Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu, Cộng hưởng dẫn sóng, Vật lý, Chất rắn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - HOÀNG THU TRANG CỘNG HƢỞNG DẪN SÓNG VÀ LINH KIỆN QUANG TỬ LƢỠNG TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH SỬ DỤNG CẤU TRÚC TINH THỂ QUANG TỬ MỘT CHIỀU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - HOÀNG THU TRANG CỘNG HƢỞNG DẪN SÓNG VÀ LINH KIỆN QUANG TỬ LƢỠNG TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH SỬ DỤNG CẤU TRÚC TINH THỂ QUANG TỬ MỘT CHIỀU Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS NGÔ QUANG MINH Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành Phòng Vật liệu Ứng dụng quang sợi – Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, hướng dẫn TS Ngô Quang Minh Đầu tiên xin bày tỏ l ng iết ơn sâu sắc tới TS Ngô Quang Minh, người thầy dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn thầy cô giáo, anh chị bạn học Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, tận tình giảng dạy bảo cho năm học qua Tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất thầy/cơ anh/chị phịng Vật liệu Ứng dụng quang sợi, người nhiệt tình đóng góp ý kiến giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu Luận văn hoàn thành với hỗ trợ kinh phí từ đề tài Nghiên cứu khoa học tự nhiên (NAFOSTED) mã số 103.03-2013.01 Cuối cùng, xin cảm ơn ạn è người thân tạo điều kiện giúp đỡ trình học tập nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên Hoàng Thu Trang MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Mục lục Danh mục hình vẽ Danh mục ký hiệu viết tắt MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tinh thể quang tử………………………………………………… 1.1.1 Khái niệm tinh thể quang tử……………………………… 1.1.2 Tinh thể quang tử chiều………………………………… 1.2 Cộng hưởng dẫn sóng ộ lọc quang học……………………… 1.2.1 Cộng hưởng dẫn sóng………………………………………… 1.2.2 Bộ lọc quang học…………………………………………… 1.3 Linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định……………………… 10 1.3.1 Chuyển mạch quang………………………………………… 10 1.3.2 Nguyên lý lưỡng ổn định quang học………………………… 11 1.3.3 Hệ lưỡng ổn định quang học………………………………… 14 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG 2.1 Lý thuyết dẫn sóng cộng hưởng (Rigorous coupled-wave theory – RCWT)……………………………………………………………………… 17 17 2.2 Lý thuyết ộ dao động quang học……………………………… 19 2.3 Lý thuyết ghép cặp trực tiếp hai ộ cộng hưởng…………………… 25 2.4 Lý thuyết ghép cặp gián tiếp hai ộ cộng hưởng………………… 27 2.5 Phương pháp sai phân hữu hạn miền thời gian……………… 28 CHƢƠNG 3: CỘNG HƢỞNG DẪN SÓNG SỬ DỤNG CẤU TRÚC ĐƠN CÁCH TỬ VÀ GHÉP CẶP CÁCH TỬ 38 3.1 Cộng hưởng dẫn sóng sử dụng cấu trúc đơn cách tử……………… 38 3.2 Cộng hưởng dẫn sóng cấu trúc ghép cặp cách tử…………… 40 CHƢƠNG 4: LINH KIỆN QUANG TỬ LƢỠNG TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH DỰA TRÊN HIỆU ỨNG CỘNG HƢỞNG DẪN SÓNG TRONG 45 CẤU TRÚC ĐƠN CÁCH TỬ 4.1 Linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định cấu trúc đơn cách tử……………………………………………………………………… 45 4.2 Nâng cao hiệu suất linh kiện quang tử sử dụng màng mỏng kim loại để tăng hệ số phẩm chất giảm cường độ quang đầu vào linh kiện 47 chuyển mạch………………………………………………………………… KẾT LUẬN 55 KẾ HOẠCH TIẾP THEO 56 