CHƯƠNG 1: TONG QUAN HIỆN TƯỢNG TRUYEN QUA BAT THƯỜNG. Giới thiệu về tia THz và ứng dung trong thực tẾ. Lý thuyết về hiện tượng truyền quang học bất thường- EOT-.2 Surface plasmon polarlfon. eee een eee e eens 23 2.3 Su két cặp giữa bức xa tới va plasmon bỀ mặt.1 Mối quan hệ tán sắc của SPPs.2 Trường suy giảm của SPPs.3 Sự kích thích của SPP.3 Cau trúc tuần hoàn vả sự truyền qua.1 Các điều kiện cộng hưởng.
LH HH ng HH HH ng gà va 39 2.3Bất thường Rayleigh. Dinh Sơn Thạch Luận văn thạc si14 2.Ặ Q Q Q QQ Q HH eee HH xo 42 CHUONG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHAN MEM MÔ PHÓNG. Các phương pháp mô phỏng. Phương pháp phân tử hữu hạn- Finite Element Method (FEM).2 Phương pháp sai phân hữu hạn miễn thời gian- Finite Difference Time Domain |) M4 cc eee 47 1.2 Ưu điểm của FDTD.3 Khuyết điểm của FDTD.3 Phương pháp tíchphânhữuhạn- FiniteIntegrationTechnique (FIT).
Giới thiệu phần mềm CST Microwave Studio.1 Cac kỹ thuật mô phỏng của CST. eee eee een va 51 2.2 Frequency domain soÏVer. cece eee eens 53 2.4 Modal analysic solver. cee eens 53 CHUONG 3: KET QUA MO PHỎNG.
Xây dựng mô hình.- ne eee teens 55 2. Khao sát sự thay đối tan số cộng hưởng qua sự thay đối kích thước của lỗ hình tròn và vuông (bậc tự do băng l). cee e ene naees 55 3. Khảo sát sự thay đổi tần số cộng hưởng qua sự thay đối kích thước của lỗ hình chữ nhật (bậc tự do bằng 2).
Khao sát sự thay đổi tan số cộng hưởng qua su thay đổi kích thước của lỗ hình chữ I (bậc tự do bằng 4). Khảo sát su thay đổi tần số cộng hưởng qua sự thay đối kích thước của lỗ hình chữ I cải tiễn (bậc tự do bang 6). Khảo sát sự thay đối tần số cộng hưởng qua sự thay đổi bề dày đế. Dinh Sơn Thạch Luân văn thạc s?15 CHƯƠNG 4: KET LUẬN.
2222 nh ho 69 TÀI LIEU THAM KHẢO. tenet nen ens 71 CÁC CONG TRÌNH ĐÃ CONG BÓ. 73 Shape resonance on the metal film perforated by periodic hole arrays. 75 Ly lịch trích ngang.
Dinh Son Thach Luân văn thạc s?16 LOI MỞ DAU Sự truyền qua bất thường của ánh sáng (Extraordinary optical transmission- EOT) khi qua các dãy 16 có kích thước nhỏ hơn bước sóng tới được đục trên bề mặt kim loại được phát hiện bởi Ebbesen [1, 2]. Hệ số truyền qua tăng cường bat thường được tìm thấy và được dự đoán theo lý thuyết khẩu độ chuẩn (the standard aperture theory) qua tam kim loại. Tuy nhiên, với các dãy lỗ không phải kim loại như tấm Germanium thì không xảy ra hiện tượng truyền qua tăng cao. Do đó không thé giải thích hiện tượng trên theo lý thuyết khẩu độ hay lý thuyết nhiễu xạ.
Phát hiện của Ebbesen đã thu hút được sự quan tâm trong vật lý. Có rất nhiều các nghiên cứu thực nghiệm lẫn lý thuyết nhằm giải thích hiện tượng vật lý trên [21-23] và độ truyền qua cũng được khảo sát qua các thông số cau trúc như chu kỳ lỗ, đường kính lỗ, bề dày tam kim loai[24, 25]. Các lỗ của tam kim loại được xem xét như các yếu tố quang học chủ động. Tam kim loại dùng dé đục các dãy lỗ cũng có ảnh hưởng đến sự truyền qua nay.
