طراحی و شبیه سازی فیلتر نوری فلز – عایق - فلز با استفاده از روش المان محدود

در این مقاله به طراحی و شبیه سازی فیلتر نوری مبتنی بر ساختار فلز – عایق - فلز با استفاده از روش المان محدود (FEM) و نرم افزار کامسول (COMSOL) پرداخته شده است. جهت بهبود عملکرد فیلتر طراحی شده، تاثیر ابعاد هندسی و فیزیکی تشدیدگر در نمودار انتقال نور فیلتر طراحی شده مورد بررسی قرار گرفت. لذا، اثر تغییر شکل هندسی تشدیدگرها را با شبیه سازی تشدیدگر اسلات (Slot) و دایره ای به صورت جداگانه (Circle)، در بازه ی امواج ۸۰۰ – ۱۲۰۰ nm بررسی شد. نتایج نشان داد که با انتخاب ارتفاع ۵۰۰ برای تشدیدگر، به پهنای طیفی باریکتری دست پیدا می کنیم. با افزایش عرض تشدیدگر مشاهده شد، طول موج تشدید در نمودار انتقال به سمت طول موج های کوتاهتر شیفت پیدا کرده است که باعث بهبود عملکرد فیلتر نوری MIM شده است. همچنین استفاده از تشدیدگر دایره ای بجای تشدیدگر استاب، منجر به انتقال طول موج تشدید (عدم انتقال) از ۹۶۰nm به ۹۰۰nm گردید. به علاوه، تشدیدگر دایره ای توانسته است پهنای طیفی بسیار باریک تری نسبت به تشدیدگر استاب ارائه دهد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که تغییرات ابعاد فیزیکی، یا شکل هندسی تشدیدگرها هم باعث تغییرات در محدوده ی پاسخ موجبر شده و پهنای طیفی (فاصله ی بین دو لبه ی دره ی بوجود آمده در اثر تشدید) طول موج تشدید را دچار تغییر می کند. بنابراین، تاثیرگذاری تعداد تشدیدگرها و بکارگیری ترکیبی تشدیدگرها با شکل هندسی مختلف برای دستیابی به یک فیلتر نوری کنترل پذیر دور از انتظار نخواهد بود.

Keywords:

فیلتر نوری , روش تفاضل محدود , پلاسمونیک , طیف انتقال