Mavzu: Dielektrik toʻlqinoʻtkazgich. Nuroʻtkazgich. Ularning qoʻllanilish sohalari

bet	1/2
Sana	18.06.2023
Hajmi	0.71 Mb.
	#1554417

1 2

Bog'liq
Dielektrik toʻlqinoʻtkazgich Nuroʻtkazgich Ularning qoʻllanilish

Dielektrik toʻlqinoʻtkazgich. Nuroʻtkazgich. Ularning qoʻllanilish sohalari

O’zbekiston Respublikasi Axborot Texnologiyalari va
kommunikatsiyalarni rivojlantirish Vazirligi
Muhammad Al-Xorazmiy nomidagi
Toshkent Axborot Texnologiyalari Universiteti.

Mavzu:
Dielektrik toʻlqinoʻtkazgich. Nuroʻtkazgich.
Ularning qoʻllanilish sohalari

Bajardi: Yunusov Rustam Maxamatkulovich
Tekshirdi: Rahmonova F

Toshkent 2023

Reja:
1. Dielektrik toʻlqinoʻtkazgich.
2. Nuroʻtkazgich.
3. Ularning qoʻllanilish sohalari
Xulosa
Foydalanilgan adabiyotlar

To'lqin uzatgichlari - radio to'lqinlar, mikroto'lqinlar va infraqizil to'lqinlar
kabi elektromagnit to'lqinlarni yo'naltirish va tarqatish uchun ishlatiladigan
tuzilmalar. To'lqin o'tkazgichlari metall to'lqin o'tkazgichlar va dielektrik to'lqin
o'tkazgichlarga bo'linishi mumkin. Metall to'lqin uzatgichlari metalldan qilingan,
dielektrik to'lqin uzatgichlarda esa dielektrik interfeys elektromagnit to'lqinlarni aks
ettirishga imkon beradi.
Dielektrik to'lqin yo'riqnomasi ilovalariga monolit integral mikrosxemalar, optik
aloqalar, o'rnatilgan optik tizimlar va qisqaroq millimetrli to'lqin uzunligi tizimlari
kiradi. Ushbu maqolada biz to'lqin o'tkazgichlarining tasniflarini, shuningdek, turli
xil dielektrik to'lqin qo'llanmalarini o'rganamiz.
To'lqin yo'riqnomalari nima?
To'lqin o'tkazgichlari elektromagnit energiyani ma'lum bir chastota diapazonida
kosmosda kerakli yo'nalishda bir nuqtadan ikkinchisiga tarqatish uchun turli xil
ilovalarda qo'llaniladi. To'lqin o'tkazgichning tuzilishi to'lqin o'tkazgichning ishlash
o'tkazish qobiliyatiga ta'sir qiladi. To'lqin o'tkazgichning pastki ish chastotasi to'lqin
o'tkazgich strukturasining elektr xususiyatiga bog'liq.
Elektromagnit to'lqin to'lqin o'tkazgichning bir uchidan uzatilganda, u to'lqin
o'tkazgichning ichki tuzilishi tufayli aks etadi. To'lqin qo'llanmasida aks ettirilgan
to'lqinlar orasidagi o'zaro ta'sir rejimlar deb ataladigan diskret xarakterli naqshlarni
hosil qiladi. Rejimlar soni to'lqin o'tkazgichning geometriyasiga, to'lqin
o'tkazgichdagi muhitga va ish chastotasiga bog'liq.
To'lqin o'tkazgichlarda rejimlar ko'ndalang elektr (TE) rejimi yoki ko'ndalang
magnit rejim (TM) bo'lishi mumkin. To'lqin o'tkazgichlar tuzilishi bir o'tkazgichdan
iborat
bo'lganligi
sababli
transvers
elektromagnit
(TEM)
tarqalishini
qo'llabquvvatlamaydi.
To'lqin o'tkazgichlarning tasnifi
To'lqin o'tkazgichlarini qurish uchun ishlatiladigan materialga qarab, ularni
quyidagilarga bo'lish mumkin:
a. Metall to'lqin o'tkazgichlari: Metall to'lqin uzatgichlari yopiq metall
quvurlardan iborat. Metall to'lqin o'tkazgichlarda to'lqin tarqalishining asosiy