Các nghiên cứu gân đây chứng minh được hình dạng lỗ và sự phân cực của ánh sáng tới có ảnh hưởng mạnh mẽ đến hiện tượng EOT [3,4]. Lý thuyết giải thích thỏa đáng nhất hiện nay liên quan đến sự kết cặp giữa các Plasmons bề mặt của tâm kim loại có cầu trúc tuân hoàn va photon tới được gọi là surface plasmon polaritons (SPPs). Nhìn lại các nghiên cứu khoa học cũng như là ứng dụng của các bức xạ trên thang sóng điện từ.Dãybước sóng dài hơn microwave đã được nghiên cứu và có rất nhiều ứng dụng hiện nay như truyền thông tin, tín hiệu, sóng radio, lò viba, wifi. Day bước sóng từ vùng hồng ngoại đến cực tim được dùng nhiều trong quang hoc như kính hồng ngoại, các sensor hông ngoại, ánh sáng khả kiến.
Trong khi đó, dãy bước sóng nhỏ hơn cực tím thì được ứng dụng rất nhiều trong y học như X quang, điều trị ung thư. Vậy có một vùng trên thang sóng điện từ- vùng THz (từ GVHD: TS. Dinh Sơn Thạch Luân văn thạc s?17 0.3 đến 3 THz) vẫn chưa được tiếp cận nhiều. Đây chính là điểm đang thu hút sự quan tâm của giới khoa học.
Vài năm gan day, hiện tượng EOT qua tam kim loại với các lỗ có cấu trúc tuần hoàn cũng được chứng minh trong day bức xạ điện từ tần số terahertz [5,6]. Trong dãy tần số này, ta có thé quan sát được các đặc tinh pho thu vi nhu mode lan truyén SPP phan doan (fractional SPP propagating mode) [7]. Ngoai ra, do su phu thudc manh cua su truyén anh sang noi trén vao cac tinh chất của điện môi tai mặt phân cách, người ta có thể tạo máy đò y sinh học hay hóa học có độ nhạy cao với dự kiến sẽ tạo ra các cảm biến giá rẻ và dễ dàng sử dụng. Trong dãy tần số THz, EOT còn được mong đợi với rất nhiều ứng dụng trong thực tế như kính hiển vi trường gan, kỹ thuật in ảnh litho nano độ phân giải cao, lưu trữ dữ liệu quang học mật độ cao, hiên thị quang học và các bộ lọc quang học chủ động.
Mục đích chính trong luận văn này là mô phỏng tính chất truyền qua của lưới hai chiều ở đài tần số terahertz. Từ những tính chất thu được, đề tài sẽ khảo sát khả năng ứng dụng của nó trong thiết kế bộ lọc tần số chủ động trong dãy bức xạ terahertz. Phần tong quan sẽ giới thiệu chung các lý thuyết co bản về hiện tượng EOT và các thông tin chính cho việc nghiên cứu về EOT. Ngoài ra, các phương pháp mô phỏng bao gồm phương pháp được sử dụng trong luận văn cũng sẽ được giới thiệu.Phần hai là các kết quả tính toán mô phỏng, ban luận và giải thích kết quả.Cuối cùng, dé tài sẽ giới thiệu các hướng mới có thé tiếp tục nghiên cứu trong thời gian tới.
Dinh Sơn Thạch Luân văn thạc s?18 CHUONG 1: TONG QUAN HIEN TUONG TRUYEN QUA BAT THUONG Trong chương nay, sau khi giới thiệu sơ lược về tia T, tong quan các lý thuyết về hiện tượng truyền quang học bất thường EOT sẽ được giới thiệu trong phân 2. Đầu tiên là lý thuyết khâu độ, tiếp theo là lý thuyết về surface plasmon polaritons (SPPs) bao gém sự kết cặp giữa plasmon bề mặt với photon tới, quan hệ tán sắc và các phương pháp kích thích SPPs cũng như lý thuyết bất thường Rayleigh. Giới thiệu về tia THz và ứng dụng trong thực tế Tia THz hay còn gọi là tia T (T-Rays) là một loại tia bức xạ truyền ở tần số THz, từ 0.3 đến 3 THz, không thể nhìn thấy băng mắt thường, năm khoảng giữa sóng vi-ba (microwave) và hồng ngoại (infrared) trên day phố sóng điện từ.1 miéu tả thang sóng điện từ và vi tri của tia THz. Tia T được xem như: “kẻ kế vị xứng đáng của tia X”.
