آمار
| تعداد نشریات | 36 |
| تعداد شماره‌ها | 1,192 |
| تعداد مقالات | 8,579 |
| تعداد مشاهده مقاله | 6,988,716 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 4,032,570 |
طراحی یک فوتوکاتد ارتقاء‌یافته ترکیبی بر پایه نانوتوری‌های پلاسمونیکی | ||
| الکترومغناطیس کاربردی | ||
| دوره 9، شماره 2 - شماره پیاپی 23، دی 1400، صفحه 27-33 اصل مقاله (1.28 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| نویسندگان | ||
| جواد خلیل زاده* 1؛ علی عرب خراسانی2؛ حسین ذکی دیزجی3؛ یدالله شهامت4 | ||
| 1دانشیار، مرکز علم و فناوری لیزر و اپتیک، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران | ||
| 2دانشجوی دکتری، گروه فوتونیک، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران | ||
| 3استادیار، گروه جنگ نوین، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران | ||
| 4پژوهشگر، گروه فوتونیک، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران | ||
| تاریخ دریافت: 03 آبان 1399، تاریخ بازنگری: 12 اسفند 1399، تاریخ پذیرش: 12 تیر 1400 | ||
| چکیده | ||
| مهمترین و تأثیرگذارترین بخش هر آشکارساز نوری، قطعه حسگر آن است. در روند توسعه فوتوکاتدها از مواد و ساختار متنوعی استفاده شده و در سال‌های اخیر ساختار‌های ترکیبی مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش به‌منظور ارتقای بازدهی پاسخ اپتیکی فوتوکاتد از پدیده پلاسمونیک استفاده شده و بر اساس روش تفاضل محدود حوزه زمان (FDTD) فوتوکاتد جدیدی طراحی و شبیهسازی شده است. با تعبیه طرحی از نانوتوری تناوبی بر روی سطح، ساختاری ارائه شده است که با ایجاد امکان تزویج نور فرودی به یک موج چگالی الکترونی در سطح، تشدید پلاسمونی در محدوده طول موج مورد نظر بهوجود آمده و شدت میدان افزایش بسیار زیادی پیدا میکند. به این طریق فلز-نیم‌هادی تبدیل به یک جاذب عالی میشود. برای این منظور ابتدا فوتوکاتدهای با ساختار مسطح و غیرمسطح (نانوتوری) متشکل ازGaAs و Au به‌طور مجزا شبیهسازی شدند. سپس ساختار نانوتوری پلاسمونیک متشکل از مواد ترکیبی Au-GaAs شبیهسازی و با ساختار نانوتوری پلاسمونیک طلا مقایسه شد، به‌طوری که میزان جذب ساختار 1/16 درصد افرایش یافت. ساختار نانوتوری پلاسمونیک متشکل از مواد Au-GaAs در بازه طیف مرئی به‌دلیل جذب بیشتر، عملکرد بهتری در افرایش بازده فوتوکاتد خواهد داشت. ساختار ارائه‌شده برای فوتوکاتد، دارای مزیت فیلتراسیون نور فرودی با دقت و کیفیت بسیار خوبی است. قابلیت مهم دیگر ایجاد چندین فرکانس تشدید هم‌زمان با ایجاد هندسه تکراری است. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| فوتومولتی‌پلایر؛ فوتوکاتد؛ نانوتوری؛ پلاسمونیک؛ گالیوم آرسناید؛ طلا | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Design of a Hybrid Enhanced Photocathode Based on Plasmonic Nano-Grating | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Javad Khalilzadeh1؛ Ali Arab Khorasani2؛ Hosein Zaki Dizaji3؛ Yadollah Shahamat4 | ||
| 1Associate Professor, Center for Laser Science and Technology and Optics, Imam Hossein University, Tehran, Iran | ||
| 2PhD Student, Department of Photonics, Imam Hossein University, Tehran, Iran | ||
| 3Assistant Professor, New War Department, Imam Hossein University, Tehran, Iran | ||
| 4Researcher, Department of Photonics, Imam Hossein University, Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| The most important and effective part of any light detector is the photocathode. In this research, in order to improve the efficiency of the photocathode optical response, the plasmonic phenomenon is used and a new photocathode is designed and simulated based on the finite difference time domain (FDTD) method. By designing a periodic nano-grating on the surface, a structure is presented that makes it possible to couple the incoming light to an electron density wave on the surface. Plasmonic resonance is created in the desired wavelength range and the field strength is greatly increased. In this way, the metal-semiconductor becomes an excellent absorber. For this purpose, photocathodes with planar and non-planar (nano- grating) structures consisting of GaAs and Au are simulated separately. Then, the plasmonic nano- grating structure consisting of Au-GaAs composite materials is simulated and compared with the plasmonic nano- grating structure of gold, so that the absorption rate of the structure is increased by 16.1%. The plasmonic nano- grating structure consisting of Au-GaAs in the visible spectrum shows better performance in increasing the photocathode efficiency due to higher absorption. The structure provided for the photocathode has the advantage of filtering the incoming light with excellent accuracy and quality. Another important feature is the creation of multiple resonant frequencies simultaneously with the formation of repetitive geometry. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Photomultiplier, Photocathode, Nano- Grating, Plasmonic, Gallium Arsenide, Gold | ||
