हाइब्रिड प्लास्मोनिक वेवगाइड: Difference between revisions
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हाइब्रिड [[plasmonic|प्लास्मोनिक]] वेवगाइड [[ऑप्टिकल वेवगाइड]] है जो [[ढांकता हुआ वेवगाइड|छिपा हुआ वेवगाइड]] और प्लास्मोनिक वेवगाइड द्वारा निर्देशित प्रकाश को युग्मित करके मजबूत प्रकाश एकांत प्राप्त करता है। यह धातु की सतह (सामान्यतः सोने या चांदी) से छोटे से अंतराल से उच्च [[अपवर्तक सूचकांक]] (सामान्यतः [[सिलिकॉन]]) के माध्यम को अलग करके बनाया जाता है। | |||
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डाइइलेक्ट्रिक वेवगाइड उच्च सूचकांक क्षेत्र में प्रकाश को सीमित करने के लिए [[कुल आंतरिक प्रतिबिंब]] का उपयोग करते हैं। वे बहुत कम हानि के साथ लंबी दूरी तक प्रकाश का मार्गदर्शन कर सकते हैं, लेकिन उनकी प्रकाश परिरोध क्षमता विवर्तन द्वारा सीमित है। दूसरी ओर प्लाज़्मोनिक वेवगाइड्स, धातु की सतह के पास प्रकाश को सीमित करने के लिए [[सतह समतल]] का उपयोग करते हैं। प्लास्मोनिक वेवगाइड्स की प्रकाश | डाइइलेक्ट्रिक वेवगाइड उच्च सूचकांक क्षेत्र में प्रकाश को सीमित करने के लिए [[कुल आंतरिक प्रतिबिंब]] का उपयोग करते हैं। वे बहुत कम हानि के साथ लंबी दूरी तक प्रकाश का मार्गदर्शन कर सकते हैं, लेकिन उनकी प्रकाश परिरोध क्षमता विवर्तन द्वारा सीमित है। दूसरी ओर प्लाज़्मोनिक वेवगाइड्स, धातु की सतह के पास प्रकाश को सीमित करने के लिए [[सतह समतल]] का उपयोग करते हैं। प्लास्मोनिक वेवगाइड्स की प्रकाश एकांत क्षमता विवर्तन द्वारा सीमित नहीं है।<ref>{{cite journal|author1=D. K. Gramotnev |author2=S. I. Bozhevolnyi |title=विवर्तन सीमा से परे प्लास्मोनिक्स|journal=Nature Photonics|volume=4|issue=2|pages=83–91|date=2010|doi=10.1038/nphoton.2009.282|bibcode = 2010NaPho...4...83G }}</ref> और, परिणामस्वरूप, वे प्रकाश को बहुत छोटी मात्रा में सीमित कर सकते हैं। चुकीं, मार्गदर्शक संरचना के भाग के रूप में धातु की उपस्थिति के कारण इन गाइडों को महत्वपूर्ण प्रसार हानि होती है।<ref>{{cite journal|author=W. L Barnes|title=Surface plasmon–polariton length scales: A route to sub-wavelength optics|journal=Journal of Optics A: Pure and Applied Optics|volume=8|issue=4|page=S87|date=2006|doi=10.1088/1464-4258/8/4/S06|bibcode = 2006JOptA...8S..87B }}</ref> हाइब्रिड प्लास्मोनिक वेवगाइड को डिजाइन करने का उद्देश्य इन दो अलग-अलग वेव गाइडिंग योजनाओं को संयोजित करना और बड़े हानि के बिना उच्च प्रकाश एकांत प्राप्त करता था। <ref>{{cite conference|author=M. Z. Alam, J. Meier, J.S. Aitchison, and M. Mojahedi |date= 2007 |title=निम्न सूचकांक माध्यम में सुपर मोड प्रचार|conference= Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) }}</ref><ref>{{cite