Trong khi tia X bị hạn chế do khả năng gây ion hóa, ung thư thì tia T lại vô hại, an toàn với con người. Năng lượng của một photon trong tia T chỉ băng một phan triệu so với photon của tia X. Chính vì vậy năng lượng của nó không đủ để gây ion hóa các tế bào trong cơ thể. Tia T có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong thực tế như ứng dụng trong y khoa và kiểm tra an ninh vì an toàn hơn đối với cơ thé con người, hệ thông chụp ảnh tia T để phát hiện những khiếm khuyết nhỏ của lớp xốp cách nhiệt trên các tàu con thoi.
Với nhiều tiềm năng như vậy, tia T đang hấp dẫn giới nghiên cứu trên khắp thế giới. Tuy nhiên, công nghệ tia T vẫn chưa phát triển do thiếu các nguồn phát tia T hữu hiệu cũng như các thiết bị dò tìm bang tia T. Hiện nay, các nha GVHD: TS. Dinh Sơn Thạch Luân văn thạc s?19 khoa học vân đang ráo riêt nghiên cứu và phát triên những công nghệ mới giúp tạo ra, phát hiện và điều khiến tia T.
Wavelength Energy Frequency Interactio * A (mì) E (eV) v (Hz) 107! L 10° 10”. nuclear inner I8 electrons _9 3 10 10 : 10 inner + outer electrons ultraviolet 102 outer electrons molecular vibrations and rotations 10° electron spin 109 nuclear ‘le spin i 10 10° 3 Panl 2008 145 101 3 lia0 10 ©1Ð.1: Thang sóng điện từ và vi trí của tia THz trong thang sóng điện từ. Lý thuyết về hiện tượng truyền quang học bất thường- EOT Sự truyền qua bất thường của bức xạ THz thông qua một tâm kim loại với cầu trúc tuần hoàn là do sự kích thích cộng hưởng của các surface plasmon polaritons, sóng điện từ “bi bây” trên bê mặt dân điện vi sự tương tác của chúng với các điện GVHD: TS. Dinh Sơn Thạch Luân văn thạc si20 tử tự do của các chất dẫn điện.
Các tương tác cộng hưởng giữa dao động điện tích bề mặt kim loại và trường điện từ của các photon tới được gọi là surface plasmon polaritons (SPPs).1 Ly thuyét Aperture Khi quan sát cường độ sáng truyền qua một lỗ tròn trên một tắm kim loại, kết qua dự kiến từ chứng minh hình hoc cho thấy tổng năng lượng có thé truyền qua lỗ tỉ lệ với diện tích của lỗ P= ”!~ r”, với 7 là cường độ ánh sáng tới và r là bán kính lỗ tròn. Trong trường hợp nay, cường độ quan sát được không phụ thuộc vào bước sóng của sóng tới. Điều này chỉ chính xác khi kích thước lỗ lớn hơn nhiều so với bước sóng ánh sáng tới. Tuy nhiên, với các lỗ có kích thước nhỏ hơn bước sóng thì kết quả hình học đơn giản này không còn giá trị nữa.
Hãy xét xem điều gi sẽ xảy ra khi ánh sáng truyền qua một vật dẫn được đục lỗ với kích thước cỡ bước sóng và lớn hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng tới. Trong trường hợp đầu, điện trường tới sẽ tạo ra hiệu ứng tách điện tích thành vùng trên tường bên trong lỗ, sự tách điện tích này sẽ tác động lên điện từ trường trong lỗ.Nếu đường kính lỗ cỡ bước sóng, hiệu ứng này sẽ ảnh hưởng đến tất cả sóng truyền qua nó.Nếu kích thước lỗ lớn đối với bước sóng, hiệu ứng nói trên chỉ tác động lên phần sóng truyền gần tường của lỗ trong khi đó phần lớn sóng sẽ xuyên qua lỗ mà không chịu sự tác động nào, như được mô tả trong hình 1.Anh hưởng duoc mô tả trên phụ thuộc vao tỉ số giữa kích thước lỗ và chiều dài bước sóng.