Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi

KIRLAR, MUSTAFA; Turkmen, Mustafa

doi:10.17341/gazimmfd.946218

Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi

Mustafa KIRLAR, (Erciyes Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, 38039, Kayseri, Türkiye)

Mustafa TÜRKMEN (Erciyes Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, 38039, Kayseri, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

0 0

Yıl: 2023 Cilt: 38 Sayı: 4 Sayfa Aralığı: 2025 - 2032 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.946218 İndeks Tarihi: 29-09-2023

Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi

Öz:

Bu çalışmada, orta kızılötesi bölgede çalışan çift bant rezonans frekansına sahip yeni bir plazmonik mükemmel soğurucu yapısı sunulmuştur. Yapının analizleri, Lumerical FDTD isimli elektromanyetik analiz programı yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Önerilen mükemmel soğurucu yapısı, gelen ışını düşük frekans modunda %98' in üzerinde ve yüksek frekans modunda % 99' un üzerinde soğurmaktadır. Soğurma mekanizmasında etkili bir rol oynayan iletken ve dielektrik tabaka kalınlıklarının değişimi incelenerek çalışmada kullanılacak olan kalınlık değerleri belirlenmiştir. Dielektrik tabaka üzerine konumlandırılmış nanoanten dizisinin geometrik parametreleri değiştirilerek bu parametrelerin rezonans modlara etkisi incelenmiş ve bu modların ayarlanabilirliği nanoanten dizisi için analiz edilmiştir. Yapının kutupluluktan bağımsızlığı üç farklı kutuplanma açısı için analiz edilmiştir. İncelenen açı değerlerinde yapının kutupluluktan bağımsız olduğu ortaya konmuştur. Çalışmada ayrıca yük yoğunluğu dağılımları ile rezonans modları için elektrik ve manyetik alan dağılımlarının soğurma spektrumları incelenmiştir. Sunulan yapı gelen ışığı elektrik alanda 100 kata kadar, manyetik alanda 40 kata kadar güçlendirebilmektedir. Ayarlanabilir spektral özellikleri, kutupluluktan bağımsız olması, güçlendirilmiş elektrik ve manyetik cevapları sayesinde önerilen plazmonik mükemmel soğurucu, orta kızılötesi spektroskopi uygulamalarında kullanılabilir.

Anahtar Kelime: Mükemmel soğurucular plazmonikler biyo algılama uygulamaları nano fotonik

Numerical analysis of spectrally tunable and polarization independent dual band plasmonic perfect absorber

Öz:

In this study, a novel plasmonic perfect absorber (PA) structure with dual band resonance frequency operating in the mid-infrared region is presented. The analysis of the structure is carried out with the help of the electromagnetic analysis program called Lumerical FDTD. The proposed PA absorbs the incident beam over 98% in lower frequency mode and over 99% in higher frequency mode. The thickness values to be used in the structure are determined by variation of conductor and dielectric layer thicknesses, which play an effective role in the absorption mechanism. By changing the geometric parameters of the nanoantenna arrays positioned on the dielectric layer, the effects of these parameters on the resonance modes are investigated and the tunability of these modes is analyzed. Polarization independence is analyzed for three different polarization angles. It is observed that the structure is insensitive to polarization at the studied angle values. In the study, the charge density distributions and the absorption spectra of the electric and magnetic field distributions for resonance modes are also investigated. The proposed structure can enhanced the incident light up to 100 times in the electric field and up to 40 times in the magnetic field. Due to its tunable spectral characteristics, polarization insensitivity, enhanced electric and magnetic field responses, the proposed plasmonic PA can be used in mid-infrared spectroscopy applications.

Anahtar Kelime: Perfect absorbers Plasmonics Bio sensing applications Nano photonic

