تصميم دوائر منطقية بلازمونية ضوئية بالاعتماد على المرنانات النانوية

الباحث

محمد جاسم محمد علي

المشرف

ميثاق نعمة رحيمة - علي عبد الخالق عبد الهادي

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الكهربائية / هندسة الالكترونيك والاتصالات

الشهادة

دكتوراه

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Plasmonics;Optical logic gates;Nano-resonators;Combinational circuits

أحدثت الدوائر والأجهزة الضوئية ثورة استثنائية في نقل SLL وذلك بسبب قدرتها الكبيرة على نقل كميات هائلة من البيانات عبر مسافات طويلة. ومع cll فإن حد الحيود والذي يعني انتشار الضوء خلال ابعاد اقل من الطول الموجي للضوء الساقط لا يزال يمثل مشكلة Gast y كبيرًا. الموجة السطحية، وهي عبارة عن موجات كهرومغناطيسية تنتقل خلال دلائل موجية بلازمونية (PW) وتنتشر عند السطح البيني بين العازل والمعدن، تتغلب على هذه القيود. في هذا العمل، تم تقديم وتنفيذ سبع بوابات منطقية ضوئية مختلفة تعتمد على مرنان نانوي ‘NOR ،XOR ،OR ،NAND ،AND) (NOT s XNOR باستخدام بنية نانوية بلازمونية IMI عند طول موجي تشغيلي يبلغ 65٠ نانومتر. تم بناء هذه البوابات الضوئية بنفس الهيكل وأنواع المواد العازلة والموصلة مع أصغر بنية نانوية تبلغ ١5١ نانومتر x نانومتر. تم اقتراح دائرتين منطقيتين توافقيتين مختلفتين، جامع نصفي HA و115 طارح نصفيء وتم استخدام 7217/5 ذات البنية النانوية بمعدل عتبة مقدارة 110 وطول موجي 65٠١ نانومتر. تم تكوين الهيكل الفردي بأبعاد ٠ 54 نانومتر X نانومتر لإجراء هاتين الدائرتين. تم إنتاج دائرة نطاط نوع (1 ضوئية بالكامل من IMI بطول موجة تشغيلي يبلغ نانومتر. تم استخدام الفضة وثاني اوكسيد السيلكون كمواد معدنية وعازلة على التوالي. أبعاد هذا الهيكل هي )١5 ٠75٠0١ نانومتر. وأخيرّاء تم الحصول على مرشح ضوئي بأستخدام مرنان صلد بأبعاد )١١1١17,5 x ٠٠٠١( مملؤ بالهواء. تم ترتيب هيكل للحصول على مسافة انتشار طويلة وعامل جودة عالية.تم استخدام طريقة العناصر المحدودة (FEM) مع برنامج COMSOL Multiphysics (الإصدار 5,5) لإجراء عمليات المحاكاة. تمت الاستعانة بأربعة محددات لتقييم كفائة الدوائر الالكترونية المقترحة وهي: قيمة الارسالء نسبة التباين، عمق التضمين، وخسائر الادراج بينما تم استخدام محددين فقط لقياس كفائة المرشح الضوئي وهما العرض الكامل لمنتصف القمة وعامل الجودة. CR ad هي: 5,51 ١ ديسيبل عند بوابة ١١,77 (NOT ديسيبل عند بوابة ١١,15 COR ديسيبل عند بوابة ١١,١5 AND ديسيبل عند بوابة KOR 8,57 ديسيبل عند بوابة 4,١ 5 (NAND ديسيبل عند بوابة NOR و £),£ عند بوابة XOR قيم MD هي: 557 عند بوابة ZVV,EV (NOT عند بوابة Z9V,2V (OR عند بوابة ([1[7حرء 17 عند بوابة CXOR 735,57 عند “lg: (2]4101. 739,99 عند بوابة NOR و739,99/ عند بوابة +[70. تقدم الدوائر المنطقية التوافقية البلازمونية 11.09 = HA CR ديسيبل، 92.42 = MD و1.42- = IL ديسيبل. بلغت نتائج النطاط 7.09 = D-flip flop CR ديسيبل، 97.47 = MD و 1.44- = TL ديسيبل. كانت قيمة FWHM للمرشح الضوئي المقترح VA نانومتر وهي قيمة ضيقة جدا بشكل ملحوظ وجيد.

All optical circuits and devices have exceptionally revolutionized data transmission, which comes from their great ability to transmit vast amounts of data. However, diffraction limits light propagation through sub-wavelength dimensions, which is still a massive problem and challenge. Surface waves, which are electromagnetic waves transferred through a Plasmonic Waveguide (PW) and propagate at the interface between dielectric and metal, overcome these limitations. In this work, seven optical logic gates based on nano-resonator (AND, NAND, OR, XOR, NOR, XNOR, and NOT) were presented and implemented utilizing an Insulator-Metal-Insulator (IMI) plasmonic nanostructure at an operational wavelength of 850 nm. These optical gates are built with the same structure and types of dielectric and conductor materials with the smallest size of 250 nm × 250 nm. Two different combinational logic circuits Half Adder (HA) and Half Subtractor (HS) were proposed, and nanostructure PWs with a 35% Tthreshold were utilized. A single structure with dimensions of (540 × 250) nm has been configured for conducting these two circuits. An IMI plasmonic integrated optical D- flip flop device was produced at the same wavelength. Silver and SiO2 are applied as metal and dielectric materials, respectively. The measurements of this building also 250 nm × 250 nm. Finally, an optical filter with 1000 × 1117.5 nm2 via disk resonator included with air is achieved. The MIM structure was utilized to acquire a long propagation distance and high-quality factor. The Finite Elements Method (FEM) with COMSOL Multiphysics software (version 5.5) has been presented. Four aspects have been used to assessment the results of the suggested electronic circuits, namely, Contrast Ratio (CR), Transmission Value (TV), Insertion Loss (IL), and Modulation Depth (MD), while two aspects for the optical filter are Quality Factor (QF) and Full Width at Half Maximum (FWHM). CR values are 14.46 dB at NOT gate, 11.23 dB at OR gate, 11.65 dB at AND gate, 11.15 dB at XOR gate, 8.43 dB at NAND gate, 4.14 dB at NOR gate and 4.14 at XNOR gate. MD values are: 96.42% at NOT gate, 97.47% at OR, 97.47% at AND gate, 92.47% at XOR, 96.42% at NAND gate, 99.99% at NOR and 99.99% at XOR gate. The designed plasmonic combinational logic circuits HA and HS present a CR = 11.09 dB, MD = 92.42 and IL = -1.42 dB. The designed D-flip flop presents a CR = 7.09 dB, MD = 97.47 and IL = -1.44 dB. The FWHM value of proposed optical filter is 18 nm, a remarkable narrower value and the quality factor is 63.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب