عنوان

مطالعه پارامترهای فیزیکی موثر بر اثر گوس-هانچن در نانوترکیبات خطی و غیرخطی,‮‭Study of the Effective Physical Parameters on the Goos-Hanchen Effect in the Linear and Nonlinear Nano-composites‬

Number

‭۲۱۷۳۶پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

مطالعه پارامترهای فیزیکی موثر بر اثر گوس-هانچن در نانوترکیبات خطی و غیرخطی

Parallel Title Proper

‮‭Study of the Effective Physical Parameters on the Goos-Hanchen Effect in the Linear and Nonlinear Nano-composites‬

First Statement of Responsibility

/الهام نوروزی افشار

Name of Publisher, Distributor, etc.

: فیزیک

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۷‬

Name of Manufacturer

، میرزائی

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۹۸‬ص‬

Text of Note

چاپی - الکترونیکی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

فیزیک گرایش اتمی و مولکولی(اپتیک و لیزر)

Date of degree

‮‭۱۳۹۸/۰۶/۱۶‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

نانوذرات فلزی نجیب واقع در یک محیط دی‌الکتریک به علت داشتن خواص نوری ویژه خطی و غیرخطی همواره مورد توجه قرار گرفته‌صاند .این خواص ویژه، ناشی از تشدید پلاسمون‌صهای سطحی به علت محدود شدن فلز در ابعاد نانو است که منجر به جذب شدید نور حوالی بسامدی تحت عنوان بسامد تشدید پلاسمای سطح می‌شود .تشدید پلاسمونهای سطحی وابسته به عواملی نظیر اندازه، شکل، غلظت و هم‌چنین توزیع فضایی نانوذرات ، تابع دی‌الکتریک فلز و خواص محیط احاطه‌کننده است .از جمله کاربردهای مهم نانوترکیبات فلزدی الکتریک می‌صتوان به تنظیم طول موج مورد نیاز در سوپرلنزها با تنظیم کسرپرشدگی نانوذرات، اشاره کرد .اثر گوس-هانچن عبارت است از جابجایی جانبی پرتو نوری در بازتاب داخلی کلی، نسبت به مسیری که توسط اپتیک هندسی پیش‌صبینی می‌شود و این اثر در سطح جدایی بین دو محیط ایجاد می‌شود .در این رساله، به مطالعه اثر گوس- هانچن وابسته به دما در نانوترکیبهای فلز-دی‌الکتریک شامل نانوذرات غیرکروی فلزی خطی و غیرخطی با استفاده از مدل نظری پرداخته شده است .ابتدا، با در نظر گرفتن تقریب شبه‌صاستاتیک و نظریه ماده مؤثر یک نانوترکیب خطی مورد مطالعه قرار گرفت .در تقریب براگ‌صمن، تأثیر عوامل فیزیکی مختلف نظیر کسرحجمی، شکل نانوذرات، زاویه تابش و دما بر جابجایی گوس‌هانچن بررسی شده است .نشان داده ایم که در نانوترکیبهای دارای رفتار دی‌صالکتریک که با استفاده از تنظیم طول صموج نور تابشی در ناحیه طیف مرئی و در کسرحجمی معین حاصل می‌صشود، افزایش دما سبب افزایش مقدار جابجایی گوس-هانچن در زاویه شبه‌صبروستر می‌صشود .بعلاوه، تغییر علامت اثرگوس‌صهانچن از مقادیر با علامت مثبت به مقادیر با علامت منفی با اعمال افزایش دما در برخی زوایای تابشی امکان‌صپذیر است و بهینه‌صسازی نتایج این اثر می‌صتواند در کلیدصزنی وسایل اپتیکی که شامل نانوترکیبات فلز-دی‌صالکتریک است، استفاده شود .اثر تغییر شکل نانوذرات شبه‌صبیضوی با استفاده از تغییر عامل واقطبیدگی در نانوترکیب اعمال شد .نتایج نشان داد که امکان جاصبجایی‌صصهای بزرگ گوس-هانچن در برخی از نانوذرات شبه‌صبیضوی فلزی با مقادیر ویژه‌صصای ازعامل واقطبیدگی و کسرحجمی در دماهای بالا امکان‌صپذیر است .در بخش دوم رساله، نانوترکیب متشکل از نانوذرات فلزی غیرخطی شبه‌صبیضوی و نانوذرات دی‌صالکتریک خطی شبه‌صبیضوی در نظر گرفته شده و اثر دما بر جابجایی گوس‌صهانچن در نانوترکیب غیرخطی در محدوده طول موج‌صهای مرئی بررسی شده است .ابتدا، تاثیر عوامل فیزیکی نظیر شکل نانوذرات، جنس ماده دی‌صالکتریک، کسرحجمی و ضریب غیرخطیت بر رفتار دوپایایی مورد مطالعه قرار گرفت .برای محاسبه تابع دی-الکتریک موثر، از نظریه ماده موثر و تقریب شبه‌صاستاتیک استفاده شده و جابجایی گوس-هانچن با استفاده از روش فاز اینستا بررسی شده است .وابستگی دمایی جابجایی گوس‌ص‍-هانچن از طریق وابستگی دمایی ضریب گذردهی الکتریکی غیرخطی نانوذره فلزی به دما ایجاد می‌صشود .محاسبات عددی نشان می‌صدهند که علاوه بر مقدار جابجایی گوس-هانچن، آستانه‌صصهای پایین و بالای دوپایایی گوس-هانچن با افزایش دما تغییر می‌صکند .بطوریکه پهنای دوپایایی، اختلاف آستانه‌صهای بالا و پایین دوپایایی می‌صتواند توسط عامل دما تنظیم گردد .محاسبات نشان می‌صدهد که در این نانوترکیب غیرخطی در دماهای بالا، جابجایی گوس-هانچن از مقادیر مثبت به منفی کلید زده می‌صشود .همچنین در ادامه، وابستگی دوپایایی نوری به کسر حجمی نانوذرات و عامل واقطبیدگی) که نشانگر شکل ذرات است (بحث شده است .در خاتمه، تاثیر طول موج و شدت نور فرودی بر جابجایی گوس-هانچن را گزارش کرده ایم .بهینه‌صسازی نتایج حاصل از این رساله، می‌صتواند در طراحی ابزارهای مبتنی بر کلیدزنی اپتیکی شامل نانوذرات فلز-دی‌صصالکتریک مورد استفاده قرار بگیرد

