عنوان

مطالعه ی جذب مواد تغییر فاز بازآرایی پذیر تلفیق شده با چندلایه های کر غیرخطی

شماره

پ۲۶۱۷۹

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

مطالعه ی جذب مواد تغییر فاز بازآرایی پذیر تلفیق شده با چندلایه های کر غیرخطی

نام نخستين پديدآور

شیوا رشیدی

نام ناشر، پخش کننده و غيره

فیزیک

تاریخ نشرو بخش و غیره

۱۴۰۰

نام خاص و کميت اثر

۸۵ص.

مواد همراه اثر

سی دی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

کارشناسی ارشد

نظم درجات

فیزیک اتمی و مولکولی

زمان اعطا مدرک

۱۴۰۰/۱۱/۱۳

متن يادداشت

تحقیقات در مورد رفتارهای نوری مواد از اهمیت بسیاری برخوردار است زیرا می¬تواند ما را به جستجوی مواد جدید با ویژگی¬های خاص برای طراحی دستگاه¬های فوتونیکی سوق دهد. مواد فعال مانند مواد تغییر فاز به دلیل تغییرات قابل توجه در خواص الکتریکی و نوری که با تغییر حالت¬های ساختاری ایجاد می¬شوند، بسیار مورد توجه هستند. ویژگی¬های مهمی مانند قابلیت پیکربندی مجدد، امکان سازگاری با مواد نیمرسانای معمول و امکان سنتز به اشکال مختلف از فیلم-های لایه¬ای گرفته تا نانو ذرات، آن¬ها را در مقایسه با سایر مواد، کاندید مناسبی برای ابزارهای اپتوالکترونیکی فعال کوک¬پذیر مانند سنسورها و جاذب¬ها می¬سازد. از طرف دیگر، استفاده از مواد نوری غیرخطی امکان دست¬یابی به ابزارهایی را می¬دهد که توسط خود نور هدایت می¬شوند؛ مانند جفت کننده¬های تک¬سویه و دیودهای نوری. با الهام از این خواص، در این رساله با ادغام مواد غیرخطی از نوع کِر با مواد تغییر فاز به مطالعه¬ی پاسخ نوری در ساختارهای لایه¬ای پرداخته می-شود. در مرحله¬ی اول، با قرار دادن لایه¬ی کامپوزیتی از نانوذرات هسته-پوسته¬ی مبتنی بر VO2 در چندلایه¬های غیرخطی یک بعدی، جذب نوری در ناحیه¬ی طیفی مادون قرمز نزدیک را مورد بحث قرار می¬دهیم. در نتیجه¬ی بهینه سازی پارامترها در می¬یابیم که گذار فاز نیمرسانا به فلزی نانوذرات بسیار نازک (ضخیم) VO2 با کسرهای حجمی 01/0 (001/0) می¬تواند منجر به جذب افزایش یافته¬ی چند مدی در سیستم پیشنهادی شود. با این¬حال، افزایش شدت موج تابشی به دلیل پاسخ غیرخطی دی الکتریک¬های کر، طول موج های تشدید را خم می¬کند. هنگامی که نور فرودی به خوبی در طول موج غیرتشدیدی مناسب تنظیم شود، تباین جذب بین جهت¬های تابشی راست-رو و چپ¬رو در برخی از محدوده‌های شدت، به دلیل اثر غیرخطی کر، افزایش می‌یابد. همچنین، امکان حصول جذب دوپایای S شکل نیز وجود دارد. این ویژگی‌ها، سیستم پیشنهادی را برای طراحی دیودها و یا ایزولاتورهای جذبی مادون قرمز نزدیک مناسب می‌سازد. در مرحله¬ی بعد، با جای دادن ماده¬ی تغییر فاز GST در ساختار تناوبی غیرخطی نامتقارن، مشخصه¬های جذب مورد بررسی قرار می¬گیرد. ساختار پیشنهادی با لیزر پمپ پیوسته موج روشن می¬شود که باعث تولید گرما در داخل لایه¬ی GST می¬گردد. به عبارتی در اینجا با یک مسئله¬ی چند فیزیکی شامل الکترومغناطیس و انتقال گرما مواجهیم که بایستی همزمان حل شوند. نتایج نشانگر این است که در شدت¬های به حد کافی بالا، GST تغییر فاز از آمورف به بلورین را تجربه می¬کند که منجر به تغییر جذب نوری ساختار به شکل یک منحنی پله گونه می¬گردد. جالب اینکه با افزایش بیشتر شدت، حتی امکان تغییر جذب به مقدار قبلی (فاز آمورف)، بدون انتقال فاز وارون GST فراهم می¬شود. بعلاوه، اثر غیرخطی منجر به خم شدگی طول موج تشدید و جذب دوپایا در ساختار می¬شود که در کاربردهای سوئیچ¬زنی نوری مفید می¬باشند. همچنین، با تغییر جهت تابش نور فرودی بر ساختار، مقدار جذب را می¬توان از 0.6 به 0.1 و بالعکس تغییر داد. در واقع، با تنظیم مناسب پارامترها، ساختار پیشنهادی را می¬توان در کاربردهای کاملاً متقابل یعنی جاذب و تقریبا شفاف بکار برد. به این ترتیب، شدت نور لیزر به عنوان فاکتور اصلی با تغییر حالت ماده¬ی تغییر فاز و نیز تحریک اثر غیرخطی در مواد کر، نقش مهمی را در کوک¬پذیری پاسخ نوری ساختار ایفا می¬کند