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CƠNG BỐ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 Phụ lục 62 Danh mục hình vẽ Trang Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể quang tử 1D, 2D, 3D…………………… Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể 1D Cấu trúc gồm lớp vật liệu với chiết suất khác có giá trị khơng đổi nằm xen kẽ với chu kỳ tuần hồn a…………………………………………………………… Hình 1.3 Vùng cấm quang tinh thể quang tử chiều với số mạng a, độ rộng lớp điện mơi 0.2a độ rộng lớp khơng khí 0.8a…………………………………………………………………… Hình 1.4 Phản xạ Bragg………………………………………………… Hình 1.5 (a) Tia phản xạ tia truyền qua trường hợp màng đơn lớp ( ) trường hợp màng đa lớp………………………………… Hình 1.6 (a) x chuyển mạch hai đường kết nối không kết nối, (b) x chuyển mạch đường kết nối với hai đường khác, (c) x chuyển mạch hai đường kết nối với hai đường (d) N x N chuyển mạch 10 N đường kết nối với N đường…………………………………………… Hình 1.7 Giới hạn lượng chuyển mạch, thời gian chuyển mạch công suất chuyển mạch thiết bị………………………………… 11 Hình 1.8 Quan hệ vào-ra hệ lưỡng ổn định quang học 12 Hình 1.9 Nguyên lý hoạt động thiết bị lưỡng ổn định quang học 12 Hình 1.10 Đồ thị f(Ira) có dạng hình chng 13 Hình 1.11 Mối quan hệ vào-ra hàm truyền qua có dạng hình chng 13 Hình 1.12 Mối quan hệ vào-ra hệ lưỡng ổn định Đường đứt nét iểu diễn trạng thái khơng ổn định……………………………………… 14 Hình 1.13 Mối quan hệ vào-ra hệ lưỡng ổn định 15 Hình 1.14 Quá trình flip - flop hệ lưỡng ổn định 15 Hình 2.1 Cách tử dẫn sóng θ i θ’i góc tới góc phản xạ bề 17 mặt thứ nhất, θ’’i góc ló đầu cấu trúc cách tử dẫn sóng…… Hình 2.2 Mạch dao động LC (C điện dung L độ tự cảm)……… 20 Hình 2.3 Mơ hình cấu trúc ghép cặp trực tiếp hai cộng hưởng……… 25 Hình 2.4 Mơ hình cấu trúc ghép cặp gián tiếp hai cộng hưởng…………………………………………………………………… Hình 2.5 Mơ hình minh họa việc tính tốn E H thời điểm khác khơng gian……………………………………………… 27 29 Hình 2.6 Minh họa ô Yee hệ tọa độ Đề-các sử dụng với thành phần điện trường từ trường phân bố ô sở phương 30 pháp FDTD……………………………………………………………… Hình 2.7 Các tham số tương ứng với lớp hấp thụ hồn hảo (PML)…… Hình 3.1 (a) Cấu trúc linh kiện sử dụng cách tử dẫn sóng ( ) Phổ phản xạ độ ăn m n cách tử khác nhau…………………………… Hình 3.2 Minh họa cấu trúc ghép cặp hai GMRs cấu trúc cách tử dẫn sóng………………………………………………………………… Hình 3.3 Tính tốn hệ số phản xạ……………………………………… Hình 3.4 Minh họa cấu trúc ghép cặp hai GMRs cấu trúc cách tử dẫn sóng………………………………………………………………… 37 39 40 41 42 Hình 3.5 (a) (b) phổ phản xạ hai cách tử có độ ăn m n cách tử ( 1    50 nm ) hai cách tử có độ ăn m n cách tử khác 43 ( 1  50 nm ,   90 nm )………………………………………………… Hình 3.6 Phổ phản xạ hai cách tử có độ ăn m n với độ lệch s khác nhau………………………………………………………… 44 Hình 3.7 (a) (b) phổ phản xạ hai cấu cách tử giống khác đặt cách khoảng d có giá trị từ 1000 nm tới 44 2500 nm………………………………………………………………… Hình 4.1 Đặc trưng lưỡng trạng thái linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định với độ ăn m n cách tử khác nhau…………………… 46 Hình 4.2 (a) Cấu trúc MaGMR ( ) Phổ truyền qua phổ phản xạ độ dày lớp Ag d khác nhau………………………………………… Hình 4.3 Lưỡng trạng thái quang cấu trúc cách tử phi tuyến MaGMR ề dày lớp Ag khác nhau…………………………… Hình 