طراحی صافی نوری نوار عبوری در یک بلور فوتونی یک بعدی مبتنی بر نانونقص بازآرایی‌پذیر 3S2Sb

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه فیزیک اتمی و مولکولی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

چکیده
در این مقاله، پاسخ نوری یک بلور فوتونی یک‌بعدی متقارن حاوی لایۀ نقص مرکزی از نانومادۀ 3S2Sb در ناحیۀ فروسرخ نزدیک، به روش ماتریس انتقال شبیه‌سازی و تحلیل شده است. اثر گذار فازی لایۀ نقص از حالت آمورف به بلوری و تغییر زاویۀ تابش نور فرودی بر ویژگی‌های تراگسیلندگی ساختار در دو قطبش TE و TM بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهند که گذار فازی آمورف به بلوری 3S2Sb موجب انتقال قرمز قابل توجه در طول‌موج مد نقص می‌شود؛ درحالی‌که افزایش زاویۀ تابش باعث انتقال آبی گاف نواری فوتونی و مد نقص در هر دو نوع قطبش می‌گردد. پهنای مد نقص در قطبش TE با افزایش زاویه کاهش یافته و عامل کیفیت بالاتری حاصل می‌شود؛ ولی در قطبش TM در زوایای نزدیک به زاویۀ بروستر، مد نقص با لبۀ گاف نواری ادغام شده و کارایی صافی کاهش می‌یابد. تحلیل اختلاف تراگسیلندگی بین دو فاز نیز حاکی از حساسیت زاویه‌ای و قطبشی بالای ساختار است. یافته‌های این تحقیق، پتانسیل استفاده از 3S2Sb را در طراحی صافی‌های زاویه‌-حساس و وسایل فوتونیکی بازآرایی‌پذیر با قابلیت سوئیچ و مدولاسیون طیفی تأیید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Design of a passband optical filter in a one-dimensional photonic crystal based on a reconfigurable Sb2S3 nanodefect

نویسندگان English

Zahra Ehsanian
Arezou Rashidi
Department of Atomic and Molecular Physics, Faculty of Science, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
چکیده English

In this article, the optical response of a symmetric one-dimensional photonic crystal incorporating a central defect layer of Sb₂S₃ nanomaterial in the near-infrared region is simulated and analyzed using the transfer matrix method. The effects of the amorphous-to-crystalline phase transition of the defect layer, as well as variations in the incident angle of the incoming light, on the transmission characteristics of the structure in both TE and TM polarizations are investigated. The results show that the amorphous-to-crystalline phase transition of Sb₂S₃ induces a pronounced red shift in the defect mode wavelength, whereas increasing the incidence angle leads to a blue shift of both the photonic bandgap and the defect mode in both polarizations. For TE polarization, the defect mode linewidth decreases with increasing angle, resulting in a higher quality factor; however, for TM polarization, at angles close to the Brewster angle, the defect mode merges with the bandgap edge, leading to a degradation of the filter performance. The analysis of the transmittance difference between the two phases further reveals the high angular and polarization sensitivity of the structure. These findings confirm the strong potential of Sb₂S₃ for the design of angle-sensitive optical filters and reconfigurable photonic devices with spectral switching and modulation capabilities.

کلیدواژه‌ها English

One-dimensional photonic crystal
Sb₂S₃ nanomaterial
Amorphous–crystalline phase transition
Defect mode
Angle-sensitive optical filter
  1. J D Joannopoulos, S G Johnson, J N Winn, and R D Meade, “Photonic Crystals: Molding the Flow of Light”, Princeton University Press, (2008).
  2. K J Vahala, Nature 424, (2003) 839.
  3. T Wang and Y Niu, Sci. Rep. 13 (2023), 21338.
  4. S Noda and T Baba (Eds.), “Roadmap on Photonic Crystals”, Springer Series in Optical Sciences, Springer, (2003).
  5. T V Mikhailova, V N Berzhansky, A N Shaposhnikov, A V Karavainikov, A R Prokopov, Yu M Khachenko, I M Lukienko, O V Miloslavskaya, and M F Kharchenko, Opt. Mater. 78 (2018) 521.
  6. A Rashidi and A Namdar, Eur. Phys. J. B. 91 (2018) 91.
  7. R Ozaki, H Miyoshi, M Ozaki, and K Yoshino, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 433 (2005) 247.
  8. B Gholipour, J Zhang, K F MacDonald, D W Hewak, and N I Zheludev, Nat. Photonics 7 (2013) 931.
  9. M Wutting, H Bhaskaran, and T taubner, Nat. Photonics 11 (2017) 465.
  10. Z Fang, J Zheng, A Saxena, J Whitehead, Y Chen, and A Majumdarm, Adv. Opt. Mat. 9 (2021) 2002049.
  11. P Moitra, Y Wang, X Liang, L Lu, A Poh, T W W Mass, R E Simpson, A I Kuznetsov, and R Paniagua- Dominguez, Adv. Mat. 35 (2023) 2205367.
  12. T Y Teo, M Krbal, J Mistrik, J Prikryl, L Lu, and R E Simpson, Opt. Mat. Express 12 (2022) 606.
  13. S Deng, M Cui, J Jiang, C Wang, Z Cheng, H Sun, M Xu, H Tong, Q He, and X Miao, J. Semicond. 45 (2024) 072302.
  14. Z Han, C Li, T Liu, N Hu, Z Fan, Y Guo, B Liu, H Yang, A Jin, B Quan, S Tian, Y Yang, G Li, X Fan, S Hu, X Huang, and C Gu, Nano Lett. 25 (2025) 7435.
  15. L Gao, F Lemarchand, and M Lequime, Opt. Express 20 (2012) 15734.
  16. T Siefke, S Kroker, K Pfeiffer, O Puffky, K Dietrich, D Franta, I Ohlidal, A Szeghalmi, E Kley, and A Tünnermann, Adv. Opt. Mater. 4 (2016) 1780.
  17. T Wang, H Jia, H Chen, and J Yang, Opt. Commun 527 (2023) 128974.
  18. DE Aspnes, Am. J. Phys. 50 (1982) 704.
  19. A Yariv and P Yeh, “Optical Waves in Crystals: Propagation and Control of Laser Radiation”, Wiley- Interscience,  New York, (1983).

تحت نظارت وف بومی