Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu đạt được về thiết kế, tính toán và mô phỏng bộ lọc phổ cộng hưởng Fano vùng khả kiến dựa trên sự giao thoa của các mode dẫn sóng lệch pha trong phiến tinh thể quang tử hai chiều (PhC-2D). Việc giảm độ bán rộng phổ để tăng hệ số phẩm chất của bộ lọc cộng hưởng dẫn sóng của phiến PhC-2D bằng việc thêm vào giữa mỗi ô đơn vị một phần tử dạng hình trụ tròn hoặc hình trụ chữ nhật mà không thay đổi kích thước ô đơn vị ban đầu.
136 SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: NATURAL SCIENCES, VOL 2, ISSUE 4, 2018 Nâng cao hệ số phẩm chất lọc phổ cộng hưởng Fano vùng khả kiến dựa giao thoa mode dẫn sóng lệch pha phiến tinh thể quang tử 2D Nguyễn Văn Ân, Ngơ Quang Minh Tóm tắt—Bài báo trình bày kết nghiên cứu đạt thiết kế, tính tốn mô lọc phổ cộng hưởng Fano vùng khả kiến dựa giao thoa mode dẫn sóng lệch pha phiến tinh thể quang tử hai chiều (PhC-2D) Việc giảm độ bán rộng phổ để tăng hệ số phẩm chất lọc cộng hưởng dẫn sóng phiến PhC-2D việc thêm vào đơn vị phần tử dạng hình trụ tròn hình trụ chữ nhật mà khơng thay đổi kích thước đơn vị ban đầu Trong đơn vị phiến PhC-2D có hai phần tử có hình dạng, kích thước khác có số chiết suất, nên tồn hai mode dẫn sóng tương ứng Cả hai mode dẫn sóng phiến PhC-2D có tính chất kết hợp với sóng tới từ mơi trường ngồi lệch pha nên biên độ giao thoa tổng giảm độ bán rộng phổ cộng hưởng bị thu hẹp hệ số phẩm chất Q lọc cộng hưởng tăng cường Phương pháp đạo hàm hữu hạn miền thời gian (FDTD) sử dụng để tính tốn phổ phản xạ mơ tính chất đặc trưng quang học lọc cộng hưởng dẫn sóng Phổ cộng hưởng dẫn sóng thu có dạng Fano làm khớp với mơ hình lý thuyết để xác định xác tham số phổ cộng hưởng: bước sóng cộng hưởng, hệ số phẩm chất, hệ số bất đối xứng phổ Các kết thu cho thấy phổ phản xạ, tính chất đặc trưng quang học cộng hưởng dẫn sóng dạng Fano phụ thuộc vào cách chọn hình dạng tham số hình học phần tử thêm vào phiến PhC-2D Kết có ý Ngày nhận thảo: 02-01-2018; Ngày chấp nhận đăng: 01-06-2018; Ngày đăng:15-10-2018 Tác giả Nguyễn Văn Ân,1,2 Ngô Quang Minh,1,3,*- 1Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, 2Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế, 3Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam (email: minhnq@ims.vast.ac.vn) nghĩa tảng cho nghiên cứu linh kiện “quang học không gian” hiệu suất cao Từ khóa—Phiến tinh thể quang tử hai chiều; Bộ lọc quang học; Đạo hàm hữu hạn miền thời gian MỞ ĐẦU ác phần tử quang chọn lọc bước sóng vùng khả kiến (bộ lọc quang học) quan tâm nghiên cứu nhiều thời gian qua có nhiều ứng dụng cho linh kiện hiển thị, cảm biến hình ảnh hình tivi, máy tính, điện thoại di động, máy ảnh số, thiết bị đọc sách điện tử, máy chiếu kỹ thuật số