4.4 (a) Cấu trúc MaGMR với ánh sáng tới ( ) Phổ phản xạ ề dày lớp Ag khác nhau…………………………………………… 48 49 52 Hình 4.5 Lưỡng trạng thái ổn định cấu trúc MaGMR ề dày lớp Ag khác (a) d =20 nm, (b) d = 30 nm, (c) d = 50 nm, (d) d = 100 nm…………………………………………………………… 53 Danh mục ký hiệu viết tắt Ký hiệu viết tắt Tên đầy đủ FDTD Finite-difference time-domain GMRs Guided-mode resonances LEDs Light emitting diodes MaGMR Metal-layer-assisted GMR 1D One dimensional PML Perfectly matched layers PCs Photonic crystals 3DPCs Three dimensional photonic crystals TE Transverse electric 2DPCs Two dimensional photonic crystals RCWT Rigorous coupled-wave theory MỞ ĐẦU Vật liệu linh kiện quang tử sử dụng cấu trúc tinh thể quang tử nghiên cứu sôi động lý thuyết, mô thực nghiệm thời gian gần Các cấu trúc tinh thể quang tử chiều (1D), chiều (2D), chiều (3D) thiết kế để điều khiển, dẫn sóng quang học chuyển đổi lượng quang tử vùng ánh sáng khả kiến thông tin quang mở nhiều ứng dụng quan trọng có nhiều triển vọng Đây hướng nghiên cứu tạo nên cách mạng công nghệ quang tử học sử dụng cấu trúc cho phần tử tạo nên linh kiện, đánh giá có tầm quan trọng đơn tinh thể bán dẫn siêu công nghệ điện tử giai đoạn đầu phát triển Các linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định quan tâm nghiên cứu nhiều ứng dụng tính vượt trội mạch vi quang điện tử tích hợp, có tốc độ xử lý chuyển mạch nhanh Bên cạnh c n có nhiều ứng dụng nhớ quang học [2, 7], làm tảng cho siêu nhớ tương lai [21-37] Linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định xử lý tín hiệu nhanh tiêu thụ lượng Các tính chất đặc biệt linh kiện quang tử nói chung linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định nói riêng hy vọng thực hóa hệ linh kiện quang tử với kích thước trọng lượng nhỏ, có hiệu suất cao, giá thành rẻ, tiêu hao lượng Nhưng đặc trưng (cả tuyến tính phi tuyến) linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định chưa ý quan tâm rộng rãi Việc nâng cao hiệu suất linh kiện quang tử sử dụng công nghệ màng mỏng nhà khoa học quan tâm nghiên cứu…Đây vấn đề mà luận văn tập trung sâu nghiên cứu Với lý đó, tơi lựa chọn luận văn với tiêu đề là: “Cộng hƣởng dẫn sóng linh kiện quang tử lƣỡng trạng thái ổn định sử dụng cấu trúc tinh thể quang tử chiều” Để nhìn thấy tượng lưỡng trạng thái cấu trúc MaGMR, chiếu nguồn liên tục có ước sóng sử dụng phù hợp lên bề mặt cấu trúc cách tử Mối liên hệ tần số sử dụng tần số cộng hưởng (ωo-ω) > Lưỡng trạng thái quang nhìn thấy tất cấu trúc MaGMR Khi cường độ quang đầu vào tăng hệ số phản xạ giảm, cường độ quang đầu vào đạt giá trị tới hạn hệ số phản xạ giảm đột ngột (đường màu xanh) Khi cường quang đầu vào giảm vượt q cường độ chuyển mạch nhảy lên trạng thái phản xạ cao (đường màu đỏ) Cường độ quang đầu vào cho chuyển mạch tối ưu hóa từ tính tốn đường cong lưỡng trạng thái Cường độ chuyển mạch 2.48 x 10-4 (1/n2), 6.89 x 10-5 (1/n2), 2.99 x 10-5 (1/n2), 2.45 x 10-4 (1/n2) tương ứng bề dày lớp Ag d = 20 nm, 30 nm, 50 nm, 100 nm 4.2.2 Đặc trƣng lƣỡng trạng thái ổn định phụ thuộc vào độ ăn mòn cách tử Phần nghiên cứu độ ăn m n cách tử cấu trúc MaGMR ảnh hưởng tới đặc trưng lưỡng trạng thái ổn định Trong nghiên cứu giữ nguyên bề dày lớp dẫn sóng bề dày