Nonlinear Propagation of Surface Plasmon-Polaritons in Chalcogenide Glass. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MSC_Thesis_ID200902570.pdf Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

جذب مجال البلازمونات الضوئية الكثير من البحوث في حقل النانو-فوتون. و تبرز هذه البلازمونات الضوئية كمرشح قوي في مجالات مثل التصوير و نقل المعلومات و الحساب. البلازمونات الضوئية أنماط كهرومغناطيسية تنشأ من التأثر المزدوج بين الفوتونات و الالكترونات الموصلة الحرة عند التقاء المعدن بالعازل. وعن طريقها يمكن حصر الضوء في نطاق أصغر بكثير من الطول الموجي للضوء، و عندها تنتقل الموجة الـكهرومغناطيسية الناتجة على طول واجهة المعدن. و في هذه الرسالة تم تطوير خوارزمية في المجال الزمني لدراسة خصائص الانتشار اللاخطي للبلازمونات في زجاج الكالكوجينات. و يعود الاهتمام البالغ في زجاج الكالكوجينات الى خواصها غير الخطية فائقة السرعة. وقد تم تطوير نموذج لخواص هذه المادة الخطية (علاقة التشتت المعتمدة على التردد) و غير الخطية (الدرجة الثالثة) عن طريق مطابقة الخواص المعملية لها لنماذج رياضية قياسية. ثم تم استخدام خوارزمية الاستقطاب العامة المدمجة في طريقة المعادلة التكميلية للوصول إلى وصف رياضي (معادلات تفاضلية جزئية) لحركة البلازمونات. اعتمد الحل العددي لهذا النموذج الرياضي على طريقة الفروق المحدودة (FDTD). وقد تم البحث في ديناميكة انتشار البلازمونات في تراكيب مختلفة تحوي تكوينات زجاج الكالكوجينات فوجد أن الانتشار اللاخطي للبلازمونات يؤدي إلى تغيرات مهمة في طيف الموجة خلال انتقالها عبر التركيب الضوئي. و يمكن الانتفاع بمثل هذه التغيرات في تطوير مفاتيح ضوئية (optical switch) و تراكيب ضوئية أخرى.

English Abstract

The field of plasmonics has attracted a lot of research in nano-photonics. Surface Plasmon Polaritons (SPPs) are believed to be strong candidates for nano-scale imaging and computing. SPPs are electromagnetic modes which arise from the coupling effect between photons and the free conduction electrons on the interface between a metal and a dielectric. In integrated optical devices based on SPPs, the light can be confined in sub-wavelength scale, and the resultant EM wave propagates along the metal interface. In this thesis, a time-domain simulation algorithm for the investigation of nonlinear propagation properties of SPPs in chalcogenide glasses is developed. Chalcogenide glasses have become attractive in ultrafast nonlinear devices due to their high material non-linearity. The frequency-dependent dispersion relations as well as third-order non-linearity of chalcogenide glass have been modeled using the general polarization algorithm incorporated in the auxiliary differential equation (ADE). The resulting time domain model has been solved numerically using the Finite Difference Time Domain method. The dynamics of SPP propagation in several plasmonic structures containing third-order nonlinearity have been studied. It was found that non-linear SPP propagation leads to significant changes in the spectrum of the propagated pulse. Such changes can be utilized in novel SPP-based switching and other photonic structures.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Alsunaidi, Mohammad
Committee Members:	Aljamid, Husain and Ooi, Boon
Depositing User:	Rakibul Hasan Sagor (g200902570)
Date Deposited:	04 Jul 2011 08:03
Last Modified:	01 Nov 2019 15:30
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138495