journal|authors=R. F. Oulton, V. J. Sorger, D. A. Genov, D. F. P. Pile, and X. Zhang|title=सबवेवलेंथ कारावास और लंबी दूरी के प्रसार के लिए एक हाइब्रिड प्लास्मोनिक वेवगाइड|journal=Nature Photonics|volume=2|issue=8|pages=496–500|date=2008|doi=10.1038/nphoton.2008.131|bibcode = 2008NaPho...2.....O |hdl=10044/1/19117|hdl-access=free}}</ref> इस संरचना के कई भिन्न रूप प्रस्तावित किए गए हैं। तब से कई अन्य प्रकार के हाइब्रिड प्लास्मोनिक वेवगाइड प्रस्तावित किए गए हैं जिससे प्रकाश एकांत क्षमता में सुधार हो या निर्माण जटिलता को कम किया जा सके।<ref>{{cite journal|author1=D. Dai |author2=S. He |title=नैनो-स्केल प्रकाश कारावास के लिए धातु की टोपी के साथ एक सिलिकॉन-आधारित हाइब्रिड प्लास्मोनिक वेवगाइड|journal=Opt. Express|volume=17|issue=19|pages=16646–16653|date=2009|doi=10.1364/OE.17.016646|pmid=19770880|bibcode=2009OExpr..1716646D|doi-access=free}}</ref><ref>{{cite journal|authors=Y. Bian, Z. Zheng, X. Zhao, L. Liu, Y. Su, J. Liu, J. Zhu and T. Zhou|title=सिलिकॉन आधारित हाइब्रिड प्लास्मोनिक वेवगाइड में नैनोस्केल लाइट गाइडिंग जो एक उलटा धातु रिज को शामिल करता है|journal=Phys. Status Solidi A|volume=210|issue=7|pages=1424–1428|date=2013|doi=10.1002/pssa.201228682|bibcode=2013PSSAR.210.1424B|s2cid=115148678 }}</ref> | ||
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== संचालन का सिद्धांत == | == संचालन का सिद्धांत == | ||
मोड कपलिंग की अवधारणा का उपयोग करके हाइब्रिड प्लास्मोनिक वेवगाइड्स के संचालन को समझाया जा सकता है। सबसे अधिक | मोड कपलिंग की अवधारणा का उपयोग करके हाइब्रिड प्लास्मोनिक वेवगाइड्स के संचालन को समझाया जा सकता है। सबसे अधिक प्रयोग किए जाने वाले हाइब्रिड प्लास्मोनिक वेवगाइड में सिलिकॉन नैनोवायर होता है जो धातु की सतह के बहुत समीप होता है और कम सूचकांक क्षेत्र द्वारा अलग किया जाता है। सिलिकॉन वेवगाइड छिपा हुआ वेवगाइड मोड का समर्थन करता है, जो अधिकांशतः सिलिकॉन में ही सीमित होता है। धातु की सतह सतह समतल का समर्थन करती है, जो धातु की सतह के पास ही सीमित है। जब इन दो संरचनाओं को एक दूसरे के समीप लाया जाता है, तो धातु की सतह द्वारा समर्थित सतह प्लास्मोन मोड में सिलिकॉन नैनोवायर जोड़े द्वारा समर्थित ढांकता हुआ वेवगाइड मोड। इस [[मोड युग्मन]] के परिणामस्वरूप, धातु और उच्च सूचकांक क्षेत्र (सिलिकॉन नैनोवायर) के बीच के क्षेत्र में प्रकाश अत्यधिक सीमित हो जाता है। | ||