lớp Ag 380 nm 100 nm Khi độ ăn m n cách tử  (< 120 nm) tìm thấy giá trị tối ưu Bảng 4.2 mô tả ước sóng cộng hưởng, hệ số phẩm chất Q hệ số tăng cường Q, cường độ chuyển mạch độ ăn m n cách tử thay đổi Bảng 4.2 Đặc trưng tuyến tính phi tuyến cách tử MaGMR với bề dày lớp Ag d = 100 nm chuỗi độ ăn m n cách tử  Độ ăn mòn 30 50 80 100 120 1574.75 1560.61 1524.51 1516.81 1494.55 676.1 506.5 353.9 316.7 293.3 cách tử, δ (nm) Bƣớc sóng cộng hƣởng (nm) Hệ số phẩm chất - Q 50 Hệ số tăng 0.71 1.55 2.97 4.12 5.56 2.94 x 10-5 3.39 x 10-5 24.5 45.0 cƣờng Q (lần) Cƣờng độ 1.11 x 10-5 1.55 x 10-5 2.46 x 10-5 chuyển mạch Cƣờng độ 0.42 2.57 10.7 chuyển mạch bị giảm (lần) Khi độ ăn m n cách tử tăng ước sóng cộng hưởng MaGMR dịch ước sóng ngắn Nó cho thấy độ ăn m n cách tử đóng vai trị quan trọng chế cộng hưởng MaGMR Độ ăn m n cách tử tăng dẫn tới tăng cường hệ số phẩm chất Q tăng Ví dụ, so với trường hợp GMRs, hệ số phẩm chất Q tăng 1.55 lần độ ăn m n cách tử  = 50 nm Đặc trưng chuyển mạch quang cấu trúc MaGMR độ ăn m n cách tử khác tính tốn Bảng 4.2 đưa cường độ chuyển mạch chuẩn hóa giảm cường độ chuyển mạch thay đổi độ ăn m n cách tử Cường độ chuyển mạch 1.11 x 10-5 (1/n2), 1.55 x 10-5 (1/n2), 2.46 x 10-5 (1/n2), 2.94 x 10-5 (1/n2) 3.39 x 10-5 (1/n2) tương ứng độ ăn m n cách tử 30, 50, 80, 100, 120 nm Điều cho thấy hệ số phẩm chất tăng 5.56 lần cường độ chuyển mạch giảm 45 lần so sánh với giá trị cho cấu trúc GMRs điển hình độ ăn m n cách tử 120 nm Hệ số phẩm chất tăng 0.71 lần cường độ chuyển mạch tăng 2.4 lần xem xét cấu trúc MaGMR độ ăn mòn cách tử 30 nm so sánh với cấu trúc GMRs Do đó, tin tưởng cấu trúc MaGMR cách thay cho cấu trúc chuyển mạch quang 51 Từ kết đưa trên, thấy lớp Ag không ghép cặp trực tiếp với ánh sáng tới bên cấu trúc lại làm việc gương phản xạ để tăng cường hệ số phẩm chất Q cho lọc GMRs, làm tăng hiệu suất làm việc chúng làm cho cường độ chuyển mạch bị giảm mạnh Để giải thích ảnh hưởng lớp Ag phụ thuộc không phụ thuộc vào cấu trúc phân tích cấu trúc hình 4.4(a) Hình 4.4 (a) Cấu trúc MaGMR (b) Phổ phản xạ bề dày lớp Ag khác Phiến cách tử bao gồm khe hẹp với chu kỳ 860 nm, bề dày độ ăn m n cách tử giữ 380 nm, độ rộng khe cách tử 50 nm Hình 4.4(b) mơ tả phổ phản xạ tuyến tính bề dày lớp Ag khác Hệ số phản xạ cộng hưởng không gần không trường hợp bề dày lớp Ag d = 50 nm d = 100 nm Trong hình 4.4(b), bề dày lớp Ag tăng, ước sóng cộng hưởng lệch phía ước sóng ngắn hệ số phẩm chất Q cấu trúc MaGMR tăng Điều không thay đổi lớp Ag dày (d > 100 nm) Đặc trưng tuyến tính cấu trúc MaGMR bề dày lớp Ag khác mô tả bảng 4.3 52 Bảng 4.3 Đặc trưng tuyến tính cấu trúc MaGMR bề dày lớp Ag khác Bề dày lớp Ag, d (nm) 20 30 50 100 Vơ hạn Bƣớc sóng cộng hƣởng 1532.36 1527.44 1524.96 1524.78 1524.51 Hệ số phẩm chất, Q 272.1 308.1 342.1 353.9 354.2 Hệ số tăng cƣờng Q (lần) 0.35 0.40 0.44 0.46 0.46 (nm) Ở thấy hệ số phẩm chất Q tăng ề dày lớp Ag tăng, hệ số phẩm chất Q cấu trúc MaGMR nhỏ cấu trúc GMRs Nó cho thấy cấu trúc MaGMR không cho kết hệ số phẩm chất Q cao cấu trúc GMRs cho thấy hệ số phẩm chất Q tăng cường Đặc trưng lưỡng trạng thái ổn định cấu trúc MaGMR tính tốn Hình 4.5 Đặc trưng lưỡng trạng thái ổn định cấu trúc MaGMR bề dày lớp Ag khác (a) d = 20 