Loading...

Analysis and Design of Optical Devices by Colloidal Nano-Structures

Nekuee, Amir Hossein | 2016

2656 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 48312 (05)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Electrical Engineering
  6. Advisor(s): Akbari, Mahmood
  7. Abstract:
  8. The colloidal crystals are formed of spherical particles and can be fabricated using simple and low-cost chemical methods. Optical properties of colloidal crystals should be recognized properly in order to design optical devices based on these nano-structures. Reflection and transmission coefficients of these multilayer structures are very important for understanding their properties. Semi-analytical methods like Fourier Modal method (FMM) can be very useful to obtain their reflection and transmission properties of these multilayer structures. In this thesis, we try to implement Matched Coordinate (MC) and Adaptive Spatial Resolution (ASR) techniques in the FMM. These techniques increase convergence rate and the accuracy of numerical results in the analysis of two-dimensional colloidal crystals especially hybrid colloidal crystals.In the following, guided modes of two-dimensional colloidal structures are extracted using phase changes of transmission and reflection coefficients and then band structures of these structures and their inverse replica are obtained. The existence of band gap for odd or even modes in these structures is very important. These gaps confine guided modes in the horizontal plane while the control of light in the vertical direction is done by the principle of total internal reflection. Therefore by these structures we can made waveguides that control light in three-dimensions.Hybrid colloidal crystals that are made of colloidal particles and a material with plasmonic properties can be important in optical devices. Graphene is one of these materials that due to its unique properties, has been highly interested. In this thesis, by modelling the graphene as a surface conductivity, FMM formulation is modified in such a way that Fourier factorization rules have been applied correctly. This new formulation greatly reduce the computational cost and running time. This formulation can be used in the analysis of hybrid colloidal structures that are designed by graphene such as broadband absorbers.Hybrid colloidal crystals can be fabricated by combining the colloidal crystals and the metasurfaces.In this chapter new boundary conditions using the susceptibility distribution of the metasurafce are introduced such that without solving any eigenvalue equation the characteristics of the metasurface such as reflection, transmission and absorption can be calculated easily. Correct Fourier factorization rules are also applied in the proposed boundary conditions that increase the convergence rate of this method in comparison with the previous works. This formalism can be used in the analysis of hybrid colloidal structures that are made by metasurfaces
  9. Keywords:
  10. Semi-Analytical Solution ; Reflection Coefficient ; Colloidal Crystals ; Fourier Factorization ; Phase Variations ; Diffracted Orders

 Digital Object List

 Bookmark

  • مقدمه
    • بلورهای فوتونی
    • بلورهای فوتونی با استفاده از آرایه های کلوئیدی
      • ایجاد نقص در بلورهای کلوئیدی
      • ساختارهای کلوئیدی پلاسمونی
    • نتیجه گیری و اهداف این رساله
  • توسعه روش FMM بر مبنای شیوه MC برای تحلیل ساختارهای کلوئیدی
    • مقدمه ای بر روش FMM
    • پیاده سازی شیوه MC در روش FMM
      • حالت خاص پیاده سازی MC در روش FMM
    • تغییر مختصات برای شبکه ی مربعی از استوانه ها
    • تغییر مختصات برای شبکه ی مثلثی از استوانه ها
      • تغییر مختصات پیشنهادی برای شبکه ی مثلثی از استوانه ها
    • نتیجه گیری
  • به دست آوردن ساختار نواری باند
    • روش قطب بازتاب
    • به دست آوردن ساختار باند شبکه های مربعی
      • تشخیص مودهای شبه TE (زوج) و شبه TM (فرد) در شبکه های مربعی
      • ساختار نواری باند محاسبه شده
    • به دست آوردن ساختار باند شبکه های مثلثی
      • استخراج مودهای هدایت شده
      • مرز پایین مخروط نوری
      • تشخیص مودهای شبه TE (زوج) و شبه TM (فرد) در شبکه های مثلثی
      • ساختار نواری باند محاسبه شده
    • نتیجه گیری
  • تحلیل ساختارهای دوبعدی متناوب گرافین
    • مقدمه ای بر گرافین
    • فرمول بندی FMM
      • اعمال شرایط مرزی میدان الکتریکی
      • اعمال شرایط مرزی میدان مغناطیسی
    • محاسبه منحنی جذب ساختارهای متناوب گرافین
    • نتیجه گیری
  • تحلیل فراسطوح
    • مقدمه ای بر فراسطوح
    • تحلیل فراسطوح بر اساس تئوری سطح پراش
      • شرط مرزی میدان مغناطیسی
      • شرط مرزی میدان الکتریکی
      • شکل نهایی معادله ماتریسی
    • روش پیشنهادی در تحلیل فراسطوح
      • بسط رایلی در نواحی همگن
      • شرط مرزی مؤلفه مماسی میدان مغناطیسی
      • شرط مرزی مؤلفه مماسی میدان الکتریکی
      • معادله ماتریسی نهایی
    • نتایج عددی
    • نتیجه گیری
  • نتیجه گیری و کارهای پیشنهادی
    • تغییر مختصات و تکنیک MC در روش FMM
    • بدست آوردن مود در ساختارهای کلوئیدی همراه با نقص
    • ساختارهای کلوئیدی دورگه
  • روش FMM برای تحلیل پراشه های دوبعدی متناوب
    • قواعد فاکتورگیری فوریه
    • تحلیل ساختارهای چند لایه با روش FMM
      • اعمال قواعد فاکتورگیری فوریه در لایه دوبعدی متناوب
      • بسط رایلی در نواحی همگن
      • محاسبه بازدهی های تفرق
...see more