Luận án Nghiên cứu thiết kế, mô phỏng và khảo sát hoạt động của một số kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ KÊNH DẪN SÓNG PLASMONIC DẠNG NÊM

Ngành:

Khoa học vật liệu

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "Nghiên cứu thiết kế, mô phỏng và khảo sát hoạt động của một số kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm" tập trung vào việc thiết kế, mô phỏng và khảo sát hoạt động của các kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm. Mục tiêu chính bao gồm đạt được thiết kế tối ưu cho kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm với độ nhám bề mặt thấp thông qua công nghệ vi cơ khối ướt, tăng cường khoảng cách truyền của kênh dựa trên giao diện điện môi/kim loại và kim loại/kim loại cải tiến, thiết kế kênh dẫn sóng plasmonic lai để cải thiện suy hao truyền đồng thời giữ diện tích mode nhỏ, và phát triển các kênh dẫn sóng lai tùy biến cho linh kiện quang tử đa chức năng.

Về mặt khoa học, luận án đóng góp vào việc giảm suy hao truyền do tán sắc bề mặt, lựa chọn vật liệu và thiết kế cấu trúc kênh dẫn sóng plasmon cải tiến. Về mặt thực tiễn, các kênh dẫn sóng đơn được phát triển có thể ứng dụng trong cảm biến quang, còn các kênh dẫn sóng lai có tiềm năng phát triển linh kiện quang đa chức năng như bộ điều biến cường độ và truyền thông tin quang tốc độ cao. Tính mới của luận án thể hiện ở việc đưa ra cấu trúc tối ưu cho kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm đơn, các cấu trúc giao diện tăng cường dẫn sóng plasmon bề mặt, hướng khắc phục suy hao truyền trong kênh dẫn sóng với diện tích mode nhỏ, và đề xuất các cấu trúc kênh dẫn sóng lai tùy biến.

Các kết quả chính cho thấy kênh dẫn sóng plasmonic đơn hoạt động tối ưu với góc mặt bên khoảng 60°, đạt chiều dài truyền 400 µm và diện tích mode λ²/10³ khi dùng Ag. Việc phủ lớp oxit hoặc kim loại trơ lên Ag có thể tăng chiều dài truyền lên gấp 4 lần. Luận án cũng đề xuất thành công các kênh dẫn sóng plasmonic lai với suy hao truyền thấp, khoảng cách truyền đạt tỷ lệ cm và diện tích mode rất nhỏ (λ²/10⁵), đồng thời khảo sát các yếu tố ảnh hưởng từ sai số chế tạo. Đặc biệt, các kênh dẫn sóng lai tùy biến được phát triển, với cơ chế điều khiển chiết suất của kênh điện môi thể hiện ưu việt, cho phép điều biến khoảng cách truyền tới hơn 100% mà không làm thay đổi diện tích mode. Cơ chế này có thể thực hiện bằng chấp hành tĩnh điện với tốc độ nhanh và công suất thấp.

Mục lục chi tiết:

• Mở đầu
• Chương 1: Tổng quan
• Chương 2: Cơ sở lý thuyết mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn
• Chương 3: Kênh dẫn sóng plasmonic dạng nêm dựa trên ăn mòn dị hướng ướt
• Chương 4: Kênh dẫn sóng plasmonic lai
• Chương 5: Kênh dẫn sóng plasmonic lai tùy biến
• Kết luận: Trình bày tóm lược những kết quả chính của luận án.