nhiều ứng dụng đặc biệt khác [1–3] Nhiều vật liệu nghiên cứu, sử dụng để chế tạo phần tử quang chọn lọc bước sóng vùng khả kiến hạt nano kim loại chất màu nhạy sáng [2, 4] Tuy nhiên việc sử dụng chất màu nhạy sáng hạt nano kim loại bộc lộ nhiều nhược điểm hiệu suất quang thấp, hấp thụ ánh sáng phát nhiệt nhiều, độ chọn lọc bước sóng khơng cao… Thời gian gần đây, việc nghiên cứu cấu trúc nhân tạo có tính chất tuần hồn phần tử có số chiết suất mặt phẳng cho lọc quang học vùng khả kiến quan tâm nghiên cứu thí dụ cấu trúc siêu vật liệu, cấu trúc plasmonic đặc biệt cấu trúc tinh thể quang tử (PhC-2D) khắc phục nhược điểm việc sử dụng vật liệu chất màu nhạy sáng, hạt nano kim loại [3, 5–11] Tuy nhiên, việc sử dụng cấu trúc PhC-2D vật liệu phiến silic nitrite (Si3N4) với đế thủy tinh cho lọc quang học hướng có tính thời công nghệ chế tạo linh kiện quang tử C TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ: CHUYÊN SAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN, TẬP 2, SỐ 4, 2018 hạn chế tổn hao việc sử dụng kim loại silic tinh thể vùng khả kiến [5– 7, 12–14] Tinh thể quang tử thiết kế để điều khiển, giam giữ kiểm sốt ánh sáng khơng gian phụ thuộc vào tuần hoàn cấu trúc theo chiều (1D), hai chiều (2D) ba chiều (3D) PhC cấm hồn tồn sóng điện từ có bước sóng vùng cấm quang (PBG) lan truyền qua Việc điều chỉnh chu kỳ tuần hồn kích thước phần tử PhC làm tần số (bước sóng) PBG thay đổi từ GHz, THz đến vùng khả kiến PhC tạo dẫn sóng bị mát lượng để hướng ánh sáng truyền theo phương xác định (thậm chí với chỗ rẽ cong đến 90o) Trên thực tế, phiến PhC-2D xem linh kiện then chốt cho mạch tích hợp quang phẳng dùng thơng tin quang hệ thống máy tính lượng tử tương lai Với khả kiểm soát lan truyền xạ tự phát ánh sáng, phiến PhC-2D có ảnh hưởng to lớn đến phát triển công nghệ chế tạo lọc quang, chuyển mạch quang tốc độ cao, hốc cộng hưởng quang, điốt quang, laser ngưỡng thấp, kênh dẫn sóng với nhánh rẽ ánh sáng đột ngột ứng dụng thông tin quang cảm biến hóa, sinh học [15–17] Các lọc quang dựa kết hợp phiến PhC-2D dẫn sóng hốc cộng hưởng yêu cầu xác kích thước hốc cộng hưởng thay đổi nhỏ kích thước hốc cộng hưởng thường đem lại thay đổi lớn bước sóng hệ số phẩm chất phổ cộng hưởng [18–20] Ngồi tính chất dẫn truyền điều khiển sóng mặt phẳng, phiến PhC2D cho phép sóng dẫn truyền phiến PhC-2D kết hợp với sóng tới từ mơi trường ngồi để tạo thành cộng hưởng điều kiện pha hai sóng thỏa mãn cộng hưởng gọi cộng hưởng dẫn sóng phiến PhC2D [21–23] Cộng hưởng dẫn sóng phiến PhC-2D có ưu điểm khơng cần chế tạo hốc cộng hưởng dễ dàng kết hợp với kênh dẫn sóng vào/ra Hình dáng phổ cộng hưởng đa dạng, có hai loại chủ yếu đối xứng dạng Lorentz bất đối xứng dạng Fano [21-26] Vấn 137 đề đặt cho nghiên