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

1. Shelby R.A., Smith D.R., Schultz S., Experimental verification of a negative index of refraction, Science, 292, 77-79, 2001.
2. Cetin A.E., Turkmen M., Aksu S., Altug H., Nanoparticle-Based Metamaterials as Multiband Plasmonic Resonator Antennas, Ieee Transactions on Nanotechnology, 11, 208-212, 2012.
3. Anam M. K. and Choi S., Bowtie Nanoantenna Array Integrated With Artificial Impedance Surfaces for Realizing High Field Enhancement and Perfect Absorption Simultaneously, Ieee Access, 8, 99858-99869, 2020.
4. Pendry J. B., Negative refraction makes a perfect lens, Physical Review Letters, 85, 3966-3969, 2000.
5. Wu D., Li R. F., Liu Y. M., Yu Z. Y., Yu L., Chen L., Liu C., Ma R., and Ye H., Ultra-narrow Band Perfect Absorber and Its Application as Plasmonic Sensor in the Visible Region, Nanoscale Research Letters, 12, 2017.
6. Nguyen D. M., Lee D., and Rho J., Control of light absorbance using plasmonic grating based perfect absorber at visible and near-infrared wavelengths, Scientific Reports, 7, 2017.
7. Wu D., Liu Y. M., Li R. F., Chen L., Ma R., Liu C., Ye H., Infrared Perfect Ultra-narrow Band Absorber as Plasmonic Sensor, Nanoscale Research Letters, 11, 2016.
8. Aslan E., Kaya S., Aslan E., Korkmaz S., Saracoglu O.G., Turkmen M., Polarization insensitive plasmonic perfect absorber with coupled antisymmetric nanorod array, Sensors and Actuators B-Chemical, 243, 617-625, 2017.
9. Alipour A., Mir A., and Farmani A., Ultra high-sensitivity and tunable dual-band perfect absorber as a plasmonic sensor, Optics and Laser Technology, 127, 2020.
10. Ninawe A., Dhawan A., and Xu X. F., Numerical investigation of a narrowband absorber with a simple structure, Osa Continuum, 3, 3582- 3594, 2020.
11. Mahmud S., Islam S. S., Almutairi A. F., and Islam M. T., A Wide Incident Angle, Ultrathin, Polarization-Insensitive Metamaterial Absorber for Optical Wavelength Applications, Ieee Access, 8, 129525- 129541, 2020.
12. Ali F. and Aksu S., A Narrow-Band Multi-Resonant Metamaterial in Near-IR, Materials, 13, 2020.
13. Cetin A. E., Korkmaz S., Durmaz H., Aslan E., Kaya S., Paiella R., and Turkmen M., Quantification of Multiple Molecular Fingerprints by Dual-Resonant Perfect Absorber, Advanced Optical Materials, 4, 1274- 1280, 2016.
14. Korkmaz S., Turkmen M., and Aksu S., Mid-infrared narrow band plasmonic perfect absorber for vibrational spectroscopy, Sensors and Actuators a-Physical, 301, 2020.
15. Chen K., Dao T. D., Ishii S., Aono M., and Nagao T., Infrared Aluminum Metamaterial Perfect Absorbers for Plasmon-Enhanced Infrared Spectroscopy, Advanced Functional Materials, 25, 6637-6643, 2015.
16. Aslan E., Aslan E., Turkmen M., and Saracoglu O. G., Metamaterial plasmonic absorber for reducing the spectral shift between near- and far-field responses in surface-enhanced spectroscopy applications, Sensors and Actuators a-Physical, 267, 60-69, 2017.
17. Shu J., Gao W. L., Reichel K., Nickel D., Dominguez J., Brener I., Mittleman D. M., and Xu Q. F., High-Q terahertz Fano resonance with extraordinary transmission in concentric ring apertures, Optics Express, 22, 3747-3753, 2014.
18. Serebryannikov A. E., Beruete M., Mutlu M., and Ozbay E., Multiband one-way polarization conversion in complementary split-ring resonator based structures by combining chirality and tunneling, Optics Express, 23, 13517-13529, 2015.
19. Jahn M., Patze S., Hidi I. J., Knipper R., Radu A. I., Muhlig A., Yuksel S., Peksa V., Weber K., Mayerhofer T., Cialla-May D., and Popp J., Plasmonic nanostructures for surface enhanced spectroscopic methods, Analyst, 141, 756-793, 2016.
20. Aslan E., Aslan E., Turkmen M., and Saracoglu O. G., Experimental and numerical characterization of a mid-infrared plasmonic perfect absorber for dual-band enhanced vibrational spectroscopy, Optical Materials, 73, 213-222, 2017.
21. Bagci F., A Terahertz Metamaterial Absorber-Based Temperature Sensor Having Nine Resonance Peaks, Gazi University Journal of Science, 34, 1163-1177, 2021.
22. Ozden K., Ozer A., Yucedag O.M., Kocer H., Reduction of radar cross section using metamaterial based broadband absorbers, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31 (4) 1105-1112, 2016.
23. Aytekin R., Durmaz H., Metamalzeme tabanlı iki bantlı mükemmel soğurucu, Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 25, 28-33, 2021.
24. Finite-Difference-Time Domain Package, Lumerical FDTD Solutions, www.lumerical.com, 2017.
25. Palik E.D., Ghosh G., Handbook of optical constants of solids. San Diego: Academic Press, 1998.

APA	KIRLAR M, Turkmen M (2023). Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi. , 2025 - 2032. 10.17341/gazimmfd.946218
Chicago	KIRLAR MUSTAFA,Turkmen Mustafa Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi. (2023): 2025 - 2032. 10.17341/gazimmfd.946218
MLA	KIRLAR MUSTAFA,Turkmen Mustafa Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi. , 2023, ss.2025 - 2032. 10.17341/gazimmfd.946218
AMA	KIRLAR M,Turkmen M Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi. . 2023; 2025 - 2032. 10.17341/gazimmfd.946218
Vancouver	KIRLAR M,Turkmen M Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi. . 2023; 2025 - 2032. 10.17341/gazimmfd.946218
IEEE	KIRLAR M,Turkmen M "Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi." , ss.2025 - 2032, 2023. 10.17341/gazimmfd.946218
ISNAD	KIRLAR, MUSTAFA - Turkmen, Mustafa. "Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi". (2023), 2025-2032. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.946218

APA	KIRLAR M, Turkmen M (2023). Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38(4), 2025 - 2032. 10.17341/gazimmfd.946218
Chicago	KIRLAR MUSTAFA,Turkmen Mustafa Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38, no.4 (2023): 2025 - 2032. 10.17341/gazimmfd.946218
MLA	KIRLAR MUSTAFA,Turkmen Mustafa Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.38, no.4, 2023, ss.2025 - 2032. 10.17341/gazimmfd.946218
AMA	KIRLAR M,Turkmen M Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(4): 2025 - 2032. 10.17341/gazimmfd.946218
Vancouver	KIRLAR M,Turkmen M Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(4): 2025 - 2032. 10.17341/gazimmfd.946218
IEEE	KIRLAR M,Turkmen M "Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38, ss.2025 - 2032, 2023. 10.17341/gazimmfd.946218
ISNAD	KIRLAR, MUSTAFA - Turkmen, Mustafa. "Spektral olarak ayarlanabilir ve polarizasyon bağımsız çift bant plazmonik mükemmel soğurucunun sayısal analizi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38/4 (2023), 2025-2032. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.946218