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हाइब्रिड प्लाज़्मोनिक वेवगाइड कई पहले रिपोर्ट किए गए प्लास्मोनिक वेवगाइड्स की तुलना में कम | हाइब्रिड प्लाज़्मोनिक वेवगाइड कई पहले रिपोर्ट किए गए प्लास्मोनिक वेवगाइड्स की तुलना में कम हानि पर प्रकाश की बड़ी सीमा प्रदान करता है।<ref>{{cite journal|author1=M. Z. Alam |author2=J. S. Aitchison |author3=M. Mojahedi |title=A marriage of convenience: Hybridization of plasmonic and dielectric waveguide modes|journal=Laser and Photonics Reviews|volume=8|issue=3|pages=394–408|date=2014|doi=10.1002/lpor.201300168|bibcode=2014LPRv....8..394A|s2cid=54036931 }}</ref> यह सिलिकॉन फोटोनिक्स तकनीक के साथ भी संगत है, और उसी चिप पर सिलिकॉन वेवगाइड्स के साथ एकीकृत किया जा सकता है। [[स्लॉट-वेवगाइड]] के समान, यह निम्न सूचकांक माध्यम में भी प्रकाश को सीमित कर सकता है। इन आकर्षक विशेषताओं के संयोजन ने इस नई मार्गदर्शक योजना के अनुप्रयोग पर विश्वव्यापी अनुसंधान गतिविधि को प्रेरित किया है। ऐसे अनुप्रयोगों के कुछ उल्लेखनीय उदाहरण कॉम्पैक्ट लेजर हैं।<ref>{{cite journal|authors=R. F. Oulton, V. J. Sorger, T. Zentgraf, R-M. Ma, C. Gladden, L. Dai, G. Bartal and X. Zhang|title=डीप सबवेवलेंथ स्केल पर प्लास्मोन लेजर|journal=Nature|volume=461|issue=7264|pages=629–632|date=2009|doi=10.1038/nature08364|pmid=19718019|bibcode = 2009Natur.461..629O |hdl=10044/1/19116|s2cid=912028 |url=http://spiral.imperial.ac.uk/bitstream/10044/1/19116/2/Nature_461_2009.pdf|hdl-access=free}}</ref> इलेक्ट्रो ऑप्टिक न्यूनाधिक<ref>{{cite journal|author1=V. J. Sorger |author2=N. D. L-Kimura |author3=R-M. Ma |author4=X. Zhang |title=ब्रॉडबैंड प्रतिक्रिया के साथ अल्ट्रा-कॉम्पैक्ट सिलिकॉन नैनोफोटोनिक मॉड्यूलेटर|journal=Nanophotonics|volume=1|issue=1|pages=17–22|date=2012|doi=10.1515/nanoph-2012-0009|bibcode = 2012Nanop...1...17S |s2cid=10431638 |doi-access=free}}</ref> बायोसेंसर,<ref>{{cite journal|authors=L. Zhou, X. Sun, X. Li, J. Chen|title=हाइब्रिड प्लाज़्मोनिक वेवगाइड पर आधारित मिनिएचर माइक्रोरिंग रेज़ोनेटर सेंसर|journal=Sensors|volume=11|issue=7|pages=6856–6867|date=2011|doi=10.3390/s110706856|pmid=22163989|pmc=3231671|bibcode=2011Senso..11.6856Z |doi-access=free }}</ref><ref>{{cite journal|author1=S. Ghosh |author2=B. M. A. Rahman |title=रासायनिक घोल के तापमान और सांद्रता का पता लगाने के लिए ऑन-चिप हाइब्रिड प्लास्मोनिक मच-ज़ेन्डर इंटरफेरोमीटर का डिज़ाइन|journal=Sensors and Actuators B: Chemical|volume=279|pages=490–502|date=2019|issue=7 |doi=10.1016/j.snb.2018.09.070|pmid=22163989|pmc=3231671}}</ref> ध्रुवीकरण नियंत्रण उपकरण<ref>{{cite journal|author1=J. N. Caspers |author2=J. S. Aitchison |author3=M. Mojahedi |title=एक एकीकृत हाइब्रिड प्लास्मोनिक ध्रुवीकरण रोटेटर का प्रायोगिक प्रदर्शन|journal=Optics Letters|volume=38|issue=20|pages=4054–4057|date=2013|doi=10.1364/OL.38.004054|pmid=24321921|bibcode = 2013OptL...38.4054C |s2cid=26909408}}</ref> और थर्मो-ऑप्टिक स्विच है।