Tên luận án:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CẤU TRÚC TINH THỂ QUANG TỬ 1D VÀ 2D ỨNG DỤNG CHO LINH KIỆN LƯỠNG TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH
Ngành:
Vật liệu Quang học, Quang điện tử và Quang tử
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án tập trung nghiên cứu, thiết kế cấu trúc tinh thể quang tử (PhCs) 1D và 2D để ứng dụng trong các linh kiện lưỡng trạng thái quang ổn định. Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu về các linh kiện quang tử và quang-điện tử cấu trúc micro/nano hiệu suất cao, giá thành rẻ, và tiêu thụ năng lượng thấp, với hai phương pháp tiếp cận chính là sử dụng cấu trúc mới và vật liệu tiên tiến. Luận án đi sâu vào việc sử dụng các cấu trúc nhân tạo (PhCs) cho vật liệu và linh kiện quang tử, ứng dụng trong lĩnh vực thông tin, truyền thông và xử lý quang học.
Mục tiêu chính của luận án là xây dựng mô hình vật lý, đề xuất cấu trúc, tính toán và mô phỏng linh kiện lưỡng trạng thái quang ổn định sử dụng PhCs 1D và 2D. Nghiên cứu tập trung vào việc xác định các tham số tối ưu của cấu trúc PhCs nhằm đạt được hệ số phẩm chất Q cao, cường độ quang cho chuyển mạch thấp và thời gian chuyển mạch nhanh.
Các nội dung nghiên cứu chính và kết quả đạt được bao gồm:
- Thiết kế và khảo sát đặc trưng của linh kiện quang sử dụng cấu trúc PhCs 1D và 2D thông qua tính toán lý thuyết và mô phỏng bằng phương pháp đạo hàm hữu hạn trong miền thời gian (FDTD).
- Tối ưu hóa các tham số cấu trúc và phổ cộng hưởng của cấu trúc cách tử dẫn sóng đơn, góp phần tăng hệ số phẩm chất Q và giảm cường độ quang đầu vào cho chuyển mạch. Cụ thể, cấu trúc cách tử dẫn sóng kết hợp với màng mỏng kim loại đã tăng hệ số phẩm chất Q và tạo hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt. Cấu trúc ghép hai cách tử dẫn sóng thay đổi phổ cộng hưởng từ dạng Lorentzian đối xứng sang Fano bất đối xứng, hữu ích cho chuyển mạch. Cấu trúc cách tử dẫn sóng đa lớp cũng cho phổ Fano bất đối xứng và hệ số phẩm chất Q tăng khi số cặp lớp tăng.
- Xác định các đặc trưng lưỡng trạng thái quang ổn định của các cấu trúc đã tối ưu. Nhờ tăng cường phản xạ của màng mỏng kim loại, cường độ quang đầu vào cho chuyển mạch giảm 45 lần và hệ số phẩm chất Q tăng 5,56 lần. Đối với cấu trúc ghép hai cách tử, cường độ chuyển mạch giảm 648,7 lần khi hệ số phẩm chất Q tăng gấp 4 lần.
- Thiết kế các cấu trúc gồm kênh dẫn sóng và buồng cộng hưởng dạng khe hẹp sử dụng PhCs 2D trên nền vật liệu Silicon Organic Hybrid (SOH), cho thấy hệ số phẩm chất Q càng lớn khi ghép nối nhiều buồng cộng hưởng và kênh dẫn sóng.
Luận án này được đánh giá là một công trình tiên phong tại Việt Nam về nghiên cứu tính toán, mô phỏng linh kiện lưỡng trạng thái quang ổn định sử dụng cấu trúc PhCs 1D và 2D, đóng góp vào việc nâng cao tính học thuật trong nghiên cứu cơ bản trình độ cao.
Mục lục chi tiết:
- Chương 1. Tổng quan.
- Chương 2. Phương pháp tính toán và mô phỏng.
- Chương 3. Tối ưu hóa hệ số phẩm chất và phổ cộng hưởng của cấu trúc cách tử dẫn sóng.
- Chương 4. Lưỡng trạng thái quang ổn định trong cấu trúc cách tử dẫn sóng.
- Chương 5. Lưỡng trạng thái quang ổn định dựa trên sự tương tác giữa cộng hưởng và dẫn sóng khe hẹp trong cấu trúc tinh thể quang tử hai chiều.