تبریز: دانشگاه تبریز، دانشکده فیزیک، گروه حالت جامد و الکترونیک
PHYSICAL DESCRIPTION
Specific Material Designation and Extent of Item
۱۴۳ص
NOTES PERTAINING TO PUBLICATION, DISTRIBUTION, ETC.
Text of Note
چاپی
DISSERTATION (THESIS) NOTE
Dissertation or thesis details and type of degree
کارشناسی ارشد
Discipline of degree
فیزیک
Date of degree
۱۳۹۰/۰۶/۲۵
Body granting the degree
تبریز: دانشگاه تبریز، دانشکده فیزیک، گروه حالت جامد و الکترونیک
SUMMARY OR ABSTRACT
Text of Note
بلورهای فوتونی، ساختارهایی مصنوعی از مواد دیصالکتریک با ضرایب شکست متناوب میباشند که در ابعاد یک، دو و سه بعدی ساخته میصشوند .انتشار امواج الکترومغناطیسی در بلورهای فوتونی، ساختارهای نواری ایجاد میصکند که از مشخصههای بلور بوده و شامل نوارهای فرکانسی مجاز و ممنوعه میباشد .با ایجاد نقص خطی در بلور، مد یا مدهای فرکانسی در نوار ممنوعه ایجاد میشود که مد موجبری نامیده میشوند به این معنی که اگر فوتونی با این فرکانس به بلور تابانده شود، بصورت یک مد جایگزیده با اتلاف پایین از بلور عبور میکند .ساخت بلورهای فوتونی که بتوان در آن، موقعیت مدهای موجبری را از طریق عوامل خارجی مانند میدان الکتریکی تغییر داد، میصتواند در ساخت قطعات گوناگونی از جمله موجبرهای تنظیمپذیر به کار رود .برای ایجاد این ویژگی، که موقعیت مدهای موجبری بعد از ساخت بلور فوتونی قابل تنظیم باشد، میتوان در ساخت اجزای بلور، از بلور مایع استفاده کرد .بلور مایع جزو مواد ناهمسانگرد بوده که ثابت دیصالکتریک آن بصورت تانسوری میصباشد و تحت تاثیر عوامل خارجی مانند میدان الکتریکی تغییر میکند .در این پایانصنامه به منظور تنظیمپذیری الکتریکی مدهای موجبری، از بلورهای فوتونی دو بعدی با شبکه های مربعی و مثلثی ساخته شده از حفرههای هوا در زمینه آلومینا استفاده شده است که یک ردیف از حفرهصهای هوا توسط بلور مایع نماتیک پر شدهصاند .مشخصه عمومی بلور مایع نماتیک، بردارهای راهنما میباشد که بطور غیر یکنواخت در بلور مایع توزیع یافتهصاند و جهت گیری آنها با اعمال ولتاژ خارجی تغییر میکند .چگونگی توزیع جهت گیری بردارهای راهنما، از کمینه کردن انرژی آزاد کل سیستم بدست میآید که در نهایت به معادله اویلر-لاگرانژ منجر شده و از طریق محاسبات عددی و به روش شوتینگ بدست میآید .برای بررسی ساختار نواری و پاشندگی موجبری سیستم مورد نظر از روش ابر سلول که بر پایه روش بسط موج تخت میباشد استفاده شده است که به حالتی که بلور فوتونی شامل مواد ناهمسانگردی چون بلور مایع باشد، تعمیم یافته است .نتایج محاسبات نشان میدهد که در شبکه مربعی با افزایش میدان الکتریکی خارجی بر روی بلور مایع، موقعیت مدهای موجبری TE به سمت فرکانسهای بالاتر و موقعیت مدهای موجبری TM به سمت فرکانس های پایین تر جابهجا میصشود .همچنین گستره تنظیمپذیری مدهای TE کمتر از مدهای TM میباشد .همچنین در مورد مدهای TE در شبکه مثلثی دیده شد که به ازای هر مقدار از کمیت میدان الکتریکی، دو مد موجبری ایجاد میشود که با افزایش میدان الکتریکی به سمت فرکانسهای بالاتر سوق مییابند.
Text of Note
Photonic crystals are artificially made of dielectric one, two or three dimensional materials with different alternating diffraction indexes. Transmission of electromagnetic waves into the photonic crystals develops band structures including allowed and forbidden frequencies which correspond to the characteristics of the crystals. If a linear defect is introduced in the crystal, frequency modes are established in the forbidden bands, termed as waveguide modes. If a photon is radiated through the crystal, it can be transmitted throughout or absorbed as a localized mode with low loss. Fabrication of photonic crystals in which waveguide modes can be externally manipulated, e.g. application of an electrical field, is useful in many applications such as tunable waveguide devices. In order to achieve tunable waveguide modes, liquid crystals are used in the crystal substructure. The liquid crystals are materials with anisotropic behavior that have a dielectric constant as a tensor and are influenced by external electrical field. In this thesis, two dimensional photonic crystals with squared and triangle lattices were considered to obtain tunability of the waveguide modes. The photonic crystals comprise air pores embedded in alumina matrix in which one or more linear alignments of pore were filled with nematic liquid crystal. The general characteristic of the nematic liquid crystal is director, non-uniformly distributed across the photonic crystal. The direction of the directors varies with the applied electrical field. By minimizing the total free energy, distribution of directors in respect to applied electrical field is determined, leading to derive Euler-lagrange equation using shooting method. Super-cell method based on plan wave expansion method was employed to study the band structure and dispersion of waveguides in the photonic crystals with anisotropic liquid constituents. Results show that under the application of electrical field, the position of TE and TM waveguide modes in square lattice is shifted to higher and lower frequencies, respectively. Furthermore, tunability range of TM modes is wider than that of TE modes. Also there is two waveguide modes per certain quality of electric filed in triangle lattice that the position of TE waveguide modes is shifted to higher frequencies.