<ref>{{cite journal|authors=D. Perron, M. Wu, C. Horvath, D. Bachman, and V. Van|title=पॉलिमर प्लास्मोनिक माइक्रोरिंग रेज़ोनेटर में थर्मल नॉनलाइनरिटी पर आधारित ऑल-प्लास्मोनिक स्विचिंग|journal=Optics Letters|volume=36|issue=14|pages=2731–2733|date=2011|doi=10.1364/OL.36.002731|pmid=21765524|bibcode = 2011OptL...36.2731P }}</ref><ref>{{cite journal|authors=F. Lou, L. Thylen, L. Wosinski|editor3-first=Iñigo|editor3-last=Molina-Fernandez|editor2-first=Jiří|editor2-last=Čtyroký|editor1-first=Pavel|editor1-last=Cheben|title=ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट अनुप्रयोगों के लिए हाइब्रिड प्लास्मोनिक माइक्रोडिस्क रेज़ोनेटर|journal=Proc. SPIE|volume=8781|page=87810X|date=2013|doi=10.1117/12.2017108|series=Integrated Optics: Physics and Simulations|bibcode=2013SPIE.8781E..0XL |s2cid=119802655}}</ref> | ||
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Latest revision as of 10:04, 21 June 2023
हाइब्रिड प्लास्मोनिक वेवगाइड ऑप्टिकल वेवगाइड है जो छिपा हुआ वेवगाइड और प्लास्मोनिक वेवगाइड द्वारा निर्देशित प्रकाश को युग्मित करके मजबूत प्रकाश एकांत प्राप्त करता है। यह धातु की सतह (सामान्यतः सोने या चांदी) से छोटे से अंतराल से उच्च अपवर्तक सूचकांक (सामान्यतः सिलिकॉन) के माध्यम को अलग करके बनाया जाता है।
इतिहास
डाइइलेक्ट्रिक वेवगाइड उच्च सूचकांक क्षेत्र में प्रकाश को सीमित करने के लिए कुल आंतरिक प्रतिबिंब का उपयोग करते हैं। वे बहुत कम हानि के साथ लंबी दूरी तक प्रकाश का मार्गदर्शन कर सकते हैं, लेकिन उनकी प्रकाश परिरोध क्षमता विवर्तन द्वारा सीमित है। दूसरी ओर प्लाज़्मोनिक वेवगाइड्स, धातु की सतह के पास प्रकाश को सीमित करने के लिए सतह समतल का उपयोग करते हैं। प्लास्मोनिक वेवगाइड्स की प्रकाश एकांत क्षमता विवर्तन द्वारा सीमित नहीं है।[1] और, परिणामस्वरूप, वे प्रकाश को बहुत छोटी मात्रा में सीमित कर सकते हैं। चुकीं, मार्गदर्शक संरचना के भाग के रूप में धातु की उपस्थिति के कारण इन गाइडों को महत्वपूर्ण प्रसार हानि होती है।[2] हाइब्रिड प्लास्मोनिक वेवगाइड को डिजाइन करने का उद्देश्य इन दो अलग-अलग वेव गाइडिंग योजनाओं को संयोजित करना और बड़े हानि के बिना उच्च प्रकाश एकांत प्राप्त करता था। [3][4] इस संरचना के कई भिन्न रूप प्रस्तावित किए गए हैं। तब से कई अन्य प्रकार के हाइब्रिड प्लास्मोनिक वेवगाइड प्रस्तावित किए गए हैं जिससे प्रकाश एकांत क्षमता में सुधार हो या निर्माण जटिलता को कम किया जा सके।[5][6]
