Jelenlegi hely

Intézeti szeminárium

Félév: 
2015/16 II. félév
Helyszín: 
Árpád tér 2. II. em. 220. sz.
Dátum: 
2016-04-05
Időpont: 
14:00-15:00
Előadó: 
Csete Mária (SZTE TTIK Fizikai Intézet)
Cím: 
Plazmonikus struktúrával integrált egy-foton detektorok optimalizálása
Absztrakt: 
Megfelelően tervezett plazmonikus struktúrákkal számos nanofotonikai jelenség
kontrollálható, a koncepció az integrált eszközök kompozíciójának kontrollja a spektrális
válasz és közel-térbeli eloszlás meghatározása céljából [1]. A kvantuminformatikában
fontosak a speciális polarizációjú fotonok által továbbított információ kiolvasására alkalmas
szupravezető nanohuzalokon alapuló egy-foton detektorok [2]. Előzetes vizsgálataink során a
Matlab COMSOL csomagjának RF moduljában parametrikus sweep-et alkalmaztunk
különböző nanofotonikai jelenségek indukálása céljából választott geometriájú detektorok
optimális orientációjának meghatározására. Ezen vizsgálatok szerint a háromnegyed
hullámhosszal összemérhető periódusú plazmonikus struktúrákkal az egyfoton detektorok
hatásfoka növelhető, mivel a lokalizált és terjedő plazmonok csatolása lehetővé teszi nagy
abszorpció elérését [3, 4].
Ezután geometria optimalizálást hajtottunk végre, amelynek során a szupravezető
nanohuzalokat tartalmazó nano-üregek és a csatolt hullámokat terelő deflektorok paramétereit
a kísérleti realizálás során megmutatkozó korlátokon belől variáltuk. Az optimalizálás
hatékonyságát összehasonlítottuk a COMSOL-ban implementált Monte-Carlo és Nelder Mead
algoritmusok egymás utáni alkalmazása, valamint a GLOBAL algoritmus esetében [5]. Az
optimalizált geometriákra a legnagyobb abszorpciót eredményező orientációt parametrikus
sweep-el határoztuk meg. A nanofotonikai jelenségek alapján választott és optimalizált
geometriájú detektorok összehasonlító vizsgálata szerint számítógépes optimalizálással
szignifikáns hatásfok növekedést lehet elérni, ami lényegesen nagyobb a GLOBAL esetében.
Ezután a GLOBAL algoritmus alkalmazásával elvégeztük négyféle (nano-üreg, nano-üregdeflektor,
nano-üreg-dupladeflektor, és dupla-nanoüreg-) mintázattal integrált egyfoton
detektorok teljes konfiguráció optimalizálását három (fél-, negyed- és teljes hullámhosszal
összemérhető) periódus esetében [6, 7]. A geometria mellett az orientációt is optimalizáltuk
az abszorpció, majd polarizáció-kontraszt maximalizálása céljából, ezután összehasonlítottuk
az abszorpcióra és polarizáció kontrasztra optimalizált rendszereket. Legvégül a polarizáció
kontrasztot az abszorpcióra vonatkozó feltételek mellett optimalizáltuk.
Az optimalizált rendszerek diszperziós karakterisztikája alapján feltérképeztük az abszorpció
és polarizáció-kontraszt maximalizálását eredményező fizikai jelenségeket. Kutatásaink
konklúziója szerint összetett célfüggvényekkel és jól definiált korlátozások mellett
megvalósított optimalizálás a leghatékonyabb, és erre a GLOBAL jó megoldást jelent.
 
1. M. S. Tame, K. R. McEnery, S. K. Özdemir, J. Lee, S. A. Maier, M. S. Kim: "Quantum plasmonics" Nature Physics 9 (2013) 329.
2. F. Najafi et al.: "On-chip detection of entangled photons by scalable integration of single-photon detectors" Nature Communications 6 (2014) 5873.
3. M. Csete, Á. Sipos, A. Szalai, G. Szabó: "Impact of polar-azimuthal illumination angles on efficiency of nano-cavity-array integrated single-photon detectors" Optics Express, 20/15 (2012) 17067.
4. M. Csete, Á. Sipos, A. Szalai, G. Szekeres, F. Najafi, G. Szabó, K. K. Berggren: "Improvement of infrared single-photon detectors absorptance by integrated plasmonic structures" Scientific Reports" 3 (2013) 2406. 41.
5. B. Bánhelyi., T. Csendes, T. Krisztin, A. Neumaier, “Global attractivity of the zero solution for Wright’s equation” SIAM Journal on Applied Dinamical Systems Vol. 13, 537, 2014.
6. M. Csete 1, G. Szekeres, A. Szenes, A. Szalai and G. Szabó: "Plasmonic Structure Integrated Single-Photon Detector
Configurations to Improve Absorptance and Polarization Contrast" Sensors 15 3513-3539 (2015)
7. M. Csete, G. Szekeres, A. Szenes, B. Bánhelyi, T. Csendes, G. Szabó: "Optimized Superconducting Nanowire Single Photon Detectors to Maximize Absorptance", Progress In Electromagnetics Research B, Vol. 65, 81-108 (2016).