Study of surface plasmon polariton interaction with 2D discontinuities: Reflection and transmission
Yüzey plazmon polaritonlarının iki boyutlu süreksizliklerle etkileşiminin incelenmesi: Yansıma ve iletim
- Tez No: 730944
- Danışmanlar: PROF. DR. MUHAMMET İRŞADİ AKSUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 147
Özet
Yüzey plazmon polaritonları (SPP'ler), nanoteknoloji, iletişim ve yaşam bilimlerindeki olası uygulamaları nedeniyle son yıllarda kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Bu yüzey dalgalarının ışığı kırınım sınırının altına odaklayabilme özellikleri, plazmonik dalga kılavuzları ve nano-antenler gibi yeni nesil optik aygıtların üretilmesine olanak sağlamaktadır. Buna karşın, bu yapılarda bulunabilecek süreksizliklerin analizinde çoğunlukla tam ölçekli elektromanyetik çözümleyiciler kullanılmaktadır. Daha basit bir tasarım rotası sağlamak için, 20. yüzyılda mikrodalga devreleri için geliştirilenlere benzeyen, yaklaşık ancak verimli süreksizlik modellerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada, temel iki boyutlu süreksizliklerdeki SPP davranışı yaklaşık ve yarı analitik modeller aracılığı ile yansıma ve iletim katsayıları üzerinden incelenmiştir. Bu tezin ilk kısmı, iki boyutlu bir metalik yarı uzayın i) yalıtkan ve ii) metalik yarı düzlem süreksizlikler olarak iki olası basitleştirilmiş sonlandırması üzerine odaklanmaktadır: Plazmonik biliminin temelindeki elektromanyetik teorinin gözden geçirilmesinin ardından, bu sonlandırmalardaki SPP yansıma katsayıları, etkili ortam ve mod eşleştirme teknikleri ile türetilmiştir. Bu modellerin geçerliliği ve sınırları, mod açılımı yöntemi ile birlikte zamanda sonlu farklar (FDTD) simülasyonlarından elde edilen sonuçlarla karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Ayrıca ilgili süreksizliklerin karakteristik özellikleri, mikrodalga iletim hatlarındaki benzerleriyle ilişkilendirilmiştir. Bu tezin ikinci kısmı, basamak ve aralık tipi süreksizlikler dahil olmak üzere daha karmaşık geometrilerin yaklaşık modeller ve simülasyon verileri ile analizini içmektedir. Bu süreksizliklerin yansıma ve iletim katsayıları, bir mikrodalga ağ biçiminde ile bağlamsallaştırılmıştır. Bu bağlamsallaştırma ile küçük boyutlu süreksizliklerde SPP'lerin rezonansı hakkında detaylı sonuçlar elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Surface plasmon polaritons (SPPs) have been studied extensively in the past decades by virtue of their implications in nanotechnology, communications, and life sciences. Their ability to localize light beyond the limit of diffraction has given rise to different types of nano-optical devices, such as plasmonic waveguides and nano-antennas. In the analysis and design of discontinuities that may inevitably persist on such structures, complex computational tools such as full-scale electromagnetic solvers are mostly used. In order to provide a simpler design route, approximate yet efficient models, akin to the ones developed for microwave circuits in the 20th century, are needed. In this work, SPP behavior at canonical 2D discontinuities have been characterized by approximate and semi-analytical models, from which the reflection and transmission coefficients were derived. The first part of this thesis focuses on two possible simplified terminations of a 2D metallic half-space: i) dielectric and ii) metallic half-plane discontinuities. Following a review of electromagnetic theory behind plasmonics, SPP reflection coefficients from these terminations were derived through effective medium and mode-matching techniques. The validity and limits of these models were comparatively assessed through results obtained from finite-difference time-domain (FDTD) simulations in conjunction with the mode expansion method. The characteristic behavior of these terminations was associated with those of their counterparts in microwave transmission lines. The second part of this thesis involves the analysis of more complex geometries, including step and gap discontinuities, via approximate models and numerical results. The reflection and transmission coefficients of these discontinuities were contextualized within a microwave network formalism, which yielded intuitive results on the resonant behavior of SPPs at discontinuities with small dimensions.
Benzer Tezler
- Plazmonik ve opto-akışkan platformların teorik, hesaplamalı ve deneysel yöntemlerle incelenmesi
Theoretical, computational and experimental studies on plasmonic and optofluidic platforms
YAĞIZ MOROVA
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELÇUK AKTÜRK
- Strong and weak light-matter interactions in plasmonic and optical cavities
Plazmonik ve optik kavitelerde güçlü ve zayıf ışık madde etkileşimleri
NAHİT POLAT
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFotonik Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN BALCI
- Enhancement of plasmonic nonlinear conversion and polarization lifetime via fano resonances
Doğrusal olmayan plazmonik çevirim ve polarizasyon yaşam süresinin fano rezonaslar ile güçlendirilmesi
BİLGE CAN YILDIZ KARAKUL
Doktora
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPAN BEK
DOÇ. DR. MEHMET EMRE TAŞGIN
- Plasmonic stripe waveguide coupler with integrated wavelength division multiplexer
Dalga boyu çözücü ile tümleşik plazmonik dalga kılavuzu kip eşleştirici
ONGUN ARISEV
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ŞÜKRÜ EKİN KOCABAŞ
- Quantum control of hyperbolic metamaterials
Hiperbolik metamalzemelerde kuantum kontrolu
ONUR DANACI
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜR ESAT MÜSTECAPLIOĞLU