संचालन का सिद्धांत
मोड कपलिंग की अवधारणा का उपयोग करके हाइब्रिड प्लास्मोनिक वेवगाइड्स के संचालन को समझाया जा सकता है। सबसे अधिक प्रयोग किए जाने वाले हाइब्रिड प्लास्मोनिक वेवगाइड में सिलिकॉन नैनोवायर होता है जो धातु की सतह के बहुत समीप होता है और कम सूचकांक क्षेत्र द्वारा अलग किया जाता है। सिलिकॉन वेवगाइड छिपा हुआ वेवगाइड मोड का समर्थन करता है, जो अधिकांशतः सिलिकॉन में ही सीमित होता है। धातु की सतह सतह समतल का समर्थन करती है, जो धातु की सतह के पास ही सीमित है। जब इन दो संरचनाओं को एक दूसरे के समीप लाया जाता है, तो धातु की सतह द्वारा समर्थित सतह प्लास्मोन मोड में सिलिकॉन नैनोवायर जोड़े द्वारा समर्थित ढांकता हुआ वेवगाइड मोड। इस मोड युग्मन के परिणामस्वरूप, धातु और उच्च सूचकांक क्षेत्र (सिलिकॉन नैनोवायर) के बीच के क्षेत्र में प्रकाश अत्यधिक सीमित हो जाता है।
अनुप्रयोग
हाइब्रिड प्लाज़्मोनिक वेवगाइड कई पहले रिपोर्ट किए गए प्लास्मोनिक वेवगाइड्स की तुलना में कम हानि पर प्रकाश की बड़ी सीमा प्रदान करता है।[7] यह सिलिकॉन फोटोनिक्स तकनीक के साथ भी संगत है, और उसी चिप पर सिलिकॉन वेवगाइड्स के साथ एकीकृत किया जा सकता है। स्लॉट-वेवगाइड के समान, यह निम्न सूचकांक माध्यम में भी प्रकाश को सीमित कर सकता है। इन आकर्षक विशेषताओं के संयोजन ने इस नई मार्गदर्शक योजना के अनुप्रयोग पर विश्वव्यापी अनुसंधान गतिविधि को प्रेरित किया है। ऐसे अनुप्रयोगों के कुछ उल्लेखनीय उदाहरण कॉम्पैक्ट लेजर हैं।[8] इलेक्ट्रो ऑप्टिक न्यूनाधिक[9] बायोसेंसर,[10][11] ध्रुवीकरण नियंत्रण उपकरण[12] और थर्मो-ऑप्टिक स्विच है।[13][14]
संदर्भ
- ↑ D. K. Gramotnev; S. I. Bozhevolnyi (2010). "विवर्तन सीमा से परे प्लास्मोनिक्स". Nature Photonics. 4 (2): 83–91. Bibcode:2010NaPho...4...83G. doi:10.1038/nphoton.2009.282.
- ↑ W. L Barnes (2006). "Surface plasmon–polariton length scales: A route to sub-wavelength optics". Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 8 (4): S87. Bibcode:2006JOptA...8S..87B. doi:10.1088/1464-4258/8/4/S06.
- ↑ M. Z. Alam, J. Meier, J.S. Aitchison, and M. Mojahedi (2007). निम्न सूचकांक माध्यम में सुपर मोड प्रचार. Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO).
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- ↑ Y. Bian, Z. Zheng, X. Zhao, L. Liu, Y. Su, J. Liu, J. Zhu and T. Zhou (2013). "सिलिकॉन आधारित हाइब्रिड प्लास्मोनिक वेवगाइड में नैनोस्केल लाइट गाइडिंग जो एक उलटा धातु रिज को शामिल करता है". Phys. Status Solidi A. 210 (7): 1424–1428. Bibcode:2013PSSAR.210.1424B. doi:10.1002/pssa.201228682. S2CID 115148678.