| مراجع | ||
|
[1] S. O. Flyckt, “Photomultiplier tubes: principles and applications,” Photonis, 2002.## [2] K. K. Hamamatsu, “Photomultiplier tube handbook,” Electron Tube Division, 2006.## [3] C. Feng, Y. Zhang, J. Liu, Y. Qian, X. Liu, F. Shi, and H. Cheng, “Effect of graded bandgap structure on photoelectric performance of transmission-mode Al x Ga 1-x As/GaAs photocathode modules,” Applied Optics, vol. 56, pp. 9044-9049, 2017.## [4] K. Matsuoka, “Expression for the angular dependence of the quantum efficiency of a thin multi-alkali photocathode and its optical properties,” Progress of Theoretical and Experimental Physics, vol. 12, p. 123H0, 2018.## [5] S. Xia, L. Liu, and Y. Kong, “Research on quantum efficiency and photoemission characteristics of negative-electron-affinity GaN nanowire arrays photocathode,” Optical and Quantum Electronics, vol. 48, p. 306, 2016.## [6] X. Zhangyang, L. Liu, Z. Lv, F. Lu, and J. Tian, “Efficient light trapping in GaN inclined nanorod and nanohole arrays for photocathode applications,” Optical Materials, vol. 101, p. 109747, 2020.## [7] L. Liu, F. Lu, J. Tian, X. Zhangyang, and Z. Lv, “The effective light harvesting performance of graded compositional AlxGa1− xN nanocone arrays photocathode for ultraviolet detector—A numerical investigation and simulation,” International Journal of Energy Research, vol. 44, pp. 5779-5790, 2020.## [8] J. A. Schuller, E. S. Barnard, W. Cai, Y. C. Jun, J. S. White, and M. L. Brongersma, “Plasmonics for extreme light concentration and manipulation,” Nature materials, vol. 9, pp. 193-204, 2010.## [9] J. Zhang, L. Zhang, and W Xu, “Surface plasmon polaritons: physics and applications,” Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 45, p. 113001, 2012.## [10] A. Polyakov, K. Thompson, C. Senft, S. Dhuey, B. Harteneck, X. Liang, and H. A. Padmore, “Photocathode performance improvement by plasmonic light trapping in nanostructured metal surfaces,” In Nanophotonic Materials, vol. 8094, p. 809407, 2011. ## [11] R. C. Word, T. Dornan, and Könenkamp, “Photoemission from localized surface plasmons in fractal metal nanostructures,” Applied Physics Letters, vol. 96, p. 251110, 2010.## [12] R. K. Li, H. To, G. Andonian, J. Feng, A. Polyakov, C. M. Scoby, and P. Musumeci, “Surface-plasmon resonance-enhanced multiphoton emission of high-brightness electron beams from a nanostructured copper cathode,” Physical review letters, vol. 110, p. 074801, 2013.## [13] S. Foroutan, H. Z. Dizaji, and A. Riahi, “Plasmon resonance-enhanced photocathode by light trapping in periodic concentric circular nanocavities on gold surface,” Optik, vol. 138, pp. 223-228, 2017.## [14] Y. Shahamat, A. Ghaffarinejad, and M. Vahedi, “Plasmon induced transparency and refractive index sensing in two nanocavities and double nanodisk resonators,” Optik, vol. 202, p. 163618, 2020.## [15] Prangsma, “Local and dynamic properties of light interacting with subwavelength holes,” PhD, Twente, Enschede, 2009.## [16] S. Vassant, et al., “Optical control of THz reflectivity with surface waves,” Terahertz Emitters, Receivers, and Applications II, International Society for Optics and Photonics, vol. 8119, 2011.## [17] A. Derkachova, K. Kolwas, and I. Demchenko, “Dielectric function for gold in plasmonics applications: size dependence of plasmon resonance frequencies and damping rates for nanospheres,” Plasmonics, vol. 11, pp. 941-951, 2016.## [18] T. Iqbal, S. Khalil, M. Ijaz, K. N. Riaz, M. I. Khan, M. Shakil, and S. Afsheen, “Optimization of 1D plasmonic grating of nanostructured devices for the investigation of plasmonic bandgap,” Plasmonics, vol. 14, pp. 775-783, 2019.## [19] K. Eyvazi and M. A. Karami, “Optimizing Plasmonic Color Filter for Imaging Sensor,” Journal of Applied Electromagnetism, vol. 7, pp. 105-112, 2019. (In Persian)## [20] J. Qiao, X. Li, J. Niu, and Y. Gao, “Quantum Yield of Reflection Mode Varied Doping GaN Photocathode,” In Matec Web of Conferences, EDP Sciences,vol. 67, p. 02019, 2016.## | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 433 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 265 |
||