printsipi o'tkazuvchi yon devorlardan to'liq ichki aks etishdir. To'rtburchak
to'lqin o'tkazgichlar va dumaloq to'lqin o'tkazgichlar metall to'lqin
o'tkazgichlarga misoldir.
b. Dielektrik to'lqin o'tkazgichlari: to'lqin o'tkazgich strukturasida dielektrik
materiallarning mavjudligi dielektrik to'lqin o'tkazgichlarini hosil qiladi. Ular
to'lqin tarqalishi uchun dielektrik interfeysdan ko'zguga tayanadi.
Dielektrik to‘lqin o‘tkazgichlar va ularning qo‘llanilishini o‘rganamiz.
Dielektrik to'lqin o'tkazgichlari
Oddiy dielektrik to'lqin o'tkazgich, odatdagi dielektrik plita to'lqin o'tkazgich deb
ataladi, u substrat va qopqoq o'rtasida joylashgan n
r
sinishi indeksiga ega bo'lgan
tekis plyonkadan iborat . To'liq ichki aks ettirish orqali boshqariladigan yorug'lik
plyonka-substrat va plyonka-qopqoq interfeyslari o'rtasida ichki aks ettiriladi va
maqsadli joyga oldinga tarqaladi.
Sinishi indeksi
Turli materiallar dielektrik to'lqin o'tkazgichlarni tashkil qiladi va dielektrik to'lqin
o'tkazgichlarda ishlatiladigan materiallarning sinishi ko'rsatkichlari yorug'likni
manbadan maqsad joyga yo'naltirishda juda muhimdir. Sinishi indeksi dielektrik
to'lqin qo'llanma strukturasining xususiyatlarini aniqlaydigan muhim parametrdir.
Substrat n s
va qopqoq n
c
sinishi ko'rsatkichi n
r
sinishi ko'rsatkichidan past bo'lishi kerak
. Qopqoq material odatda havo bo'lib, u birlikka teng bo'lgan sinishi indeksiga ega.
Odatda, sinishi indeksi qiymatlari farqlari 10
-3
dan 10
-1
gacha , plyonka qalinligi
esa 1 mikron.
Dielektrik to'lqin o'tkazgichlarining turlari
Dielektrik to'lqin o'tkazgichlarning turlari :
1. Dielektrik plita to'lqin o'tkazgich - Agar n
s
= n
c
bo'lsa , to'lqin o'tkazgich
strukturasi nosimmetrik dielektrik plita to'lqin o'tkazgichga aylanadi. Qachon
n
s
≠ n
c
bo'lsa , u holda struktura assimetrik dielektrik plita to'lqin
qo'llanmasidir.

2. Optik tola - Optik tolalar eng muhim dielektrik to'lqin o'tkazgichdir. Ular
shisha yoki plastmassadan tayyorlangan bo'lib, optik aloqa tizimlarida
yorug'lik impulslari ko'rinishidagi ma'lumotlarni uzatish uchun ishlatiladi.
Dielektrik to'lqin yo'riqnomasi ilovalari
Dielektrik to'lqin o'tkazgichlari integratsiyalashgan optik tizimlar, optik aloqalar
(optik tolalar) va qisqaroq millimetrli to'lqin uzunligi ilovalarida juda muhimdir.
Integratsiyalashgan optika
Dielektrik to'lqin o'tkazgichlari ko'pincha boshqariladigan to'lqinli qurilmalarda va
yorug'likni afzal yo'nalishda cheklash va yo'naltirish uchun integral optik
sxemalarda qo'llaniladi. Odatda, integral optikada planar dielektrik tuzilmalar,
masalan, tekis chiziqlar yoki plyonkalar qiziqish uyg'otadi. Lazerlar va
modulyatorlar kabi faol o'rnatilgan optik qurilmalarda dielektrik chiziqli to'lqin
o'tkazgichlari tomonidan taqdim etilgan optik chegara qo'zg'alish kuchlanishini va
haydovchi quvvatini tejash uchun ishlatiladi.
Optik aloqa
Optik tolalarning keng qo'llanilishi optik chastota manbalari, ayniqsa lazerlar
sohasidagi ishlanmalar natijasida paydo bo'ldi. Optik tolalar odatda dielektrik
material qoplamasi bilan o'ralgan dumaloq yadrodan iborat. Dumaloq yadro
ko'pincha dielektrik doimiylikda radial ravishda o'zgaradi.
Optik aloqa, internet aloqasi, kabel televideniesi va televizion eshittirish tizimlari
optik tolalardan foydalanishdan foyda ko'radi . Optik tolalar orqali uzatiladigan
ma'lumotlar ko'proq quvvat va kamroq buzilish bilan uzoq masofalarni bosib o'tadi.
Optik tolalar orqali signal uzatish yuqori tezlikdagi ma'lumotlarni uzatish,
ma'lumotlar xavfsizligi va aloqa tizimlarida ma'lumotlar ishonchliligi kabi
afzalliklarni taqdim etadi.
Qisqa millimetr-to'lqin uzunligi ilovalari
Dielektrik to'lqin o'tkazgichlari to'lqin tarqalishining TE va TM rejimlarini
qo'llabquvvatlaydi va miniatyura uchun mos keladi. Dielektrik to'lqin
o'tkazgichlarining kichik ixcham o'lchamlari va to'lqin tarqalishi rejimlari ularni
millimetrli to'lqin uzunligi signallaridan foydalanadigan faol qurilmalar bilan