{{cite journal}}: CS1 maint: uses authors parameter (link) - ↑ M. Z. Alam; J. S. Aitchison; M. Mojahedi (2014). "A marriage of convenience: Hybridization of plasmonic and dielectric waveguide modes". Laser and Photonics Reviews. 8 (3): 394–408. Bibcode:2014LPRv....8..394A. doi:10.1002/lpor.201300168. S2CID 54036931.
- ↑ R. F. Oulton, V. J. Sorger, T. Zentgraf, R-M. Ma, C. Gladden, L. Dai, G. Bartal and X. Zhang (2009). "डीप सबवेवलेंथ स्केल पर प्लास्मोन लेजर" (PDF). Nature. 461 (7264): 629–632. Bibcode:2009Natur.461..629O. doi:10.1038/nature08364. hdl:10044/1/19116. PMID 19718019. S2CID 912028.
{{cite journal}}: CS1 maint: uses authors parameter (link) - ↑ V. J. Sorger; N. D. L-Kimura; R-M. Ma; X. Zhang (2012). "ब्रॉडबैंड प्रतिक्रिया के साथ अल्ट्रा-कॉम्पैक्ट सिलिकॉन नैनोफोटोनिक मॉड्यूलेटर". Nanophotonics. 1 (1): 17–22. Bibcode:2012Nanop...1...17S. doi:10.1515/nanoph-2012-0009. S2CID 10431638.
- ↑ L. Zhou, X. Sun, X. Li, J. Chen (2011). "हाइब्रिड प्लाज़्मोनिक वेवगाइड पर आधारित मिनिएचर माइक्रोरिंग रेज़ोनेटर सेंसर". Sensors. 11 (7): 6856–6867. Bibcode:2011Senso..11.6856Z. doi:10.3390/s110706856. PMC 3231671. PMID 22163989.
{{cite journal}}: CS1 maint: uses authors parameter (link) - ↑ S. Ghosh; B. M. A. Rahman (2019). "रासायनिक घोल के तापमान और सांद्रता का पता लगाने के लिए ऑन-चिप हाइब्रिड प्लास्मोनिक मच-ज़ेन्डर इंटरफेरोमीटर का डिज़ाइन". Sensors and Actuators B: Chemical. 279 (7): 490–502. doi:10.1016/j.snb.2018.09.070. PMC 3231671. PMID 22163989.
- ↑ J. N. Caspers; J. S. Aitchison; M. Mojahedi (2013). "एक एकीकृत हाइब्रिड प्लास्मोनिक ध्रुवीकरण रोटेटर का प्रायोगिक प्रदर्शन". Optics Letters. 38 (20): 4054–4057. Bibcode:2013OptL...38.4054C. doi:10.1364/OL.38.004054. PMID 24321921. S2CID 26909408.
- ↑ D. Perron, M. Wu, C. Horvath, D. Bachman, and V. Van (2011). "पॉलिमर प्लास्मोनिक माइक्रोरिंग रेज़ोनेटर में थर्मल नॉनलाइनरिटी पर आधारित ऑल-प्लास्मोनिक स्विचिंग". Optics Letters. 36 (14): 2731–2733. Bibcode:2011OptL...36.2731P. doi:10.1364/OL.36.002731. PMID 21765524.
{{cite journal}}: CS1 maint: uses authors parameter (link) - ↑ F. Lou, L. Thylen, L. Wosinski (2013). Cheben, Pavel; Čtyroký, Jiří; Molina-Fernandez, Iñigo (eds.). "ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट अनुप्रयोगों के लिए हाइब्रिड प्लास्मोनिक माइक्रोडिस्क रेज़ोनेटर". Proc. SPIE. Integrated Optics: Physics and Simulations. 8781: 87810X. Bibcode:2013SPIE.8781E..0XL. doi:10.1117/12.2017108. S2CID 119802655.
{{cite journal}}: CS1 maint: uses authors parameter (link)
