Surface plasmon enhanced optical forces in nanostructures and waveguides

Mikro ölçekteki parçacıkların optik tuzak ve cımbızlarla başarılı bir şekilde kontrolünü takiben, optik kuvvetlerin nano ölcekte kullanımı da hızla gelişmektedir. Mikro ölçeğin aksine, nano-ölçek dalgaboyu-altı limitinde yer aldığından, geometrik optiğe dayalı formülasyondan yararlanamamaktadır. Buna ek olarak, ışığın dalgaboyu altı yapılarla etkileşimi genelde zayıftır, ancak yüzey plazmonlarının uyarılabildiği metalik özellikleri taşıdığı taktirde bu etkileşim güçlenebilir. Böylece yüzey plazmonlarının uyarılmalarını dikkate alarak yakın alan elektrodinamiği formülasyonu gerekmektedir. Bu başlıca noktalar, nano ölçekte optik kuvvetlerin biyomedikal, kimyasal ve tümleşik fotonik uygulamalarda kullanılmak üzere temel bilimsel ara ?stırmalarına gereksinim oluş. Bu tez calışmasında, iki farklı sistemde optik kuvvetleri araştırıyoruz: (i) Yüzey plazmon ile kuvvetlendirilmiş nano çubuk çifti üzerinde optik kuvvetler, ve (ii) çift dielektrik ve metal şerit dalga kılavuzları arasındaki optik kuvvetler. Maxwell denklemlerinden başlayarak ve Maxwell stress tensöründen yararlanarak optik kuvvetlerin elektrodinamiğini çalışmak için teorik ve numerik yaklaşım kullandık. İlk sistemde, metalin yüzey plazmon resonansının bulunduğu bir aralıkta optik kuvvetin frekans spektrumu belirlendi. Özellikle, oluşan optik kuvvetin ayarlanabilmesi problemi üzerinde duruldu ve değişken kırılma indisine sahip (likit kristal) bir dielektrik ara katman koyarak yapılabileceği gösterildi. Yalıtkanlık sabitinin ve dieletrik katmanın kalınlığının ortak ve relatif kuvvetler üzerindeki etkileri detaylı olarak incelendi. İkincil olarak, çift dielektrik dalga kılavuzlarının modlarını elde ettik. Mod pro- fillerine bağlı dalga kılavuzları üzerindeki yanal stresi belirleyerek dalga kılavuzlarının yapısal deformasyonunu elde ettik. Sonrasında, yüzey plazmonlarının etkilerini araştırmak için plazmonik metal şerit dalgakılavuzları modelini oluşturduk.