integratsiya qilish uchun qulay qiladi. Millimetrli to'lqinli integral sxemalarda
dielektrik to'lqin o'tkazgichlari optik to'lqin o'tkazgichlarining past chastotali
nusxalarini hosil qiladi.
Spektroskopiya, sensorlar, radarlar va tasvirlashda Terahertz ilovalari parallel
plastinkali dielektrik to'lqin o'tkazgichlardan foydalanadi. Parallel plastinka
dielektrik to'lqin o'tkazgichlari mukammal o'tkazuvchan bo'lgan parallel plitalardan
iborat va parallel plitalar orasiga uchta to'rtburchaklar dielektrik materiallar
joylashtirilgan. Parallel plastinkali dielektrik to'lqin o'tkazgichlari tomonidan
namoyish etilgan kuchli energiya konsentratsiyasi va zaif nurlanish maydoni
terahertz ilovalarida yaxshi natijalar beradi.
To'lqin o'tkazgichdagi tarqalish rejimi to'lqin tenglamalarining bir yechimi yoki
boshqacha aytganda, to'lqin shaklidir.
[8]
Chegaraviy shartlarning cheklovlari tufayli
toʻlqin qoʻllanmasida tarqalishi mumkin boʻlgan toʻlqin funksiyasi uchun faqat
cheklangan chastotalar va shakllar mavjud. Muayyan rejim tarqalishi mumkin
bo'lgan eng past chastota bu rejimning kesish chastotasidir . Eng past kesish
chastotasiga ega bo'lgan rejim to'lqin o'tkazgichning asosiy rejimidir va uning kesish
chastotasi to'lqin o'tkazgichning kesish chastotasi hisoblanadi.
Tarqalish rejimlari mintaqani chegaralovchi geometrik shakl va materiallarga qarab
bir qator chegara shartlari bilan birga Helmgolts tenglamasini echish orqali
hisoblanadi . Cheksiz uzun bir xil to'lqin o'tkazgichlari uchun odatiy taxmin
to'lqinning tarqalish shaklini olishimizga imkon beradi, ya'ni har bir maydon
komponentining tarqalish yo'nalishiga ma'lum bog'liqligi borligini bildiradi (ya'ni.
). Aniqroq aytganda, umumiy yondashuv avvalo barcha noma'lum vaqt
o'zgaruvchan noma'lum maydonlarni almashtirishdir ( kartezian komponentlardagi
maydonlarni tavsiflashning soddaligi uchun ) ularning murakkab fazalari bilan ,
chastotadagi har qanday cheksiz uzunlikdagi bitta tonli signalni to'liq tavsiflash
uchun etarli , (burchak chastotasi ), Helmgolts tenglamasini va chegara shartlarini
mos ravishda qayta yozing. Keyin, har bir noma'lum maydon o'xshash shaklga ega

bo'lishga majbur bo'ladi , qayerda atama to'lqin o'tkazgich cheksizgacha cho'zilgan
yo'nalish bo'ylab tarqalish konstantasini (hali noma'lum) ifodalaydi. Helmgolts
tenglamasini bunday shaklga moslashtirish uchun qayta yozish mumkin va natijada
olingan tenglikni echish
kerak.
va
, oxirida uchun xos qiymat tenglamasini beradi
va mos
keladigan xos funktsiya
birinchisining har bir yechimi uchun.
Tarqalish konstantasi boshqariladigan to'lqinning murakkabligi, umuman olganda.
Yo'qotishsiz holat uchun tarqalish konstantasi xos qiymat tenglamasining tanlangan
yechimiga va burchak chastotasiga qarab haqiqiy yoki xayoliy qiymatlarni olishi
mumkin. . Qachon sof haqiqiy, rejim "kesish ostida" deyiladi, chunki maydon
fazalarining amplitudasi tarqalish bilan eksponent ravishda pasayadi; xayoliy ,
buning o'rniga, "tarqalishda" yoki "chekdan yuqori" deb aytilgan rejimlarni
ifodalaydi, chunki fazalarning kompleks amplitudasi bilan o'zgarmaydi.
Infraqizil va ko'rinadigan spektrdagi metallarning elektromagnit reaktsiyasi asosan
xayoliy sinishi indeksi [ 3 ] bilan tavsiflanadi, bu esa sub-diffraktsiya shkalasi optik
tarqalishi bilan to'lqin o'tkazgichlarini aniqlash imkonini beradi. Rejim o'lchami va
tarqalish yo'qolishi o'rtasida barcha plazmon to'lqin o'tkazgich geometriyalarida
asosiy o'zaro kelishuv mavjud. 20 nm oltin plitalari uchun 6 dB/sm tarqalish
yo'qotishlari haqida xabar bergan Nikolaysen va boshqalarning ishida bo'lgani kabi,
katta rejim o'lchami hisobiga tarqalishning kam yo'qolishi mumkin, ammo diametri
12 mkm [4] . ]. Boshqa tomondan, Takahara va boshqalar 20 nm diametrli kumush
nanosimlarda yo'naltirishni bashorat qilishgan, rejim maydoni diametri taxminan 10
nm, lekin nazariy tarqalish yo'qotishlari 3 dB / 410 nm [1 ]]. Ushbu yo'qotish
nanomiqyosdagi fotonik sxemalar uchun maqbul bo'lsa-da, bunday yo'qotishlar
bilan keng miqyosli integratsiyani amalga oshirish mumkin emas. Tolali rejimlardan
keng miqyosli plazmon to'lqin o'tkazgichlarga samarali ulanishi ko'rsatilgan bo'lsada
[ 4 ], nano-miqyosdagi plazmon geometriyalari uchun keng miqyosli integratsiya va

