Yüzey plazmon polaritonlarının iki boyutlu süreksizliklerle etkileşiminin incelenmesi: Yansıma ve iletim

Yüzey plazmon polaritonları (SPP'ler), nanoteknoloji, iletişim ve yaşam bilimlerindeki olası uygulamaları nedeniyle son yıllarda kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Bu yüzey dalgalarının ışığı kırınım sınırının altına odaklayabilme özellikleri, plazmonik dalga kılavuzları ve nano-antenler gibi yeni nesil optik aygıtların üretilmesine olanak sağlamaktadır. Buna karşın, bu yapılarda bulunabilecek süreksizliklerin analizinde çoğunlukla tam ölçekli elektromanyetik çözümleyiciler kullanılmaktadır. Daha basit bir tasarım rotası sağlamak için, 20. yüzyılda mikrodalga devreleri için geliştirilenlere benzeyen, yaklaşık ancak verimli süreksizlik modellerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada, temel iki boyutlu süreksizliklerdeki SPP davranışı yaklaşık ve yarı analitik modeller aracılığı ile yansıma ve iletim katsayıları üzerinden incelenmiştir. Bu tezin ilk kısmı, iki boyutlu bir metalik yarı uzayın i) yalıtkan ve ii) metalik yarı düzlem süreksizlikler olarak iki olası basitleştirilmiş sonlandırması üzerine odaklanmaktadır: Plazmonik biliminin temelindeki elektromanyetik teorinin gözden geçirilmesinin ardından, bu sonlandırmalardaki SPP yansıma katsayıları, etkili ortam ve mod eşleştirme teknikleri ile türetilmiştir. Bu modellerin geçerliliği ve sınırları, mod açılımı yöntemi ile birlikte zamanda sonlu farklar (FDTD) simülasyonlarından elde edilen sonuçlarla karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Ayrıca ilgili süreksizliklerin karakteristik özellikleri, mikrodalga iletim hatlarındaki benzerleriyle ilişkilendirilmiştir. Bu tezin ikinci kısmı, basamak ve aralık tipi süreksizlikler dahil olmak üzere daha karmaşık geometrilerin yaklaşık modeller ve simülasyon verileri ile analizini içmektedir. Bu süreksizliklerin yansıma ve iletim katsayıları, bir mikrodalga ağ biçiminde ile bağlamsallaştırılmıştır. Bu bağlamsallaştırma ile küçük boyutlu süreksizliklerde SPP'lerin rezonansı hakkında detaylı sonuçlar elde edilmiştir.