cứu hai loại cộng hưởng phiến PhC-2D ứng dụng cho lọc quang học hệ số phẩm chất Q cần phải cao đơn giản chế tạo linh kiện Do vậy, cách tiếp cận báo đề xuất cấu trúc phiến PhC2D đơn giản, ứng dụng cho lọc quang vùng khả kiến có hệ số phẩm chất cao tính tốn, mơ để lý giải, chứng minh đề xuất hợp lý Cộng hưởng Fano có ng̀n gốc từ vật lý nguyên tử nhà bác học người Ý Ugo Fano đề xuất năm 1961, việc quan sát tán xạ cộng hưởng điện tử mơi trường khí He [27] Với cộng hưởng Fano, pha bảo tồn biên độ thay đổi tuỳ ý Ngày nay, cộng hưởng Fano sử dụng rộng rãi đa dạng nhiều lĩnh vực vật lý, có lĩnh vực quang tử [28] Cộng hưởng Fano khảo sát với nhiều cấu trúc quang tử micro nano, hệ thống lượng tử chấm lượng tử [28], PhC [29, 30], cấu trúc nano plasmonic siêu vật liệu [31] Tính bất đối xứng độ dốc tán sắc cộng hưởng dạng Fano đem lại ứng dụng đa dạng cho linh kiện quang tử lọc sóng quang học [32, 33], điều biến [34, 35], cảm biến sinh học [36], phản xạ băng rộng [37], laser [38], linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định [39–42], chuyển mạch toàn quang [43], linh kiện làm trễ lan truyền quang [44] Đặc trưng phổ cộng hưởng bất đối xứng dạng Fano quang tử định nghĩa công thức: R F q 1 2 (1) Trong đó: 2πc ε=2 λ Γ λ0 ; λ0 : hệ số phẩm chất; Γ F: hệ số nhân biên độ; q: tham số bất đối xứng phổ; c: vận tốc ánh sáng; : độ bán rộng phổ; 0: bước sóng cộng hưởng Q= Với q = 1, tần số (bước sóng) cộng hưởng tâm nằm đỉnh đáy phổ cộng 138 SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: NATURAL SCIENCES, VOL 2, ISSUE 4, 2018 hưởng Hình cho thấy hình dáng phổ cộng hưởng Fano với số giá trị tham số bất đối xứng q Với q = |q| = , cộng hưởng Fano suy biến thành cộng hưởng Lorentz (như hình nhỏ) Hình Phổ Fano với giá trị khác hệ số bất đối xứng q hệ số nhân F q = |q| = , phổ Fano suy biến thành phổ đối xứng Lorentz nghịch thuận tương ứng (hình nhỏ) Trong báo này, chúng tơi trình bày kết nghiên cứu, tính tốn mơ cộng hưởng dẫn sóng dạng Fano từ hai dạng cấu trúc phiến PhC-2D ứng dụng cho lọc quang học có bước sóng cộng hưởng vùng khả kiến với hệ số phẩm chất Q cao Xuất phát từ phiến PhC-2D mạng hình vng hình trụ tròn có kích thước xác định, hai cấu trúc đề xuất bằng việc thêm vào ô đơn vị phần tử dạng hình trụ tròn khác hình trụ chữ nhật mà khơng thay đổi kích thước đơn vị, kết độ bán rộng phổ cộng hưởng cấu trúc giảm hệ số phẩm chất Q lọc phổ cộng hưởng dẫn sóng tăng cường Trong đơn vị phiến PhC-2D có hai loại phần tử có hình dạng kích thước khác có số chiết suất, nên tạo hai mode dẫn sóng tương ứng lệch pha Cả hai mode dẫn sóng phiến PhC-2D kết hợp với sóng tới từ mơi trường ngồi nên biên độ giao thoa tổng giảm độ bán rộng phổ cộng hưởng bị thu hẹp hệ số phẩm chất Q lọc cộng