nm, (b) d = 30 nm, (c) d = 50 nm, (d) d = 100 nm 53 Hiện tượng lưỡng trạng thái ổn định nhìn thấy tất cấu trúc Cường độ chuyển mạch 8.34 x 10 -5 (1/n2), 3.76 x 10 -5 (1/n2), 2.22 x 10 -5 (1/n2), 1.92 x 10 -5 (1/n2) bề dày lớp Ag 20 nm, 30 nm, 50 nm 100 nm Vậy cường độ chuyển mạch tăng 11.83, 5.33, 3.14, 2.72 lần so với GMR bề dày lớp Ag 20 nm, 30 nm, 50 nm, 100 nm 54 KẾT LUẬN Luận văn đạt mục tiêu đề với kết sau: Luận văn trình ày cách hệ thống khái niệm, đặc trưng tinh thể quang tử 1D đặc biệt cộng hưởng dẫn sóng đặc trưng lưỡng trạng thái ổn định quang Luận văn thiết kế mô cấu trúc tinh thể quang tử chiều bao gồm cấu trúc đơn cách tử cấu trúc ghép cặp cách tử Luận văn nghiên cứu khảo sát đặc trưng cộng hưởng dẫn hai cấu trúc đơn cách tử ghép cặp cách tử Luận văn khảo sát đặc trưng lưỡng trạng thái ổn định cường độ chuyển mạch, tăng cường trường…trong cấu trúc đơn cách tử Luận văn nghiên cứu việc nâng cao hiệu suất linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định cách đưa vào phiến cách tử dẫn sóng đế lớp Ag Đặc trưng lưỡng trạng thái ổn định phiến cấu trúc phụ thuộc vào bề dày lớp Ag độ ăn m n cách tử khảo sát Khi bề dày lớp Ag tăng hệ số phẩm chất Q tăng.Khi độ ăn m n cách tử giảm hệ số phẩm chất Q tăng So với trường hợp cấu trúc GMRs, cấu trúc MaGMR cho hệ số phẩm chất Q tăng lần độ ăn m n cách tử 50 nm với độ ăn m n cách tử 120 nm cho hệ số phẩm chất Q tăng 5.56 lần cường độ chuyển mạch giảm 45 lần so sánh với giá trị cấu trúc GMRs Chúng tin tưởng kết chuyển mạch dựa tượng cộng hưởng dẫn sóng luận văn coi tài liệu thiết kế chế tạo mạch quang học 55 KẾ HOẠCH TIẾP THEO Dựa kết thu được, thời gian tới tiếp tục nghiên cứu số vấn đề sau: Nghiên cứu tham số quan trọng ảnh hưởng tới đặc trưng lưỡng trạng thái ổn định ề dày lớp vật liệu, độ rộng cách tử, độ sâu cách tử… Mở rộng nghiên cứu tượng lưỡng trạng thái ổn định số cấu trúc tinh thể quang tử khác Tiến hành thực nghiệm đo đặc trưng lưỡng trạng thái ổn định linh kiện chuyển mạch quang học 56 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ Hoang T T., Hoang T H C., Ngo Q M., and Pham V H., (2013), “Optical filters based on guided-mode resonance in coupled gratings”, the 4th International Workshop on Nanotechology and Application IWNA, pp 355358 Ngo Q M., Hoang T T., Nguyen D L., Vu D L., and Pham V H., (2013), “Metallic assisted guided-mode resonances in slab waveguide gratings for reduced optical switching intensity in ista le devices”, Journal of Optics, 15, pp 055503 Ngo Q M., Hoang T T., and Pham V H., (2013), “Optical nonlinear slab waveguide gratings for optical ista le devices”, Advance Program – Optics & Photonics Taiwan, International Conference, 5-7 December 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Avrutskii I A., and Sychugov V A (1990), “Optical ista iliy in an excited nonlinear corrugated waveguide”, Sov J Quant Elect, 20, pp 856 [2] Barnes T H., Eiju T., Kokaji S., Matsuda K., and Yoshida N (1995), “Bista le optically writa le image memory using optical feed ack”, Optical Review, 2(2), pp 103-105 [3] Beheiry M E., Liu V., Fan S., and Levi O (2010), “Sensitivity enhancement in photonic crystal sla iosensors”, Opt Express, 18, pp 22702-14 [4] Boroditsky