chipdan tashqari ulanishning haqiqiy yo'li hali ko'rsatilmagan. Natijada,
subdiffraktsiya shkalasi plazmon optikasi uchun qilingan ko'plab joriy o'lchovlar
chipdagi floresans [5] kabi to'g'ridan-to'g'ri so'roq usullari bilan amalga oshirildi .
Berini tomonidan kichik kenglik va qalinlikdagi plazmon to'lqin o'tkazgichlarining
rejimlari bo'yicha muhim ishlar amalga oshirildi.], u har qanday metall-dielektrik
interfeysida plazmon rejimi mavjudligini ko'rsatdi va yupqa chiziqli metall to'lqin
o'tkazgichlarning xususiyatlarini o'rganib chiqdi.
Plazmonga asoslangan to'lqin o'tkazgichlari yorug'likni kichik o'lchovlarda
boshqarishning yagona usuli emas. Xususan, biz ilgari Silicon-On-Izolyatorda (SOI)
Silikonning dielektrik tizma to'lqin yo'riqnomalarini ko'rsatdik, ular 6-7 dB / sm [ 7
] past tarqalish yo'qotilishiga ega. Tartibning o'lchami asosan diffraktsiya bilan
cheklangan bo'lsa-da, optik energiyaning 90% 1,5 kvadrat mikronli hududda, quyida
batafsil tavsiflangan to'lqin o'tkazgichlarda joylashgan. Kam yo'qotishlarga erishish
mumkin bo'lganligi sababli, SOI to'lqin qo'llanmalari chip miqyosidagi qurilmalar
integratsiyasi uchun istiqbolli yo'ldir. Ehtimol, eng muhimi, tashqi toladan SOI
to'lqin qo'llanmasiga samarali, keng polosali ulanish uchun ko'plab geometriyalar
namoyish etilgan [ 8 , 9]]. Shunday qilib, bizning ushbu ishdagi maqsadimiz SOI
to'lqin o'tkazgichlari va nano-miqyosdagi plazmon to'lqin o'tkazgichlari birgalikda
mavjud bo'lgan tizimni yaratishdir.
45 ta shaxsiy kompyuterning [ 10 ] taqsimlangan klasteridagi uch o'lchovli
Cheklangan Farq Vaqt Domenining (FDTD) modellari optik maydonning metall
bilan o'zaro ta'sirini simulyatsiya qilish uchun Drude modelini amalga oshirish orqali
plazmon to'lqin o'tkazgichlarini loyihalash uchun ishlatilgan [ 11 ]. 10 nm fazoviy
diskretizatsiyadan foydalanilgan, vaqt diskretizatsiyasi barqarorlik chegarasining
90% ni tashkil qiladi [ 12]]. 100 nm qalinlikdagi kumush qatlamining chetida hosil
bo'lgan plazmon to'lqin o'tkazgichining rejimlari fazoviy filtrlash yo'li bilan hal
qilindi va to'lqin o'tkazgichning yo'qolishi 1,4 dan 1,6 mkm gacha bo'lgan to'lqin
uzunliklari uchun taxminan -0,4 dB/mkm bo'lishi taxmin qilingan. Kumush plita
qalinligi 1,4 mkm bo'lgan kremniy dioksid qatlamining tepasida joylashgan bo'lib, u
o'z navbatida kremniy tutqich bilan mustahkamlangan. Plazmon rejimining optik

energiyasining 90% kumush plitaning chetida taxminan 1 kvadrat mikron
mintaqasida joylashgan. Butun geometriya polimetilmetakrilat (PMMA) bilan
qoplangan bo'lib, u yaqin infraqizil rejimda past optik yo'qotishlarni ko'rsatishi
ma'lum [ 5 ]. Bunday tizimda qalinligi .12 mkm bo'lgan .5 mkm to'lqinli to'lqin
o'tkazgich tomonidan hosil qilingan kremniy to'lqin o'tkazgichlarining xususiyatlari
ham o'rganildi. 1-rasmikkala rejim uchun simulyatsiya natijalarini ko'rsatadi. Ikkala
rejim ham, birinchi navbatda, chip yuzasiga parallel ravishda E maydoni bilan
polarizatsiyalangan.
1-rasm. A) va B) da E maydon vektor komponentlari tadqiqotimizda foydalanilgan
plazmon va kremniy to'lqin o'tkazgichlar uchun berilgan. C) ikkala rejimning
dispersiya diagrammalarini ko'rsatadi.
To'liq o'lchamda yuklab olish | PDF
3. Tajriba
Optik sxemalarni qurish uchun taxminan 120 nm qalinlikdagi yuqori kremniy
qatlami va 1,4 mikron ko'milgan oksid qatlami bilan SOI gofretlari olingan. Dow
Corning HSQ rezistenti [ 13 ] chipga aylantirildi, 170 C da pishirildi va kremniy
to'lqin o'tkazgichlari 3500 mkC/sm
2
da tijorat elektron nurli litografiya tizimida 100
kV da ta'sir qildi . Rivojlanishdan so'ng, naqsh o'tkazish xlorli ICP plazmasi
yordamida amalga oshirildi [ 14]. Metall qatlam uchun PMMA qarshiligi yana chip
yuzasiga aylantirildi va 100 nm kumush bug'lanib, keyin metall ko'tarildi. Nihoyat,
PMMA ning qalin qatlami tugallangan namunaga aylantirildi va pishirildi - bu

qatlam kumushni oksidlanishdan himoya qilish uchun suv diffuziya to'sig'i va to'lqin
o'tkazgichlar uchun qoplama qatlami sifatida xizmat qildi.
Plazmon va SOI to'lqin o'tkazgichlari o'rtasidagi samarali ulanishga yo'nalishli
ulanish orqali erishildi. FDTD simulyatsiyalari plazmon va kremniy to'lqin
o'tkazgichlari o'rtasida 150 nm bo'linish bilan 1,8 mkm bo'lgan ulanish uzunligi 1520
nm da eng yuqori qiymati 2,4 dB bo'lgan keng polosali ulanish samaradorligiga olib
kelishini taxmin qildi. Bizning simulyatsiyalarimizda, kremniy va metall to'lqin
o'tkazgichlari o'rtasida bog'langan yorug'lik miqdori ular bir-biriga parallel bo'lgan
uzunlik funktsiyasi sifatida tebranishi aniqlandi, bu bizning bog'lanishni tabiatan
yo'nalishli deb tavsiflashni oqlaydi, aksincha. dumba ulash. 2-rasmto'lqin uzunligi
funktsiyasi sifatida kiritish yo'qotilishini, shuningdek, ulanish simulyatsiyasining
ko'rsatilgan tasvirini ko'rsatadi. Afsuski, ulanish samaradorligi kremniy va plazmon
to'lqin o'tkazgichlari orasidagi masofadagi kichik buzilishlardan katta zarar ko'radi,
FDTD 50 nm ofset uchun 3 dB darajasida tushishni taxmin qiladi. Noto'g'ri
taqsimlangan samaradorlik 2-rasmda ham tasvirlangan . Chetlarning noto'g'ri
hizalanishiga yuqori sezuvchanlik tufayli bizning ko'p qatlamli ishlab chiqarishimiz
har ikkala Kartezian o'qlarida ± 50 nm ataylab noto'g'ri moslashtirilgan takroriy
qurilmalar yordamida zebra niqobi bilan bajarilishi kerak edi.
Shakl 2. (a) dielektrik plazmonni ulash qurilmasining sxemasi ko'rsatilgan.
Simulyatsiyaning ko'rsatilishi (b) da ko'rsatilgan, (c) esa ulash moslamasi uchun
simulyatsiya qilingan kiritish yo'qotilishini dB va to'lqin uzunligi mkm da ko'rsatadi.
Shuningdek, ishlab chiqarishdagi noto'g'ri hizalama tufayli yuzaga kelishi mumkin