hưởng dẫn sóng tăng cường Độ bán rộng phổ hệ số phẩm chất Q xác định gián tiếp thông qua biểu thức đặc trưng phổ Fano cho công thức (1) PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cấu trúc PhC-2D cộng hưởng dẫn sóng đề cập đến báo mô tả hình Hình 2(a) cấu trúc PhC-2D ban đầu gờm lớp điện mơi silic nitrite (Si3N4) có độ dày d chiết suất n = 2,02 bước sóng vùng khả kiến đặt đế thủy tinh có chiết suất n = 1,45 Lớp điện mơi Si3N4 dễ dàng chế tạo đế thủy tinh bằng kỹ thuật bốc bay chân không phún xạ Cấu trúc PhC-2D tạo bằng cách tuần hồn (mạng hình vng với chu kỳ p) hình trụ tròn khơng khí có bán kính r0 độ sâu h tính từ bề mặt khơng khí Ánh sáng chiếu tới cấu trúc (ánh sáng tới) vuông góc với mặt phẳng PhC-2D kết hợp với mode dẫn sóng mặt phẳng PhC-2D tạo phổ phản xạ cộng hưởng điều kiện pha hai sóng thỏa mãn Hệ số phẩm chất lọc cộng hưởng dẫn sóng cấu trúc hình 2(a) phụ thuộc vào bán kính hình trụ r0 độ sâu h Khi r0 h giảm, hệ số kết hợp mode dẫn PhC-2D ánh sáng tới giảm, độ bán rộng phổ phản xạ cộng hưởng chúng giảm hệ số phẩm chất Q tăng cường [42] Tuy nhiên phương án tối ưu chế tạo thực nghiệm cấu trúc Hình 2(a), bán kính r0 độ sâu h giảm giới hạn cho phép Do vậy, việc tìm kiếm cấu trúc đơn giản tối ưu để tăng hệ số phẩm chất Q mà không thay đổi r0, h p cấu trúc ban đầu đề xuất Hình 2(b) 2(c) Trong Hình 2(b) 2(c) hình trụ tròn có bán kính r ( r0) hình trụ hình chữ nhật kích thước wx x wy, độ sâu h thêm vào ô đơn vị Phương pháp đạo hàm hữu hạn miền thời gian (FDTD) sử dụng để mô phổ phản xạ đặc trưng quang học hai kiểu cấu trúc phiến PhC2D hình 2(b) 2(c), nhờ sử dụng điều kiện biên tuần hoàn theo phương x y mặt phẳng biên hấp thụ hoàn hảo (PML) sử dụng theo phương thẳng đứng z Tính tốn mơ nhờ sử dụng phương pháp đạo hàm hữu hạn miền thời gian (FDTD) nhúng TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ: CHUYÊN SAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN, TẬP 2, SỐ 4, 2018 phần mềm mã nguồn mở MEEP phát triển Viện Công nghệ Massachuset (MIT), Hoa Kỳ [45-47] Hệ số phẩm chất Q ước lượng qua việc làm khớp kết mô với phương trình đặc trưng phổ cộng hưởng bất đối xứng dạng Fano Hình (a) Cấu trúc phiến PhC-2D mạng hình vng hình trụ tròn khơng khí (bán kính r0, chu kỳ tuần hồn p, độ sâu h) điện mơi Si3N4 có độ dày d; (b) (c) hai cấu trúc phiến PhC-2D sau thêm hình trụ tròn với bán kính r ( r0) hình trụ chữ nhật kích thước wx x wy, có độ sâu h vào đơn vị Ánh sáng phân cực chiếu vng góc với mặt phẳng PhC-2D KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Các tham số hình học PhC-2D hình 2(a) lựa chọn để phổ phản xạ cộng hưởng dẫn sóng vùng khả kiến sau: chu kỳ tuần hồn p = 370 nm, độ dày lớp điện mơi Si3N4 d = 180 nm, bán kính độ sâu hình trụ tròn 139 