M., Vrijen R., Krauss T F., Coccioli R , Bhat R , and Yablonovitch E (1999), “Spontaneous emission extraction and Purcell enhancement from thinfilm 2-D photonic crystals”, J Lightwave Technol, 17, pp 2096-2112 [5] Fan S., and Joannopoulos J D (2002), “Analysis of guided resonances in photonic crystal sla s”, Phys Rev B, 65(23), pp 235112 [6] Foteinopoulou S., Vigneron J P., and Vanden em C (2007), “Optical near-field excitations on plasmonic nanoparticle- ased structures”, Opt Express, 15, pp 4253-67 [7] Gao J Y., Huang J H., Zheng Z R., Jiang Y., Zhang Y., and Jin G X (1995), “Hy rid ista le system and its application to dynamic memory”, Optical Engineering, 34(3), pp 790-794 [8] Gibbs H M (1985), Optical Bistability, Controlling Light with Light, Academic Press, New York [9] Gibbs M H Optical Bistability: Controlling Light with Light [10] Hoang T T., Cam H T H., Ngo Q M., and Pham V H (2013 ), “Optical filters based on guided-mode resonance in coupled gratings”, the 4th International Workshop on Nanotechology and Application IWNA, pp 355-358 [11] http://www.edmundoptics.com/optics/optical-filters/ 58 [12] Imada M., Noda S., Chutinan A., Tokuda T., Murata M., and Sasaki G (1999), “Coherent two-dimensional lasing action in surface-emitting laser with triangularlattice photonic crystal structure”, Appl Phys, 75, pp 316 [13] Jans S., He J., Wasilewski Z R., and Cada M (1995), “Low threshold optical ista le switching in an asymmetric λ/4-shifted distributed-feedback heterostructure”, App Phys Lett, 67, pp 1051 [14] John S (1987), “Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices”, Phys Rev Lett, 58, pp 2486–2489 [15] Kanskar M., Paddon P., Pacradouni V., Morin R., Busch A., Young J F., Johnson S R., MacKenzie J., and Tiedje T (1997), “O servation of leaky sla modes in a air-bridged semiconductor waveguide with a two-dimensional photonic lattice”, Appl Phys Lett, 70, pp 1438 [16] Laniel J M., Ho N., and Vallee R (1978), “Nonlinear-refractive-index measurement in As2S3 channel waveguides by asymmetric self-phase modulation”, J Opt Soc Am, 68, pp 437-45 [17] Lin S F., Wang C M., Ding T J., Tsai Y L., Yang T H., Chen W Y., and Chang J Y (2012), “Sensitive metal layer assisted guided mode resonance iosensor with a spectrum inversed response and strong asymmetric resonance field distri ution”, Opt Express, 20, pp 14584-14595 [18] Magnusson R., and Gaylord T K (1978), “Diffraction efficiencies of thin phase gratings with arbitrary grating shape”, J Opt Soc Am, 68, pp 806-9 [19] Magnusson R., and Wang S S (1992), “New principle for optical filters”, Appl Phys Lett, 61(9), pp 1022-1024 [20] McCall S L., Gibbs H M., Churchill G G., Venkatesan T N C (1974), Bull Am Phys Soc, 20, pp 636 [21] McCall S L., Gi s H M., and Venkatesan T N C (1975), “Optical transistor and ista ility”, Journal of the Optical Society of America, 65(10), pp 1184-1184 59 [22] Meier M., Mekis A., Dodabalapur A., Timko A., Slusher R E., and Joannopoulos J D (1999), “Laser action from two-dimensional distributed feed back in photonic crystals”, Appl Phys Lett 74, pp 7-9 [23] Min C., Wang P., Chen C., Deng Y., Lu Y., Ming H., Ning T., Zhou Y., and Yang G (2008), “All-optical