Loading...

Analysis of High-Tc Superconducting Plasmonic Waveguides

Vahedi, Zeinab | 2018

1367 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 50787 (05)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Electrical Engineering
  6. Advisor(s): Rejaei, Behzad; Fardmanesh, Mahdi
  7. Abstract:
  8. Surface plasmons are the result of a resonant interaction between the waves and the mobile electrons at the interface between negative and positive permittivity materials stimulated by incident light. Due to their specific quantum mechanical nature and zero electrical resistance, superconductors are capable of supporting low-loss plasma waves with extremely large propagation length. In this study, palsmon confinement in some superconducting waveguide structures has been measured by computing the effective index parameter. Superconductors are classified in to high-Tc an low-Tc categories. It is not possible for plasma waves to propagate in low-Tc superconductors, because the plasma energy exceeds the superconducting gap and causes transition to normal state; however due to their layered uniaxial anisotropic structure constituted from the CuO2 planes, the high-Tc superconductors make it feasible for plasma waves to propagate in the superconducting phase in the vicinity of the c-axis plasma frequency. In this study the dispersion plots of a half space and a superconducting film are derived using analytic computation based on Maxwell’s equations below and above the c-axis plasma frequency; then the effective index of a rectangular high-Tc waveguide is obtained by using Marcatili’s method and EIM as approximate methods and also green’s function method (GFM) in homogeneous and layered medium as a numerical method equations below the c-axis plasma frequency. At last, the high-Tc based grating structure has been investigated and the electric field profile has been obtained by using GFM and the resonance frequencies has been computed by COMSOL software. The relation between these resonance frequencies and the dispersion plot of a superconducting slab has also been detected. All of the results are perfectly matched with the ones obtained by COMSOL. This investigation shows that above the c-axis plasma frequency and below the gap frequency the high-Tc superconductor becomes a hyperbolic medium with a high effective index which provides the optimum circumstances for the plasma waves to propagate
  9. Keywords:
  10. Resonance ; Gratings ; Waveguides ; Green Function ; High Temperature Superconductor ; Surface Plasmon ; Plasmonic Waveguides