tương ứng r0 = 80 nm h = 70 nm Phổ cộng hưởng dẫn sóng dạng Fano tính tốn mơ hai cấu trúc hình 2(b) 2(c) so sánh với cấu trúc ban đầu hình 2(a) hệ số phẩm chất Q, bước sóng đỉnh cộng hưởng hình dáng phổ phản xạ thu Hình 3(a) phổ phản xạ cộng hưởng dẫn sóng mơ cho cấu trúc hình 2(b) ứng với số giá trị khác bán kính r hình trụ tròn thêm vào đơn vị Kết cho thấy đỉnh cộng hưởng dịch chuyển vùng sóng ngắn tăng bán kính r hình trụ tròn, điều hồn tồn phù hợp với công bố gần cộng hưởng dẫn sóng cho rằng r tăng dẫn đến chiết suất hiệu dụng cấu trúc giảm [48] Hình 3(b) biểu diễn phụ thuộc bước sóng cộng hưởng hệ số phẩm chất Q theo bán kính r hình trụ tròn Khi r tăng từ tiến dần giá trị r0, hệ số phẩm chất Q tăng lên, thí dụ Q = 328 r = Q = 12900 r = 70 nm Đặc biệt trường hợp r = r0 Q + ∞ lúc phổ phản xạ cộng hưởng dẫn sóng dạng Fano biến Khi giá trị r lớn tiến xa r0, hệ số phẩm chất Q giảm dần, ví dụ Q = 14500 r = 90 nm Q = 710 r = 140 nm bước sóng cộng hưởng dịch bước sóng ngắn vùng khả kiến Hình Phổ phản xạ cấu trúc với giá trị khác r (a), phụ thuộc bước sóng cộng hưởng hệ số phẩm chất Q theo bán kính r (b) Hình 4(a) 4(b) mô tả phân bố điện trường mặt phẳng xz (mặt cắt) mặt phẳng xy (mặt phẳng) bước sóng đỉnh phổ cộng hưởng hai cấu trúc r = r = 60 nm tương ứng với thang độ lớn giá trị biên độ điện trường Độ lớn biên độ (mật độ lượng) điện trường biểu thị khả giam giữ ánh sáng cấu trúc, tức cấu trúc có hệ số 140 SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: NATURAL SCIENCES, VOL 2, ISSUE 4, 2018 phẩm chất Q lớn thời gian giam giữ ánh sáng cấu trúc lâu Ngoài ra, với cấu trúc r = 0, có mode điện trường phân bố mặt phẳng cấu trúc, với cấu trúc r = 60 nm, quan sát thấy có hai mode điện trường phân bố mặt phẳng cấu trúc phiến PhC-2D Điều giải thích bằng cách sử dụng lý thuyết giao thoa hai sóng sau: Trong đơn vị có hai phần tử có số chiết suất khác kích thước hình học nên có hai mode dẫn sóng lệch pha khác biên độ tờn mặt phẳng phiến PhC-2D (hình 4(c)), hai mode dẫn có kết hợp làm suy yếu hệ số kết hợp sóng tới từ mơi trường ngồi chiếu tới mặt phẳng cấu trúc, độ bán rộng phổ phản xạ cộng hưởng giảm hệ số phẩm chất Q chúng tăng lên Khi r = r0, hai mode dẫn sóng có biên độ ngược pha (lệch pha , hình 4(d)) nên hệ số kết hợp hai mode dẫn sóng với mơi trường ngồi triệt tiêu nhau, dẫn đến khơng tờn hệ số kết hợp tổng hệ số phẩm chất Q +∞; nghĩa trường hợp r = r0, cộng hưởng dẫn sóng khơng thể kích thích trực tiếp ánh sáng tới vng góc với bề mặt PhC-2D cộng hưởng Fano biến [49, 50] Một ưu điểm cấu trúc hình 2(b) khơng phụ thuộc vào phân cực sóng điện từ chiếu tới (TE - điện trường ngang TM - từ trường ngang) cấu trúc đối xứng mặt phẳng Hình Sự phân bố điện trường bước sóng = 639,3 nm (a) = 632,8 nm (b) tương ứng với đỉnh cộng hưởng cấu trúc hình 2(b) với r = r = 60 nm Hình 5(a) hình 5(b) mơ tả đường biểu diễn phụ thuộc bước sóng đỉnh phổ cộng hưởng, hệ số phẩm chất Q cho cấu trúc hình 2(c) theo độ dài khe (wx) tương ứng với độ rộng khe wy = 50 nm 100 nm nguồn sáng tới phân cực TE với thành phần Ex Sự dịch chuyển đỉnh cộng hưởng Fano theo wx ứng với hai giá trị khơng đổi wy hồn tồn phù hợp với lý thuyết cộng hưởng dẫn sóng Khi tăng wx, kích thước khe khơng khí tăng, dẫn đến chiết suất hiệu dụng cấu trúc giảm nên đỉnh cộng hưởng dịch chuyển vùng sóng ngắn Hình cho thấy bước sóng cộng hưởng giảm từ 637,02 nm đến 627,92 nm wy = 50 nm wx tăng từ 50 nm đến 370 nm (hình 5(a)) giảm từ 633,02 nm đến 619,68 nm wy = 100 nm wx tăng từ 100 nm đến 370 nm (hình 5(b)) Sự biến thiên bước sóng đỉnh cộng hưởng theo kích thước wx xấp xỉ hàm tuyến tính Hệ số phẩm chất Q cộng hưởng thay đổi theo wx phụ thuộc vào kết hợp xạ tới từ mơi trường ngồi với mode dẫn sóng mặt phẳng cấu trúc PhC-2D, điều phụ thuộc vào tương tác hai mode dẫn sóng lệch pha có biên độ pha khác tạo nên từ cấu trúc hình 2(c) Hình 5(a) cho thấy với wy = 50 nm, hệ số Q tăng đơn điệu từ 548 đến khoảng 217000 wx tăng từ 50 nm đến 370 nm; với trường hợp wy = 100 nm hình 5(b), hệ số Q ban đầu tăng sau giảm tăng wx, giá trị cực đại Q98200 wx = 165 nm TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ: CHUYÊN SAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN, TẬP 2, SỐ 4, 2018 141 Hình Sự phụ thuộc bước sóng đỉnh cộng hưởng hệ số phẩm chất Q theo wx wy = 50 nm (a) wy = 100 nm (b) với ánh sáng tới phân cực TE thành phần Ex Hình 6(a) hiển thị kết mô phổ phản xạ cho cấu trúc hình 2(c), ánh sáng tới phân cực TE dọc theo phương x cho trường hợp wx x wy = 100 nm x 50 nm, 150 nm x 50 nm, 100 nm x 100 nm, 150 nm x 100 nm Hình 6(b) kết mô phân bố điện trường theo mặt cắt mặt phẳng cấu trúc PhC-2D đỉnh cộng hưởng tương ứng 635,72 nm, = 634,16 nm, = 633,02 nm = 630,32 nm với kích thước hình trụ chữ nhật có phổ phản xạ hình 6(a) Các kết cho thấy hình trụ chữ nhật trụ tròn tương đờng kích thước, hệ số phẩm chất Q lớn tăng, nghĩa mật độ lượng điện trường giam giữ cấu trúc PhC-2D tăng lên Hình Phổ phản xạ cấu trúc (a) phân bố điện trường bốn bước sóng đỉnh cộng hưởng = 635,72 nm (b), = 634,16 nm (c), = 633,02 nm (d) = 630,32 nm (e) tương ứng với wx x wy = 100 nm x 50 nm, 150 nm x 50 nm, 100 nm x 100 nm 150 nm x 100 nm trường hợp nguồn sáng tới phân cực TE với thành phần Ex Hình 7(a) 7(b) đường biểu diễn phụ thuộc bước sóng đỉnh cộng hưởng hệ số phẩm chất Q cho cấu trúc hình vẽ 2(c) theo wx wy = 50 nm 100 nm tương ứng nguồn sang phân cực TE với thành phần Ey Hình cho thấy với hai trường hợp wy khơng đổi, bước sóng đỉnh