switching in subwavelength metallic grating structure containing nonlinear optical materials”, Opt Lett, 33, pp 869 [24] Ngo Q M., Hoang T T., Nguyen D L., Lam V D., and Pham V H (2013), “Metallic assisted guided-mode resonances in slab waveguide gratings for reduced optical switching intensity in ista le device”, Journal of Optics, pp 15055503 [25] Ngo Q M., Le Q K., and Lam V D (2012), “Optical ista ility ased on guided-mode resonance in photonic crystal sla s”, J Opt Soc Am B, 29(6), pp 1291-5 [26] Ngo Q M., Kim S., and Lim H (2012), “All-optical switches based on multiple cascaded resonators with reduced switching intensity-reponse time products”, J.Linghtwave Technol, 30, pp 3525-31 [27] Pendry J B (2000), “Negative refraction makes a perfect lens”, Phys Rev Lett, 85, pp 3966 [28] Peng S., Morris G M (1996), “Resonant scattering from two-dimensional gratings”, J Opt Soc Am A, 3, pp 993-1005 [29] Radic S., George N and Agrawal G P (1994), “Optical switching in λ/4shifted nonlinear periodic structures”, 19, pp 1789-91 [30] Reyleigh L (1887), “On the maintenance of vi rations y forces of dou le frequency, and on the propagation of waves through a medium endowed with a periodic structure”, Philosophical Magazine, 24, pp 145-159 [31] Sacks Z S., Kingsland D M., Lee R., and Lee J F (1995), “A perfectly matched anisotropic a sor er for use as an a sor ing oundary condition”, IEEE Trans Antennas Propag, 43 (12), pp 1460-1463 [32] Saleh B E A (1991), Fundametals of Photonic 60 [33] Smith D., Padilla W., Vier D., Nemat-Nesser S., and Chultz S (2000), Phys Rev Lett, 84, pp 4184 [34] Soljacic M., Luo C., Joannopoulos J D., and Fan S (2003), “Nonlinear photonic crystal microcavities for optical integration”, Opt Lett, 28, pp 637 [35] Song H Y., Kim S., and Magnusson R (2009), “Tuna le guided-mode resonances in coupled gratings”, Opt Express, 17, pp 23544-23455 [36] Szăoke A., Daneu V., Goldhar J., and Kurnit N A (1969), “Bista le optical element and its applications”, Appl Phys Lett, 15, pp 376 [37] Vigoureux J M., and Raba F (1991), “A model for the optical transistor and optical switching”, Journal of Modern Optics, 38(12), pp 2521-2530 [38] Vincent P., Paraire N., Neviere M., Koster A., and Reinisch R (1985), “Grating in nonlinear optics and optical ista ility”, J Opt Soc Am B, 2, pp 1106 [39] Ya lonovitch E (1987), “Inhi ited spontaneous emission in solid-state physics and electronics”, Phys Rev Lett, 58, pp 2059–2062 [40] Yablonovitch E., (1987), “Inhi ited spontaneous emission in solid-state physics and electronics”, Phys Rev Lett 58, pp 2059 [41] Yee K (1996), “Numerical solution of initial oundary value pro lems involving Maxwell’s equations in isotropic media”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 14 (3), pp 302-307 61 Phụ lục Chƣơng trình mơ hệ số phản xạ cấu trúc ghép cặp cách tử phần tính tốn lý thuyết close all;clear all;clc deltatau=linspace(-40,40,500); deltaA=(-0.01:1000:0.01); teta=pi/2; i=sqrt(-1); C=20; A=(i.*deltatau).*exp(-i.*2.*teta)+(i.*(deltatau+deltaA))+(1-exp(-i.*2.*teta))(i.*C).*exp(-i.*teta); B=((i.*C)./2+exp(-i.*teta)).^2-((i.*(deltatau+deltaA)+1).*(i.