bo'lgan ulash moslamasining 50 nm ga ko'payishi yoki kamayishi bilan kiritish
yo'qotishlari ham ko'rsatilgan.
To'liq o'lchamda yuklab olish | PDF
Biz ishlab chiqargan birinchi turdagi qurilma 2 dan 12 mkm gacha bo'lgan
plazmonning tarqalish uzunligi o'zgarib turadigan to'g'ridan-to'g'ri plazmon to'lqin
uzunliklaridan iborat edi. Ushbu sinov uchun avtomatlashtirilgan, kompyuter
tomonidan boshqariladigan optik moslashtirish tizimi ishlab chiqilgan. Yorug'lik
standart ulanish geometriyalaridan foydalangan holda tolalar qatorini saqlaydigan
polarizatsiyadan SOI to'lqin o'tkazgichlariga va tashqarisiga birlashtirilgan [ 8]]. Har
bir qurilmani tavsiflash uchun kirish lazeri -3 dBm lazer kuchida to'lqin uzunligi
bo'ylab 0,01 nm qadam bilan taralgan. Biz 1,5 dan 1,53 mkm gacha bo'lgan bo'sh
joy to'lqin uzunliklari uchun qurilma javoblarini samarali o'lchashga muvaffaq
bo'ldik, bu tarmoqli kengligi diapazoni deyarli optik tolali telekommunikatsiya
diapazonini qamrab oladi. Plazmon qurilmalari bo'lmagan oddiy SOI to'lqin
o'tkazgich halqalaridan iborat bo'lgan asosiy kalibrlash halqalari sinov o'rnatish va
tolaning SOI to'lqin o'tkazgich ulash moslamasining asosiy kiritish yo'qotilishini
o'lchash uchun ishlatilgan.
Bashorat qilinganidek, bizning qurilmalarimizning chastotali javobi 1,5–1,53
mikron rejimida juda tekis edi. Har bir uzunlik uchun ishlab chiqarilgan 150 ga yaqin
qurilmalardan iborat eng yaxshi 5 ta qurilma uchun 1,51 mkm dan 1,52 mkm gacha
bo'lgan spektral mintaqadagi eng yuqori uzatishni hisobga olgan holda, biz plazmon
to'lqin o'tkazgichining ulanish yo'qolishini va tarqalish yo'qolishini aniqlash uchun
chiziqli regressiyani amalga oshirdik. Bu qiymatlar mos ravishda 4,2±1,6 dB va
1,3±,4 dB/mkm deb topildi. O'lchangan eng yaxshi qurilma 3,4±,4 dB muftani
kiritish yo'qolishini ko'rsatdi. O'lchangan ulanish samaradorligi FDTD dan prognoz
qilingan qiymatga mos keladi, plazmon to'lqin yo'riqnomasida tarqalish yo'qolishi
aniq yuqori; Bu, ehtimol, kumush plitaning chetida ishlab chiqarilgan
kamchiliklarning natijasidir. O'rnatilgan chiziq va bu ma'lumotlarning tarqalish
grafigi 3-rasmda ko'rsatilgan. Ma'lumotlardagi xatolarning tarqalishi Gausscha