متن يادداشت

Investigations on optical behaviors of materials are of great importance because it can lead us to look for new materials with specific properties for designing photonic devices. Active materials such as phase change materials are highly desirable due to the significant changes in the electric and optical properties caused by changing structures states. Compared to other materials, important features such as reconfigurability, compatibility with conventional semiconductors, and possibility to synthesize in various shapes from layered films to nanoparticles, make them an appropriate candidate for tunable active optoelectronic devices such as sensors and absorbers. On the other hand, the use of optical nonlinearities allows to achieve tunable devices driven by the light itself; For example, unidirectional couplers and optical diodes. Inspired by these features, in this thesis, the optical responses of layered structures are studied by integrating the Kerr-type nonlinear materials with phase-change materials. At first stage, we discuss the near-infrared absorption of light by inserting a composite layer made from VO2-based core-shell nanoparticles in a one-dimensional nonlinear multilayer. As a consequence of parameter optimization, it is found that semiconductor-to-metallic reconfiguring of relatively thin (thick) VO2 nanoinclusions with volume fractions of 0.01 (0.001) can yield the multimode enhanced absorption of the proposed system. However, increasing intensity of the incident wave bends the resonant wavelengths due to the NL response of Kerr dielectrics. When the incident light is well set up for an appropriate non-resonant wavelength, the absorption contrast between two directions of incidence enhances in some ranges of intensities due to the NL Kerr effect. There is also the possibility of reaching S-shaped bistable absorption. These features make the modeled system suitable for designing near-infrared absorptive diodes or isolators. In the next stage, the absorption characteristics are investigated by placing GST phase-change material in an asymmetric nonlinear periodic structure. The proposed structure is illuminated by a continuous wave pump laser, resulting in heat generation within the GST layer. In other words, we are dealing with a multiphysics problem containing electromagnetism and heat transfer, which needs to be solved simultaneously. The results indicate that at sufficiently high intensities, GST experiences a phase transition from amorphous to crystalline, leading to a change in the optical absorption of the structure in the form of a step-like curve. Interestingly, by further increasing in the intensity, it is possible to change the absorption value of the structure to the previous one (the amorphous phase), even without the inverse phase transition of GST. Moreover, the nonlinear effect leads to the resonance wavelength bending and bistable absorption in the structure, which are useful in optical switching applications. Also, changing the direction of incident light varies the absorption value from 0.6 to 0.1 and vice versa. Indeed, the structure is capable of being used in completely contrary applications i.e., absorbers and nearly transparent, by the appropriate tuning of the parameters. Consequently, the intensity of laser light plays an important role in tuning of the optical response of the structure via changing the state of the phase change material and also exciting the nonlinear effect in the Kerr materials.

عنوان گونه گون

Study of absorption of reconfigured phase-change materials integrated with nonlinear Kerr multilayers

عنصر شناسه اي

‏رشیدی،

ساير عناصر نام

‏‏شیوا

کد نقش

تهيه کننده

عنصر شناسه اي

‏روشن انتظار،

عنصر شناسه اي

‏رشیدی،

ساير عناصر نام

‏صمد

ساير عناصر نام

آرزو

تاريخ

استاد راهنما

تاريخ

استاد مشاور

عنصر شناسه اي

‏ تبریز