*deltatau+1)); R=abs(A./B); plot(deltatau,R) Chƣơng trình mô hệ số phản xạ cấu trúc ghép cặp cách tử phần thiết kế tính tốn số (define-param index-h 2.38) (define-param index-l 1.50) ; high index ; low index (define-param h1 (/ 50 800)) (define-param h2 (/ 50 800)) ; hole thickness ; hole thickness (define-param t1 (/ 350 800)) (define-param t2 (/ 350 800)) ; grating thickness ; grating thickness (define-param d (/ 100 800)) ; distance between two gratings (define-param s (/ 100 800)) ; Shifted lateral aligment (define-param w (/ 400 800)) (define-param dpml 0.5) (define-param sy 4) ; holes width ; thickness of PML absorbing boundary layer ; size of cell in y direction (set! geometry-lattice (make lattice (size sy no-size))) (set! k-point (vector3 0 0)) ; periodic boundaries (set! pml-layers (list (make pml (direction Y) (thickness dpml)))) 62 (define-param no-grating? false) structure ; if true, have no grating, not grating (set! Geometry (if no-grating? (list (make block (center 0) (size infinity sy) (material (make dielectric (index indexl))) ) (list (make block (center 0) (size infinity infinity) (material (make dielectric (index index-l)))) (make block (center (+ (/ d 2) (/ t1 2))) (size infinity t1) (material (make dielectric (index index-h)))) (make block (center (+ (/ d -2) (/ t2 -2))) (size infinity t2) (material (make dielectric (index index-h)))) (make block (center 0) (size infinity d) (material air)) (make block (center s (+ (/ d 2) (/ h1 2))) (size w h1) (material air)) (make block (center (+ (/ d -2) (/ h2 -2))) (size w h2) (material air)) ) )) (set-param! resolution 50) ; # pixels/a (define-param fcen (/ 800 1586)) ; pulse center frequency (define-param df 0.1) ; pulse width (in frequency) ; Source -(set! sources (list (make source (src (make gaussian-src (frequency fcen) (fwidth df))) (component Ez) (center 0.0 -1.5) (size 0) ) )) ;(set! symmetries (list (make mirror-sym (direction X)))) ; exploit y=0 mirror ; (define-param nfreq 2000) ; number of frequencies at which to compute flux (define trans ; transmitted flux (add-flux fcen df nfreq 63 (make flux-region (center 1.40) (size 0) ))) (define refl ; reflected flux (add-flux fcen df nfreq (make flux-region (center -1.40) (size 0) ))) ; for normal run, load negated fields to subtract incident from refl fields (if (not no-grating?) (load-minus-flux "refl-flux" refl)) (run-sources+ 35000 (at-beginning output-epsilon) (at-every 10000 output-efield-z)) ; for normalization run, save flux fields for refl plane (if no-grating? (save-flux "refl-flux" refl)) (display-fluxes trans refl) ; print out the flux spectrum (power vs frequency) 64 ... chiều 1.2 Cộng hƣởng dẫn sóng lọc quang học 1.2.1 Cộng hƣởng dẫn sóng Cộng hưởng dẫn sóng (Guided-mode resonances - GMRs) ghép cặp cộng hưởng xạ bên ngồi với mode dẫn sóng phiến cách tử dẫn sóng... THU TRANG CỘNG HƢỞNG DẪN SÓNG VÀ LINH KIỆN QUANG TỬ LƢỠNG TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH SỬ DỤNG CẤU TRÚC TINH THỂ QUANG TỬ MỘT CHIỀU Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC... cặp gián tiếp hai cộng hƣởng Hình 2.4 Mơ hình cấu trúc ghép cặp gián tiếp hai cộng hưởng Giả sử tần số cộng hưởng ω1, ω2 tỷ lệ suy hao cộng hưởng 1/τ1 1/τ2, gọi iên độ hai cộng hưởng a1 a2.Từ lý