 Digital Object List

 Bookmark

  • فصل 1- مقدمه
    • 1- 1- پیشگفتار
      • 1- 1- 1- عنوان تحقیق
      • 1- 1- 2- مسئله تحقیق
      • 1- 1- 3- تاریخچه ای از موضوع تحقیق
      • 1- 1- 4- تعریف موضوع تحقیق
      • 1- 1- 5- هدف یا هدف‌های کلی و آرمانی تحقیق
      • 1- 1- 6- روش انجام تحقیق
      • 1- 1- 7- نوآوری، اهمیت و ارزش تحقیق
      • 1- 1- 8- ابررسانایی
    • 1- 2- تعریف واژه ها
      • 1- 2- 1- پلاسمون سطحی
      • 1- 2- 2- محیط هایپربولیک
    • 1- 3- خلاصه فصل‌ها
  • فصل 2- بررسی انتشار امواج پلاسما در فیلم و نیم فضای ابررسانای دما بالا
    • 2- 1- مقدمه
    • 2- 2- بررسی انتشار امواج پلاسما در نیم فضای ابررسانای دما بالا
      • 2- 2- 1- نمودار پراکندگی نیم فضای ابررسانا در فرکانس‌های کمتر از فرکانس پلاسمای سطحی عمودی
      • 2- 2- 2- نمودار پراکندگی نیم فضای ابررسانا در فرکانس‌های بیشتر از فرکانس پلاسمای سطحی عمودی
      • 2- 2- 3- بررسی مود TE نیم فضای ابررسانای بی‌نهایت
      • 2- 2- 4- بررسی مود TM فیلم ابررسانای دما بالا
      • 2- 2- 5- بررسی فیلم ابررسانای دما بالا در فرکانس‌های کمتر از فرکانس پلاسمای عمودی
      • 2- 2- 6- بررسی فیلم ابررسانای دما بالا در فرکانس‌های بیشتر از فرکانس پلاسمای عمودی
      • 2- 2- 7- نمودار پراکندگی فیلم ابررسانا در فرکانس‌های کوچک‌تر از فرکانس پلاسمای سطحی
      • 2- 2- 8- نمودار پراکندگی فیلم ابررسانای دما بالا در بازه‌ی
    • 2- 3- جمع بندی
  • فصل 3- محاسبه‌ی مودهای موجبر پلاسمونیک ابررسانای دما بالا با استفاده از روش‌های تقریبی
  • فصل 3- محاسبه‌ی مودهای موجبر پلاسمونیک ابررسانای دما بالا با استفاده از روش‌های تقریبی
  • فصل 3- محاسبه‌ی مودهای موجبر پلاسمونیک ابررسانای دما بالا با استفاده از روش‌های تقریبی
    • 3- 1- مقدمه
    • 3- 2- روش مارکاتیلی برای موجبر مستطیلی
      • 3- 2- 1- مود
      • 3- 2- 2- مود
    • 3- 3- روش مارکاتیلی در یک موجبر دی‌الکتریک
    • 3- 4- روش مارکاتیلی در موجبر ابررسانای پلاسمونیک دما بالا
      • 3- 4- 1- روش EIM در موجبر HTCSP
    • 3- 5- جمع بندی
  • فصل 4- بررسی مودهای موجبر ابررسانای دما بالا با استفاده از تابع گرین در فضای همگن
    • 4- 1- مقدمه
    • 4- 2- توابع گرین
      • 4- 2- 1- تابع گرین اسکالر
      • 4- 2- 2- تابع گرین دایادی
    • 4- 3- محاسبه‌ی مودهای موجبر با استفاده از تابع گرین دایادی
    • 4- 4- محاسبه‌ی مودهای انتشاری یک موجبر دی‌الکتریک با استفاده از تابع گرین دایادی
    • 4- 5- روش مومانها
      • 4- 5- 1- محاسبه‌ی دترمینان ماتریس ضرایب با تقریب جریان ثابت
    • 4- 6- نمایش طیفی تابع گرین اسکالر
    • 4- 7- تابع گرین دایادی در یک موجبر غیر فلزی
    • 4- 8- بررسی مودهای موجبر دی‌الکتریک با استفاده از تابع گرین و مقایسه‌ی آن با روش اجزا محدود
    • 4- 8- بررسی مودهای موجبر دی‌الکتریک با استفاده از تابع گرین و مقایسه‌ی آن با روش اجزا محدود
    • 4- 8- بررسی مودهای موجبر دی‌الکتریک با استفاده از تابع گرین و مقایسه‌ی آن با روش اجزا محدود
    • 4- 9- مقایسه‌ی مودهای موجبر ابررسانای دما بالا با استفاده از تابع گرین و روش اجزا محدود
    • 4- 10- نمودار پراکندگی موجبر ابررسانای دما بالا
    • 4- 11- جمع‌بندی
  • فصل 5- بررسی مودهای موجبر ابررسانای دما بالا با استفاده از تابع گرین در فضای چند لایه
    • 5- 1- مقدمه
    • 5- 2- بررسی مودهای موجبر مستطیلی غیر فلزی با وجود یک زیر لایه
    • 5- 3- تابع گرین دایادی ناشی از یک فضای دو لایه
    • 5- 4- بررسی مودهای موجبر مستطیلی دی‌الکتریک روی زیرلایه‌ی بی‌نهایت با استفاده‌از تابع گرین و روش اجزا محدود
    • 5- 5- بررسی مودهای موجبر مستطیلی ابررسانا روی زیرلایه‌ی بی‌نهایت با استفاده‌از تابع گرین و روش اجزا محدود
    • 5- 6- جمع‌بندی
  • فصل 6- بررسی گریتینگ موجبر پلاسمونیک ابررسانای دما بالا
    • 6- 1- مقدمه
    • 6- 2- تابع گرین دایادی یک المان از گریتینگ موجبر
    • 6- 3- تابع گرین دایادی یک موجبر تنها در فضای بی‌نهایت همگن تحت تابش TEM
    • 6- 4- تابع گرین دایادی دو بعدی
    • 6- 5- نمایش صریح و طیفی تابع گرین دایادی دو بعدی
      • 6- 5- 1- تابع گرین اسکالر دو بعدی
      • 6- 5- 2- محاسبه‌ی تابع گرین دایادی در دو بعد
    • 6- 6- معادله‌ی برداری موج و میدان‌های یک المان از گریتینگ موجبر
    • 6- 7- بررسی میدان‌های گریتینگ موجبر دی‌الکتریک با استفاده از روش تابع گرین و روش اجزا محدود
    • 6- 8- بررسی میدان‌های گریتینگ ابررسانای دما بالا با استفاده از روش تابع گرین و روش اجزا محدود
    • 6- 9- بررسی فرکانس‌های تشدید گریتینگ ابررسانای دما بالا
    • 6- 10- محاسبه‌ی فرکانس‌های تشدید ساختار گریتینگ ابررسانا
    • 6- 11- جمع‌بندی
  • فصل 7- بحث و نتیجه گیری
    • 7- 1- مقدمه
    • 7- 2- محتوا
      • 7- 2- 1- جمع‌بندي
      • 7- 2- 2- نوآوري
      • 7- 2- 3- پيشنهادها
  • فصل 8- منابع و مراجع
  • پیوست الف
    • الف-1- شکل بسته‌ی تابع گرین دایادی در فضای همگن سه بعدی
    • الف-2- محاسبه تابع گرین دایادی طیفی:
    • الف-3- نمایش طیفی تابع گرین دایادی فضای همگن
    • الف-4- انتگرال گیری از تابع گرین دایادی نسبت به مختصات صفحه:
    • الف-5- انتگرال‌گیری عددی از توابع در نرم‌افزار MATLAB
    • الف-6- محاسبه ی تحلیلی برخی انتگرالهای تابع گرین دایادی بدون استفاده از MATLAB
    • الف-7- بررسی تقارن ماتریس محاسبه‌ی مودهای موجبر دی‌الکتریک
    • الف-8- محاسبه ی ضرایب بازتاب و انتقال در تابع گرین چند لایه
    • الف-9- تقارن در ماتریس معادله‌ی برداری موج در فضای چند لایه
    • الف-10- محاسبه ی شکل صریح تابع گرین دایادی در دو بعد
    • الف-11- نمایش طیفی تابع گرین دایادی(ساختار گریتینگ)
  • پیوست ب
    • ب-1-بررسی مود TM نیم فضای ابررسانای دما بالا
    • ب-2- معادلات حاکم بر مود TE ساختار نیم فضای ابررسانای بینهایت
      • ب-3- بررسی فیلم ابررسانای دما بالا در فرکانس‌های کمتر از فرکانس پلاسمای عمودی
    • ب-4- بررسی فیلم ابررسانای دما بالا در فرکانس‌های بیشتر از فرکانس پلاسمای عمودی
  • پیوست ج
    • ج-1- مود در روش مارکاتیلی برای موجبر ناهمسانگرد
    • ج-2- مود در روش مارکاتیلی برای موجبر ناهمسانگرد
    • ج-3- روش ضریب شکست مؤثر EIM
...see more