URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
H Şeklindeki Nano Anten Dizilerinde Polarizasyonun Yansıma ve Geçiş
Spektrumlarına Etkisi
Erdem Aslan*, Mustafa Türkmen, Ö. Galip Saraçoğlu
1
Erciyes Üniversitesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Talas, Kayseri
[email protected], [email protected], [email protected],
Özet: Metal nanoparçacıkların parametre bağımlı optik özellikleri nanoanten dizilerinin birçok uygulamada
kullanılabilmesine olanak sağlamaktadır [1-3]. Dalga boyundan daha küçük yapılardaki metal nanoparçacıklar
yoluyla ışığın hapsedildiği plazmonik nanoyapıların [4] polarizasyon duyarlılığı da etkin bir analizdir. Özellikle
sensör uygulamalarında nanoyapının polarizasyon bağımsız olması istenilen bir özelliktir [5]. Bu çalışmada,
SiNx taban malzemesi üzerine yerleştirilmiş H şeklindeki Au parçacıktan oluşmuş nano anten dizilerinin
polarizasyon duyarlılığı analiz edilmiştir. Sunulan nano anten dizisinin spektral cevapları, FDTD yöntemi ile
farklı polarizasyon açılarındaki kaynakların kullanılmasıyla elde edilmiş ve bu yapının biyosensör
uygulamalarında kullanılabileceği görülmüştür.
Abstract: The parameter-dependent optical properties of metallic nanoparticles provide that nanoantenna
arrays can be utulized for many applications [1-3]. The polarization sensitivity of plasmonic nanostructures
that localize the light by metallic nanoparticles in sub-wavelength-structures [4] is also an effective analysis.
Especially in sensor application, that the nanostructure is polarization dependent is a desired characteristic [5].
In this study, the polarization sensitivity of nanoantenna arrays consisting of H-shaped Au particles placed on
SiNx substrate is analyzed. The spectral responses of proposed nanoantenna arrays are obtained with FDTD
method and by using sources with different polarization angles and it is predicted that this structure can be used
for biosensing applications.
1. Giriş
Şekil 1. H şeklindeki parçacık nanoanten dizisinin birim hücresinin şematik görünümü (D, dikey parçacıklar
arasındaki mesafe; L, yatay parçacık uzunluğu; H, yatay parçacığın konumu; W, parçacık genişlikleri ; px ve
py periyotlar; , geliş açısı; , polarizasyon açısı).
H şeklindeki parçacık tabanlı nanoyapının birim hücresinin şematik görünümü Şekil 1'de verilmektedir. Burada
D dikey parçacıklar arasındaki mesafe, L yatay parçacık uzunluğu, H yatay parçacığın konumu, W parçacıkların
URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
genişlikleri, px ve py ise x ve y yönündeki periyotları göstermektedir. Bu çalışmada SiNx taban malzemesinin
kalınlığı 100 nm olarak alınmıştır. Taban malzemesinin alt yüzünde 100 nm kalınlığında ince film Au kaplama
bulunmaktadır. Üst yüzeyinde H şeklinde 5 nm kalınlığında Ti üzerine 100 nm Au nanoparçacık yer almaktadır.
İlgili nanoanten dizisinin spektral cevabı FDTD metodu kullanılarak elde edilmiştir. Analizler farklı
polarizasyon açıları ( ) ve farklı geliş açıları ( ) için değerlendirilmiştir.
2. Sayısal Analizler
Şekil 2. H şeklindeki parçacık tabanlı nanoanten dizisinin,
(a) ışığın dik gelişi (
) durumunda ve farklı polarizasyon açıları ( ) için reflektans cevabı,
transmitans cevabı ve absorbans cevabı;
(b) kaynak dalgasının
eğik gelişi durumunda farklı polarizasyon açıları ( ) için reflektans cevabı,
transmitans cevabı ve absorbans cevabı;
(c)
-polarizeli geliş (
) durumunda farklı geliş açıları ( ) için reflektans cevabı, transmitans
cevabı ve abzorbans cevabı (
).
İlgili nanoanten dizisinin farklı polarizasyon açıları veya farklı geliş açılarına karşılık spektral analizleri Şekil
2'de verilmektedir.
Şekil 2(a) nanoanten dizisine ışığın dik gelişi
durumunda farklı polarizasyon açılarındaki ( )
Reflektans, Transmitans ve Absorbans cevaplarını göstermektedir. Görüldüğü üzere ışığın dik gelişi durumunda
URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
polarizasyon açısındaki spektral cevaplar tamamıyla değiştirmektedir. Işığın
eğik gelişi durumunda farklı
polarizasyon açıları ( ) için spektral cevabın tamamen değişmesi de benzer bir durumdur (Şekil 2(b)).
Geliş açısının etkisi ise Şekil 2(c)'de ifade edilmektedir.
-polarizeli geliş (
) durumunda yani sabit
polarizasyon açısı için ışığın geliş açısındaki değişimin etkisi ise rezonans frekans değerlerinin aynı kalması
ancak rezonans pik şiddetlerinin değişmesi şeklindedir.
3. Sonuçlar
Bu çalışmada H şeklinde parçacık tabanlı nanoanten dizilerinin polarizasyonuna bağlılığı incelenmiştir.
Kızılötesi (infrared: IR) bölge için yapılan analizlerde farklı geliş açısı ( ) ve polarizasyon açısı ( ) bakımından
spektral davranışlar incelenmiştir ve ilgili nanoanten dizisinin spektral cevabının polarizasyondan bağımlı
olduğu belirlenmiştir.
Teşekkür
Bu çalışma TÜBİTAK (Türkiye Bilimsel Araştırma Kurumu) tarafından desteklenmektedir. Proje No:
TÜBİTAK - 113E277, 2013.
Kaynaklar
[1]. Aslan E. and Turkmen M., “Novel dual-band resonator nanoantenna array for infrared detection
applications,” Sensors and Materials, 25 (9), s.689-696, 2013.
[2]. Turkmen M., Aksu S., Çetin A. E., Yanik A. A. and Altug H., “Multi-resonant metamaterials based on UTshaped nano-aperture antennas”, Opt. Express, 19, s.7921, 2011.
[3]. Turkmen M., "Characterization of x-shaped nano-aperture antenna arrays operating in mid-infrared regime,"
Chin. Opt. Lett., 11, 070501, 2013.
[4]. M. L. Brongersma, “Plasmonics: Engineering optical nanoantennas,” Nat. Photon., 2, s.270–272, 2008.
[5]. Wei H., Hao F., Huang Y., Wang W., Nordlander P., and Xu H., “Polarization Dependence of SurfaceEnhanced Raman Scattering in Gold Nanoparticle-Nanowire Systems,” Nano Lett., 8(8), s.2497-2502, 2008.
Download

125