بررسی اثر غیرخطی kerr بر بهبود عملکرد گیت‌های منطقی تمام نوری فشرده مبتنی بر موج‌بر پلاسمونیک فلز-عایق-فلز ناهم‌جنس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد

چکیده

در این مقاله، اثر غیرخطِی kerr بر بالا بردن کارایی گیت‌های منطقی تمام نوری فشرده فلز- عایق- فلز چند کاناله با فلزهای ناهم‌جنس بررسی شده است. در این پژوهش از تداخل خطی بین مدهای پلاریتون پلاسمون سطحی استفاده شده است. اصول کار برای تابع‌های منطقی OR، AND، XOR و NOR به طور عددی با روش اجزای محدود بررسی شده ‌است. برای دست‌یابی به تابع‌های منطقی متفاوت، یک ساختار با بُعدهای فیزیکی ثابت می‌تواند چندین تابع منطقی اساسی را تحقق بخشد. در ساختار پیشنهادی، با اعمال سیگنال‌های نوری به کانال‌های متفاوت ورودی، می‌توان تابع‌های منطقی OR، AND و XOR را پیاده‌سازی کرد. همچنین، با افزودن یک سیگنال نوری کنترل، گیت منطقی NOR برقرار می‌شود. از طرفی برای بهبود تفاوت سطح بین حالت‌های منطقی "0" و "1"، در موج‌برها از فلزهای ناهم‌جنس و همچنین از ماده کر با اثر غیرخطی بهره گرفته شده است. گیت منطقی تمام نوری ارایه شده دارای چیدمان ساده و فشرده است و می‌تواند به بسیاری از قطعه‌های نانوفوتونیک مورد استفاده در شبکه‌های ارتباط نوری نیز اعمال شود.
در این مقاله، اثر غیرخطِی kerr بر بالا بردن کارایی گیت‌های منطقی تمام نوری فشرده فلز- عایق- فلز چند کاناله با فلزهای ناهم‌جنس بررسی شده است. در این پژوهش از تداخل خطی بین مدهای پلاریتون پلاسمون سطحی استفاده شده است. اصول کار برای تابع‌های منطقی OR، AND، XOR و NOR به طور عددی با روش اجزای محدود بررسی شده ‌است. برای دست‌یابی به تابع‌های منطقی متفاوت، یک ساختار با بُعدهای فیزیکی ثابت می‌تواند چندین تابع منطقی اساسی را تحقق بخشد. در ساختار پیشنهادی، با اعمال سیگنال‌های نوری به کانال‌های متفاوت ورودی، می‌توان تابع‌های منطقی OR، AND و XOR را پیاده‌سازی کرد. همچنین، با افزودن یک سیگنال نوری کنترل، گیت منطقی NOR برقرار می‌شود. از طرفی برای بهبود تفاوت سطح بین حالت‌های منطقی "0" و "1"، در موج‌برها از فلزهای ناهم‌جنس و همچنین از ماده کر با اثر غیرخطی بهره گرفته شده است. گیت منطقی تمام نوری ارایه شده دارای چیدمان ساده و فشرده است و می‌تواند به بسیاری از قطعه‌های نانوفوتونیک مورد استفاده در شبکه‌های ارتباط نوری نیز اعمال شود.

[1] Liu, Jia-Ming. Photonic devices. Cambridge University Press, 1, 10-18, (2005).
[2] Norgard, John. "The electromagnetic spectrum." National Association of Broadcasters Engineering Handbook (Tenth Edition). 3, 10-19, (2007).
[3] Gramotnev, Dmitri K., and Sergey I. Bozhevolnyi. "Plasmonics beyond the diffraction limit." Nature photonics 4, 83-91, (2010).
[4] Georgi, Howard. The physics of waves. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 7,51-58, (2005).
[5] Fu, Yulan, et al. "All-optical logic gates based on nanoscale plasmonic slot waveguides." Nano letters 12, 5784-5790,  (2012).
[6] Papaioannou, Maria, et al. "Two-dimensional control of light with light on metasurfaces." Light: Science & Applications 5, 16070-16094, (2016):
[7] Li, Zhangjian, Zhiwen Chen, and Baojun Li. "Optical pulse controlled all-optical logic gates in SiGe/Si multimode interference." Optics express 13, 1033-1038.11, (2005).
[8] Kauranen, Martti, and Anatoly V. Zayats. "Nonlinear plasmonics." Nature Photonics 6.11 (2012): 737.12
[9] Garmire, Elsa. "Nonlinear optics in daily life." Optics express21.25, 30532-30544., (2015).
[10] Rao, A. Srinivasa. "Overview on Second and Third Order Optical Nonlinear Processes." arXiv preprint 14, 1612.-1620, (2016).
[11] Sankar, Pranitha, and Reji Philip. "Nonlinear optical properties of nanomaterials." Characterization of nanomaterials. Woodhead Publishing,17,301-334., (2018).
[12] Pedrotti, Leno S. "Basic physical optics." Fundamentals of Photonics 1 18,152-154, (2008):
[13] Bian, Yusheng, and Qihuang Gong. "Compact all-optical interferometric logic gates based on one-dimensional metal–insulator–metal structures." Optics Communications 313, 27-35, (2014):.
[14] C. Soennichsen, Plasmons in metal nanostructures, PhD Dissertation, Physics Dept. of University of Munich, 24, 04-108, (2001).
[15] Kuttge, M., et al. "Terahertz surface plasmon polaritons on metal and semiconductor surfaces." Infrared and Millimeter Waves, 2004 and 12th International Conference on Terahertz Electronics, 2004. Conference Digest of the 2004 Joint 29th International Conference on. IEEE, 25, 12-18, (2004).
[16] Barnes, William L., Alain Dereux, and Thomas W. Ebbesen. "Surface plasmon subwavelength optics." nature 424, 824-830, (2003):
[17] Kawata, Satoshi, and V. M. Shalaev. "Nanophotonics with surface plasmons." 28, 31-38, (2007).
[18] Maier, Stefan Alexander. Plasmonics: fundamentals and applications. Springer Science & Business Media, 29, 12-18, (2007).
[19] Maier, Stefan A., et al. "Local detection of electromagnetic energy transport below the diffraction limit in metal nanoparticle plasmon waveguides." Nature materials 2,  229-233, (2003)
[20] Takahara, Junichi, et al. "Guiding of a one-dimensional optical beam with nanometer diameter." Optics letters 22, 475-477, (1997).
[21] Onuki, T., et al. "Propagation of surface plasmon polariton in nanometre‐sized metal‐clad optical waveguides." Journal of microscopy 210, 284-287, (2003):
[22] Berini, Pierre. "Plasmon-polariton waves guided by thin lossy metal films of finite width: Bound modes of asymmetric structures." Physical Review B 63, 125417-