cộng hưởng Fano dịch chuyển vùng sóng ngắn 142 SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: NATURAL SCIENCES, VOL 2, ISSUE 4, 2018 tăng wx giảm đơn điệu từ 637,02 nm đến 627,55 nm wx tăng từ 50 nm đến 370 nm hình 7(a) từ 633,02 nm đến 623,00 nm wx tăng từ 100 nm đến 370 nm hình 7(b) Do giao thoa hai mode dẫn tạo mặt phẳng cấu trúc PhC-2D dẫn đến hệ số phẩm chất Q thay đổi theo wx Cả hai trường hợp giá trị wy giữ cố định, ta thấy rằng hệ số Q ban đầu tăng sau giảm tăng wx Tuy nhiên, với wy = 50 nm (hình 7(a)), hệ số Q biến đổi so với trường hợp wy = 100 nm (hình 7(b)) giá trị lớn Q 1776 wx = 185 nm (hình 7(a)) giá trị lớn Q 10423 wx = 185 nm hình 7(b) Hình Sự phụ thuộc bước sóng cộng hưởng hệ số phẩm chất Q theo wx wy = 50 nm (a) wy = 100 nm (b) trường hợp nguồn sáng phân cực TE với thành phần Ey Hình hiển thị kết mơ phổ phản xạ Hình 8(a) cho cấu trúc Hình 2(c) với trường hợp wx x wy = 100 x 50 nm, 150 x 50 nm, 100 x 100 nm, 150 x 100 nm phân bố điện trường bên cấu trúc PhC-2D bước sóng đỉnh cộng hưởng = 635,14 nm (Hình 8(b)), = 634,70 nm (Hình 8(c)), = 633,02 nm Hình 8(d) = 632,32 nm Hình 8(e) Từ kết cho thấy hệ số phẩm chất Q lớn, mật độ lượng trường điện lưu trữ cộng hưởng hệ thống tăng Hình Phổ phản xạ cấu trúc (a) phân bố điện trường bốn bước sóng đỉnh cộng hưởng = 635,14 nm (b), = 634,7 nm (c), = 633,02 nm (d) = 632,32 nm (e) tương ứng với wx x wy = 100 nm x 50 nm, 150 nm x 50 nm, 100 nm x 100 nm 150 nm x 100 nm trường hợp nguồn sáng phân cực TE với thành phần Ey TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ: CHUYÊN SAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN, TẬP 2, SỐ 4, 2018 Tóm lại, bằng cách đưa thêm hình trụ tròn (bán kính r0) hình trụ chữ nhật (kích thước wx x wy) đơn vị mạng hình vng hình trụ tròn (bán kính r), tăng hệ số phẩm chất Q cộng hưởng lên nhiều lần mà giữ bước sóng đỉnh cộng hưởng vùng khả kiến Cấu trúc Hình 2(b) có tính đối xứng mặt phẳng xy nên đặc trưng phổ phản xạ cộng hưởng hệ số phẩm chất Q phụ thuộc vào bán kính r; ngược lại, cấu trúc cho Hình 2(c) bất đối xứng mặt phẳng xy nên đặc trưng phổ phản xạ cộng hưởng hệ số phẩm chất Q không phụ thuộc vào kích thước hình trụ chữ nhật (wx wy) mà phụ thuộc vào phân cực ánh sáng tới Ngồi ra, bước sóng cộng hưởng đặc biệt hệ số phẩm chất Q cho cấu trúc Hình 2(b) thay đổi mạnh theo bán kính r thay đổi theo wx wy hình trụ chữ nhật với cấu trúc hình vẽ 2(c) Trang thiết bị sử dụng để chế tạo cấu trúc PhC2D Hình với vật liệu silic, nhiều phòng thí nghiệm quang tử tiên tiến giới ưu tiên sử dụng hệ thiết bị ăn mòn bằng chùm điện tử có khả chế tạo phần tử (hình trụ khơng khí Hình 2(a) có kích thước nhỏ ~10 nm sai số 3 nm [51] Sai số chế tạo có ảnh hưởng đến hệ số phẩm chất Q sai số