emas, ehtimol litografiya qatlamlari orasidagi noto'g'ri hizalanishlarni hal qilish
uchun zebra niqobi strategiyasidan foydalanganimiz sababli.
Hech qanday metall konstruktsiya bo'lmaganda, silikon to'lqin o'tkazgichlari
o'rtasida sezilarli bog'lanish mavjud. Plazmon to'lqin o'tkazgichlarining yuqori
so'rilishi tufayli bo'sh joyni ulashdan yo'qotish plazmon to'lqin o'tkazgichlarining
yo'qotishlariga o'xshaydi va shuning uchun to'g'ridan-to'g'ri to'lqin o'tkazgich
qurilmalarini metall konstruktsiyali va metall konstruktsiyalarsiz taqqoslash
plazmonni boshqarishning ishonchli dalillarini keltirmaydi. Biroq, bizning
simulyatsiyalarimiz shuni ko'rsatadiki, bo'sh joy rejimi metall strukturaning
qo'shilishi bilan butunlay buzilgan. Bundan tashqari, metalldan chiqib ketadigan 1
mkm × 1 mkm nuqsonlar qo'shilishi bilan (bukish moslamalari uchun quyida
ko'rsatilganlarga o'xshash) plazmon rejimi butunlay buziladi. Ushbu nuqsonlar
qo'shilgan holda o'chirish o'lchovlari o'lchov sozlamalaridagi shovqin darajasi bilan
cheklangan, nuqsoni bo'lgan va bo'lmagan qurilmalar o'rtasida doimiy ravishda 10
dB dan ortiq umumiy so'nish imkonini beradi. Kamchilikning yuqori darajadagi
lokalizatsiyasi tufayli bo'sh joyni ulashni sezilarli darajada susaytirishi kutilmaydi.
Biroq, plazmon rejimining uzatilishini butunlay buzish uchun simulyatsiyalarda
bunday nuqsonlar topilgan. Metall yo'qligida yaxshi bog'lanish tufayli, bu tuzilmalar
plazmonni yo'naltirish uchun ishonchli dalillarni keltirmaydi, ammo yo'naltiruvchi
va ulanishni tasdiqlash uchun quyida keltirilgan egilish ma'lumotlari bilan to'lqin
yo'nalishidagi yo'qotishlarni tavsiflash uchun qonuniy ravishda foydalanish
mumkin. plazmon rejimining uzatilishini butunlay buzish uchun simulyatsiyalarda
bunday nuqsonlar topildi. Metall yo'qligida yaxshi bog'lanish tufayli, bu tuzilmalar
plazmonni yo'naltirish uchun ishonchli dalillarni keltirmaydi, ammo yo'naltiruvchi
va ulanishni tasdiqlash uchun quyida keltirilgan egilish ma'lumotlari bilan to'lqin
yo'nalishidagi yo'qotishlarni tavsiflash uchun qonuniy ravishda foydalanish
mumkin. plazmon rejimining uzatilishini butunlay buzish uchun simulyatsiyalarda
bunday nuqsonlar topildi. Metall yo'qligida yaxshi bog'lanish tufayli, bu tuzilmalar
plazmonni yo'naltirish uchun ishonchli dalillarni keltirmaydi, ammo yo'naltiruvchi
va ulanishni tasdiqlash uchun quyida keltirilgan egilish ma'lumotlari bilan to'lqin

yo'nalishidagi yo'qotishlarni tavsiflash uchun qonuniy ravishda foydalanish
mumkin.
Shakl 3. (a) plazmon to'lqin uzatuvchi uzunlikdagi qurilmaning sxemasi va (b) ishlab
chiqarilgan qurilmaning SEM tasvirini ko'rsatadi. (c) tarqalish grafigi va o'rnatilgan
chiziqni, shuningdek kontrast uchun 5 ta eng yaxshi kalibrlash kiritish yo'qotish
tuzilmalarining tarqalish sxemasini ko'rsatadi. O'qlar mkmdagi plazmon to'lqin
o'tkazgich uzunligiga nisbatan dBda toladan tolaga qo'shilish yo'qolishidir.
Tabiiyki, biz kremniy to'lqin o'tkazgichlari orasidagi bo'sh joyni ulashdan farqli
o'laroq, plazmon yo'nalishi haqiqatda sodir bo'lganligini tasdiqlashni xohladik.
Kichik egilish radiuslariga erishish uchun qattiq plazmon to'lqin o'tkazgichdan
foydalanadigan egri plazmon to'lqin uzatuvchi qurilmalar ishlab chiqarildi. Ushbu
qurilmalar yuqorida tavsiflangan plazmon-dielektrik biriktirgichlar va 0,5 mkm
egilish radiusi bilan ishlab chiqarilgan. 4- rasmda, biz plazmon egilish moslamasini,
nuqsoni qo'shilgan plazmon burma qurilmasini va metall qatlami bo'lmagan
qurilmani ko'rsatamiz. Shuningdek, biz FDTD simulyatsiyalarining renderlarini va
simulyatsiya natijalarini ko'rsatamiz. Nihoyat, biz ishlab chiqarilgan qurilmalardan
o'lchangan ma'lumotlarni ko'rsatamiz. Biz har bir turdagi taxminan 25 ta qurilmadan
tanlab olingan eng yaxshi qurilma o'lchovlarini tanladik. Shaffoflik uchun biz
o'lchangan xom ma'lumotlarni, shuningdek, oddiy SOI to'lqin qo'llanmasini
kalibrlash halqasi uchun toladan tolaga qo'shilishning yo'qolishi bo'lgan sinovni
o'rnatishning asosiy egri chizig'ini ko'rsatamiz. Spektrlarda kuzatilgan to'lqinlanish
chipdagi va bo'shliqlarni hosil qiluvchi kirish bog'lovchilarimizdagi qaytish

yo'qotishlari bilan bog'liq. FDTD simulyatsiyalari prognozlariga ko'ra, 0,5 mkm
egilish moslamasi 1,5-1,53 mikron oralig'ida 11 dB kiritish yo'qotilishiga ega bo'lishi
kerak, nuqson esa butun egilish uchun 16 dB yo'qotishni keltirib chiqaradi. Balki
bundan ham muhimi, metall qatlamning to'liq yo'qligi 25 dB kiritish yo'qotilishini
keltirib chiqaradi. O'lchagan qurilmaning ishlashi -55 dB sinov shovqin darajasi
hisobga olinsa, ushbu qiymatlarga taxminan mos keladi. E'tibor bering, egilish
kalibrlash moslamasida kuzatilgan qariyb 15 dB so'nish simulyatsiya qilingan 11 dB
qiymatiga yaqinroq, chunki plazmon to'lqin o'tkazgichning tarqalish yo'qolishi
simulyatsiya qilingan qiymatdan taxminan ,9 dB/mkm yuqoridir, bu katta ehtimollik
bilan chekka pürüzlülüğüdür.
4-rasm. Qurilmaning joylashuvi va FDTD simulyatsiyasidan olingan tasvirlar
nosoz, metallsiz va nuqsonli qurilmalar uchun yuqori chapdan soat yo'nalishi
bo'yicha A) da ko'rsatilgan. Tekislikdan tashqaridagi H maydoni ko'k va qizil
rangda ko'rsatilgan. B) da har bir turdagi eng yaxshi o'lchangan qurilmalarning
uzatish spektrlari ko'rsatilgan, toladan tolaga qo'shilish yo'qolishi dB dagi lazer
to'lqin uzunligiga mkm ga nisbatan chizilgan. Taqqoslash uchun asosiy
kalibrlash halqa spektri ham ko'rsatilgan. Òebranishlarning tarqalishini
quyidagi tajriba yordamida kuzatish mumkin. Aytaylik, bir uchi mahkamlangan
uzun
rezina
shnur berilgan bo‘lsin. Agar shnurning ikkinchi uchidan biroz
tortib turib, tebranma harakatga keltirilsa (shnur uchidan ushlab
siltab yuborilsa), hosil bo‘lgan bukilish shnur bo‘ylab ma’lum
bir tezlik bilan „chopadi“. Bukilish shnur mahkamlangan joyga borgach, orqaga

qaytadi
va
qarama-qarshi
yo‘nalishda
tarqala
boshlaydi
.
Agar
shnurning
uchini
uzluksiz

tebrantirib
turilsa,
shnur
bo‘ylab
to‘lqin
tarqaladi
.
Shnur
qancha
tarang
tortilsa,
to‘lqin
shuncha
tez
tarqaladi.
Òo‘lqinning tarqalishida faqat shnur shaklining o‘zgarib turishini,
biroq shnurning har bir qismi o‘zining o‘zgarmas muvozanat
vaziyatiga nisbatan tebranishini kuzatish mumkin. Zarralarning tebranishi
to‘lqin
tarqalayotgan
yo‘nalishga
nisbatan qanday yo‘nalganligiga qarab, to‘lqinlar k o ‘ n d a l a n g
va
bo‘ylama
to‘lqinlarga
ajratiladi.
Ko‘ndalang
to‘lqinlarda
muhitning zarralari to‘lqin tarqalayotgan yo‘nalishga perpendikular
yo‘nalishda tebranadi. Shnur bo‘ylab tarqalayotgan to‘lqin k o ‘ n -
d a l a n g t o ‘ l q i n bo‘ladi. Bo‘ylama to‘lqinda
muhitning
zarralari
to‘lqin
tarqalayotgan
yo‘nalish
bo‘yicha
tebranadi. B o ‘ y l a m a t o ‘ l q i n n i katta diametrli uzun yumshoq
prujina yordamida kuzatish qulay. Prujinaning erkin uchiga kaft
bilan urib qo‘yilsa, prujina siqilishining prujina bo‘ylab tarqalishini kuzatish
mumkin.
Prujina
uchiga
ketma-ket
bir
necha
marta
urib
, prujina bo‘ylab ketma-ket tarqaluvchi siqilish
va cho‘zilishlardan iborat to‘lqinlarni yuzaga keltirish mumkin.
Shunday qilib, muhitning har bir zarrasi o‘zining muvozanat
vaziyati atrofida tebranadi, to‘lqin esa garmonik tebranishlarning
zarradan zarraga qanday uzatilishini ko‘rsatadi. Òo‘lqinning tarqalish
yo‘nalishi nur deb ataladi. Òo‘lqin muhitda tebranma harakat
energiyasini eltadi, muhit moddasi esa ko‘chmaydi. Demak, nur
muhitda
tebranma
harakat
energiyasining
uzatilish
yo‘nalishini
ko‘rsatadi. Òebranma harakatga keltirilgan boshlang‘ich zarra (vibrator)
deyiladi.
Vibratorning
energiyasi
zarradan
zarraga
tarqalib,
to‘xtovsiz kamayib boradi va to‘lqin jarayon borgan sari so‘nib,
oxiri to‘xtab qoladi. Uzluksiz to‘lqin jarayonni saqlab turish uchun