Text of Note

Metal-dielectric nanocomposites consisting of noble metal nanoparticles in a dielectric medium have received much attention because of their peculiar optical properties in the linear and nonlinear optics. These peculiar properties of nanocomposites are mainly dominated by the surface plasmon resonance of the free electrons due to the confinement of the metal nanoparticles in the nano-scale size which leads to the absorption of the light in frequencies around the surface plasmon resonance frequency. Surface plasmon resonance is the resonant oscillation of conduction electrons at the interface between negative permittivity medium like metal and the positive permittivity material by incident light and depends on a large number of the parameters, like the size, shape, distribution of the metallic inclusions, the nature of dielectric medium and the permittivity of the metal. Excitation of the surface plasmon in the metal-dielectric nanocomposites leads to some special optical properties which is hardly achievable in the other optical materials. Metal-dielectric nanocomposites possess variable permittivity, so they have been received increasing attention among different structures. These nanostructures are being used to in the tuning of wavelength in superlenses with adjustment the volume fraction.The Goos-Hanchen (GH) shift refers to the lateral shift of an optical beam deviated from the position predicted by geometrical optics when a light beam is totally reflected at a dielectric interface. In this thesis, the temperature-dependent GH shift in metal-dielectric nanocomposites with non-spherical linear and non-linear metal nano-particles are investigated. First, we used the effective medium approximation in the quasi-state regime to calculate the effective permittivity of a nanocomposite (_eff) and the stationary phase method is utilized to investigate the GH shifts. Using Bruggman theory for numerical results, the impact of the change of the different physical parameters like the volume fraction, the shape of nanoparticles, the incident angle and the temperature of the nanoparticles is studied. The results can lead us to determine the conditions for realizing the dielectric or metallic behavior of nanocomposite which are dependent on the incident wavelength in the visible range and the volume fraction of structures. The GH shift at elevated temperatures in pseudo-Brewster angle is more negative than the GH shift at room temperature for nanocomposite with dielectric behavior. In addition to, it is possible to obtain a transition from negative to positive GH shift just by increasing the temperature in a given incident angle. The impact of the change in the shape of the spheroidal nanoparticles is simulated by the depolarization factor. The results show that, there is a large GH shift in some depolarization factors with low volume fractions in the high temperatures. In this part of thesis, the temperature-dependent GH shift of the nonlinear nanocomposites made of the ellipsoidal nonlinear metal nanoparticles and ellipsoidal dielectric nanoparticles is investigated theoretically in the range of the visible wavelengths. First, the impact of different physical parameters like the shape of nanoparticles, the dielectric medium, the volume fraction and the nonlinear coefficient on the nonlinear response are investigate. We used again the effective medium approximation in the quasi-static regime to calculate the effective permittivity of a composite and the stationary phase method is utilized to investigate the GH shifts. The temperature impact on the GH shift is explained by the temperature-dependent permittivity of nonlinear metal nanoparticles. Our numerical analysis revealed that in addition to the magnitude of the GH shift, the lower and upper threshold of the GH bistability as a nonlinear response will be affected by a temperature increment. So that, the width of the bistability, i.e., the difference between the low and high threshold of bistability, can be tuned by temperature Numerical calculations show that the GH shift can be switched from positive to negative values in high temperatures for a given physical parameters. Moreover, the occurrence of optical bistability as a function of the volume fraction of nanoparticles and depolarization factor (indicating the shape of nanoparticles) are discussed. Finally, the influence of the wavelength and intensity of the incident light on the nonlinear GH shift is presented. Optimizing the results of this thesis may be practically utilized in the designing of optical switching- based devices including metal-dielectric nanocomposites

Parallel Title

‮‭Study of the Effective Physical Parameters on the Goos-Hanchen Effect in the Linear and Nonlinear Nano-composites‬

نوروزی افشار، الهام

Norrouzi Afshar, Elham

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی