونی تأثیرگذار باشد .همه محاسبات با استفاده از کدهای محاسباتی نوشته شده در نرم‌افزار ‮‭MATLAB‬ انجام یافته و نتایج حاصله در فصل سوم به تفصیل بیان شده است

Text of Note

Photonic crystals are periodic dielectric structures that are artificially constructed and in similarity to semiconductors, they have a forbiden frequency band region. The propagation of electromagnetic waves in this region, known as photonic band gap, is forbiden. As in conventional crystals, the potential of the lattice generates the allowed and forbiden energy bands for electrons in the system, in photonic crystals the periodicity of the dielectric materials also results in the creation of allowed and forbiden frequency regions for the propagation of light in these systems. The tunability of photonic band gap can provide new applications of photonic crystals in electro-optical devices and microwaves. To achieve this goal, diffrenet materials such as metals, metamaterials, plasma, superconductors and liquid crystals, as tunable refractive index materials, have been used in the structure of photonic crystals. Recently, graphene as a material with tunable dielectric function by external gate voltage, and interesting properties has also attracted the attention of researches. In this thesis two graphene-based one-dimensional photonic crystals have been designed and their photonic band structures have been calculated by using the Kronig-Penny method in the terahertz frequency region for both electric and magnetic polarizations. At first step, the photonic band structure of a one-dimensional photonic crystal made of alternating dielectric and graphene layers is calculated, then the photonic band structure of a one-dimensional photonic crystal made of alternating dielectric and multilayered dielectric-graphene is calculated. The main goal here is to create photonic band gaps and control their frequency width. Numerical results show that with the proper selection of the geometric parameters of the structure and its constituent materials (dielectric and graphene), in addition to graphene photonic band gap, due to the presence of graphene, we can also create a Bragg photonic band gap. Also, these photonic band gaps are tunable by controlling the graphene chemical potential through applynig external gate voltage. The results of calculations show that the variation of the graphene chemical potential lead to a significant changes in the width of these gaps. Also the effect of incident angle of light on photonic band structure of the aforementioned systems has been studied. The obtained results show that the incident angle can also affect the width of the photonic band gaps in some special conditions. All numerical calculations have been done with computational codes created in MATLAB software and the numerical results are presented in the third chapter

پورمحمود، وحید

رضائی، بهروز، استاد راهنما

عسگری، اصغر، استاد راهنما

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی