• شماره ركورد
    25692
  • شماره راهنما
    PHY2 826
  • عنوان

    افزايش حساسيت در آشكارسازهاي نوري نيمرساناي تك فوتوني: اثر برهمكنش پلاسموني

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    فوتونيك- فيزيك
  • دانشكده
    فيزيك
  • تاريخ دفاع
    11/11/1404
  • صفحه شمار
    58 ص.
  • استاد راهنما
    حميدرضا محمدي خشوئي
  • كليدواژه فارسي
    آشكارساز , پلاسمونيك , تك فوتون , آشكارسازهاي نيم رسانا , آشكارسازهاي پلاسموني
  • چكيده فارسي
    آشكارسازهاي نوري به‌عنوان عناصر كليدي در سامانه‌هاي اپتوالكترونيكي، نقش اساسي در تبديل انرژي نور به سيگنال الكتريكي ايفا مي‌كنند و پيشرفت آن‌ها به‌طور مستقيم با تحول علم نور و فناوري نيمرساناها درهم‌تنيده است. تكامل اين آشكارسازها از نمونه‌هاي گرمايي اوليه تا نسل پيشرفته آشكارسازهاي تك‌فوتون، نشان‌دهنده مسير گسترده‌اي از توسعه دانش و فناوري است. در دهه‌هاي اخير، ظهور مواد نيمرسانا، توسعه ديود نوري PIN، آشكارسازهاي بهمني و در ادامه فناوري‌هاي نويني چون آشكارسازهاي نانوسيمي ابررسانا (SNSPD) پيشرفت‌هاي چشمگيري در حوزه سرعت، حساسيت و دقت آشكارسازي ايجاد كرده‌اند. دركنار اين تحولات، پلاسمونيك به‌عنوان رويكردي نوين براي تمركز و تقويت ميدان‌هاي نوري در مقياس نانو، چشم‌اندازي گسترده براي بهبود عملكرد آشكارسازها فراهم كرده است. پلاسمون‌ها كه نوسانات جمعي الكترون‌ها در فلزات هستند، امكان محدودسازي نور فراتر از حد پراش، افزايش شدت ميدان و بهبود جذب در ساختارهاي نيمرسانا را ايجاد مي‌كنند. ادغام آنتن‌هاي پلاسموني، نانوذرات فلزي و موجبرها با آشكارسازهاي تك‌فوتون منجر به افزايش بازده كوانتومي، پاسخدهي سريع شده است. اين پيشرفت‌ها مسير توسعه سامانه‌هاي پلاسموني–كوانتومي را براي كاربردهايي همچون ليدار تك‌فوتون، مخابرات كوانتومي و تصويربرداري فوق‌حساس هموار كرده‌اند. در اين پايان‌نامه، ابتدا مباني نظري آشكارسازهاي نوري و تك‌فوتوني مرور شده و نقش فناوري پلاسموني در افزايش كارايي آن‌ها تبيين مي‌شود. سپس، نظريه پلاسموني شامل مدهاي پلاسمون-پلاريتون سطحي، نانوذرات فلزي و روش‌هاي تحريك آن‌ها بررسي شده و اهميت آن‌ها در كنترل نور در ابعاد نانومتري تحليل مي‌گردد. در بخش عملي، براي بهبود عملكرد ديود ‌نوري PIN، ايده‌اي مبتني بر ادغام ساختارهاي پلاسموني پيشنهاد و با استفاده از نرم‌افزار COMSOL Multiphysics شبيه‌سازي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه اعمال ساختار پلاسموني سبب افزايش جذب نوري در لايه فعال، بهبود ميدان الكتريكي موضعي و افزايش پاسخ‌دهي و بازده كوانتومي ديود نوري مي‌شود. در نهايت، تحليل نتايج شبيه‌سازي، مزايا و محدوديت‌هاي طرح پيشنهادي تشريح شده و پيشنهاداتي براي ادامه پژوهش در طراحي آشكارسازهاي مجتمع با فناوري CMOS و سامانه‌هاي فوتونيك كوانتومي ارائه شده است.
  • تاريخ نمايه سازي
    1405/02/02
  • نام نمايه ساز
    محبوبه ربيعي
  • كليدواژه لاتين
    photodetector , plasmonic , single-photon , photodector semiconductor , photodector plasmonic
  • عنوان لاتين
    Sensitivity enhancement of semi-condutor single-photon detector:effects of plasmonic interaction
  • گروه آموزشي
    فيزيك
  • چكيده لاتين
    Optical detectors are fundamental components in optoelectronic systems, responsible for converting incident optical energy into electrical signals. The development of these devices is closely tied to advances in the understan‎ding of light–matter interaction an‎d semiconductor technology. Over several decades, optical detectors have evolved from early thermal sensors to highly sensitive single-photon detectors. The advent of semiconductor materials, the development of PIN photodiodes, avalanche photodiodes (APDs), an‎d, more recently, superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPDs), has significantly improved the speed, sensitivity, an‎d precision of modern detection systems. In recent years, plasmonics has emerged as a powerful platform for enhancing optical detection by enabling the confinement an‎d amplification of electromagnetic fields at the nanoscale. Plasmons—collective oscillations of free electrons in metals—allow light to be concentrated beyond the diffraction limit, thereby increasing field intensity an‎d absorption in semiconductor structures. The integration of plasmonic antennas, metallic nanoparticles, an‎d SPP waveguides with single-photon detectors has demonstrated remarkable improvements in quantum efficiency, polarization contrast, an‎d device miniaturization. These advancements have opened new pathways for plasmonic–quantum technologies in applications such as single-photon LiDAR, quantum-secure communications, an‎d ultra-sensitive biomedical imaging. This thesis first reviews the fundamentals of optical detectors an‎d single-photon detection mechanisms, followed by an introduction to plasmonic theory—including surface plasmon polaritons, localized surface plasmons, an‎d excitation techniques. The role of plasmonic structures in controlling an‎d enhancing light–matter interactions on the nanoscale is analyzed in detail. In the practical section, a plasmon-enhanced PIN photodiode structure is proposed an‎d simulated using COMSOL Multiphysics. The simulation results indicate that incorporating plasmonic elements significantly increases optical absorption in the active layer, enhances the local electric field, an‎d improves both responsivity an‎d quantum efficiency. Finally, the thesis discusses the advantages an‎d limitations of the proposed design an‎d provides recommendations for future research, particularly toward CMOS-compatible integrated photonic an‎d quantum detection systems.
  • تعداد فصل ها
    5
  • استاد مشاور خارج از دانشگاه
    زهرا قاسمي
  • فهرست مطالب pdf
    157222
  • نويسنده

    زارع چاوشي، الهام