vibratorga
tashqaridan
to‘xtovsiz
energiya
berib
turish
kera
3.TO’LQIN O’TKAZUVCHILAR VA ULARNING XUSUSIYATLARI.
Qattiq jismlardagi elastik toʻlqinlar, jumladan, Yerning seysmik toʻlqinlari
boʻylama toʻlqinlar shaklidagina emas, koʻndalang toʻlqinlar ham boʻlishi
mumkin. Muhit zarralarining tebranishlari toʻlqinlar tarqalishi yoʻnalishiga
perpendikulyardir. Elektromagnit toʻlqinlar koʻndalang toʻlqinlardir, ularda
tebranuvchi elektr maydon va magnit maydon kuchlanganliklarining
yoʻnalishlari toʻlqinlar tarqalishi yoʻnalishiga perpendikulyar boʻladi. Mexanik
toʻlqinlar manbai tashqi kuch taʼsirida holati oʻzgarishga moyil boʻlgan chekli
jism va moddalar boʻlib, elektromagnit toʻlqinlar manbai tebranish konturi va
harakatlanayotgan zaryadlar hisoblanadi. toʻlqinlarning xossalarini oʻrganishda
uning parametrlaridan, yaʼni amplitudasi, uzunligi, chastotasi, uning tarqalish
tezligi, fazasi, toʻlqin vektori va boshqa kattaliklardan foydalaniladi. toʻlqinlar
chastotasi, fazasi yoki amplitudasining oʻzgarishini toʻlqinlar modulyatsiyasi
deyiladi.Ixtiyoriy shakldagi har qanday toʻlqinlar garmonik toʻlqinlar yigʻindisi
deb qaralishi mumkin. Vaqtning har bir momentida fazoning cheklangan kichik
qismidagi juda yaqin chastotalarga ega toʻlqinlar tizimi toʻlqinlar guruhi yoki
toʻlqinlar paketi deyiladi. Umuman toʻlqinlar fronti va toʻlqinlar
paketining
biror
, masalan, maksimal amplitudasi turli tezliklar bilan tarqaladi. Toʻlqinlar
fronti tezligi biror oʻzgarmas faza tezligidir, shu sababli bu tezlik fazaviy tezlik
deyiladi. Toʻlqinlar paketiga tegishli aniq amplituda tezligi guruhli tezlik
deyiladi. Toʻlqinlar tarqalishida energiya guruhli tezlik bilan tarqaladi.
Turli toʻlqinlar uchun interferensiya, difraksiya, sinish, qaytish, qutblanish va
boshqa hodisalar bir xil qonuniyatlar asosida boradi. Toʻlqinlarning gravitatsion
va glyuon turlari tajribada tasdiqlanmagan. To‘lqin sirtlari turli shakllarda
bo‘lishi
mumkin.
Eng
sodda
holda ular tekislik yoki sfera shaklida bo‘ladi. Bu hollarda to‘lqinlar,
mos
ravishda,
yassito‘lqinlar
yoki
sferik
to‘lqinlar
deyiladi. To‘lqin mavjud ekan, muhitning zarralari o‘zlarining muvo
zanat holatlari atrofida doim tebranib turadi. Shu bilan birga, turli

zarralar
faza
bo‘yicha
siljigan
holda
tebranadi.
Vaqtning ayni bir paytida siljish kattaligi va yo‘nalishi bir xil
bo‘lgan
zarralar
bir
xil
fazada
tebranadi.
ganimizdek, tebranishlar bir davr ichida Bir xil fazada tebranayotgan
ketma-ket
olingan
ikki
zarra

orasidagi masofa to‘lqin uzunligi deb ataladi va

(lambda) harfi
bilan belgilanadi. Ko‘ndalang to‘lqinda ikki qo‘shni qavariqlik yoki
botiqlik orasidagi masofa, bo‘ylama to‘lqinda esa ikkita qo‘shni
siyraklanish
yoki
zichlanish
orasidagi
masofa
to‘lqin
uzunligi
bo‘ladi To‘lqin zarralarining tebranish davri t o ‘ l q i n d a v r i
deb, tebranish chastotasi t o ‘ l q i n c h a s t o t a s i deb yuritiladi.
Bir
davr
davomida
to‘lqin

masofaga
siljiydi.
Elastik muhitda tebranishlar doimiy tezlik bilan tarqaladi. To‘lqin
o‘tgan yo‘lining uning shu yo‘lni o‘tgan vaqtiga nisbati bilan
o‘lchanadigan kattalik to‘lqinning tarqalish tezligi yoki sodda qilib
to‘lqin tezligi deb ataladi to‘lqin tezligi to‘lqin uzunligi bilan tebranishlar
chastotasining
ko‘paytmasiga
teng
bo‘ladi.
To‘lqinning tarqalish tezligi uning eng muhim xarakteristikalaridan biridir.
Tajribalar
tebranishlar
chastotasi
juda
katta

bo‘lmagan hollarda berilgan muhitda to‘lqinning tarqalish tezligi
chastotaga bog‘liq bo‘lmasligini va faqat muhitning holati va fizik
xususiyatlari bilan aniqlanishini ko‘rsatadi. To‘lqin bir muhitdan
ikkinchi muhitga o‘tganda, boshqa fizik kattaliklar kabi, to‘lqinning
tarqalish
tezligi
ham
o‘zgaradi,
ammo
chastotasi
o‘zgarmaydi.
Bundan to‘lqin bir muhitdan ikkinchi muhitga o‘tganida to‘lqin
uzunligi o‘zgaradi, degan xulosa kelib chiqadi. Berilgan muhitda
to‘lqinning tezligi katta bo‘lsa, ma’lum tebranishlar chastotasiga
mos
keluvchi
to‘lqin
uzunligi
ham
katta
bo‘ladi.
Suyuqlik
va
gazlarning
hajmi
o‘zgarganda
elastiklik
kuchlari
maydonga keladi. Shuning uchun suyuqlik va gazlarda faqat bo‘ylama

to‘lqinlar tarqalishi mumkin. Elastiklik kuchlari qattiq jismlarning
shakli o‘zgarganda ham, hajmi o‘zgarganda ham vujudga keladi.
Shu
sababli,
ularda
bo‘ylama
to‘lqinlar
hamda
ko‘ndalang
to‘lqinlar tarqalishi mumkin. Barcha qattiq jismlarda bo‘ylama
to‘lqinlarning
tarqalish
tezligi
ko‘ndalang
to‘lqinlarning
tezligidan

katta bo‘ladi.

Download 0.71 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:

1 2