tìm hiểu chủ đề “bộ tạo ảnh quang”

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
THÔNG TIN QUANG

1

Báo cáo thông tin quang


MỤC LỤC

Lời mở đầu
Với sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của công nghệ thông tin nói chung và kỹ
thuật viễn thông nói riêng, nhu cầu các dịch vụ liên quan đến viễn thông ngày càng
tăng lên. Và việc chế tạo và áp dụng thành công việc truyền tin bằng thông tin quang
xem như là một thành tựu lớn đối với các nhà khoa học. Tuy vậy, vật liệu sử dụng
trong thông tin quang ngày nay còn bộc lộ một số hạn chế nhất đinh. Vì thế nhiều giải
pháp sáng tạo đã được ra đời, ví dụ công nghệ chế tạo vật liệu Nano hay các tinh thể
quang tử có kích thước Nano.
Vì vậy, qua môn học Thông Tin Quang và được sự đồng ý của cô TS Hoàng
Phương Chi, chúng em đã quyết định chọn đề tài cho bài tập lớn môn là tìm hiểu chủ

2

Báo cáo thông tin quang


đề “bộ tạo ảnh quang” thông qua bài báo “All-angle beam refocusing in non-uniform
triangular photonic crystal slabs” của Remigius Zengerle and Phuong Chi Hoang.

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới cô TS Hoàng Phương Chi đã ân cần
chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian học và quá trình làm bài tập lớn môn Thông Tin
Quang. Do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian tìm hiểu không nhiều, nên bài tập lớn
của chúng em không tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong được sự góp ý cảu
cô để bài tập lớn của chúng em được hoàn thiện hơn.

Danh mục hình vẽ
Hình 1. Nguyên tắc tái tập trung trong không gian thực và không gian sóng vectơ.
a)Đường đi tia sáng trong không gian thực ( chỉ ở trung tâm và ngoài cùng là đi ra)
b)đường cong trong không gian vecto giải thích hiện tượng khúc xạ và phân tán đường
viên cho PhC ở tần số bình thường 0.3018.
“1” “3” “5” hướng vecto sóng , “2” “4” hướng dòng năng lượng
Hình 2. Sơ đồ phân bố của ông kính phẳng không đồng nhất tinh thể quang tử 2D
chuyển tiếp từng bước thành đồng nhất theo hướng z. Trong các phân đoạn, chỉ số chiết
quang thay đổi riêng rẽ tạo nên thành phần không đồng nhất trong các khu vực
Hình 3. Sử dụng biên
3

Báo cáo thông tin quang


a)

Lỗ cắt

b)

Lỗ cắt với siêu cấu trúc

Hình 4. Góc phụ thuộc năng lượng phản xạ sót lại cho 5 lớp PhC với lớp thường và

biên siêu cấu trúc sử dụng chum Gauss 3 µm. Vị trí biên tối ưu là tại tỷ lệ binh thường
Hình 5. Tái hội tụ với một ống kính tinh thể quang tử hình tam giác đồng nhất 10 μm
với biên thường , TM phân cực.
Hình 6. Tái hội tụ với một phiến tinh thể quang tử hình tam giác không đồng nhất 10
μm với biên thường TM phân cực.
Hình 7. Tái hội tụ với một phiến tinh thể quang tử hình tam giác không đồng nhất 10
μm với biên siêu cấu trúc, TE phân cực.
Hình 8. Tái hội tụ bằng cách sử dụng một tam giác ba lớp quang tử tinh thể đồng nhất
với biên siêu cấu trúc , TM phân cực.
Hình 9. Tái hội tụ bằng cách sử dụng một tam giác ba lớp quang tử tinh thể không
đồng nhất với biên siêu cấu trúc , TE phân cực.
Hình 10. Tái hội tụ với một màng tinh thể quang tử 3D, độ phân cực TM. Độ dày của
màng tế bào: 0,25 μm.

4

Báo cáo thông tin quang


Danh sách các thuật ngữ
Photonic crystal ( PhC)

Tinh thể quang tử

Negative Refraction

Khúc xạ âm

Wave- vecto

Véc tơ sóng

Dispersion contour

Đường bao phân tán

5

Báo cáo thông tin quang


Chương 1. Giới thiệu
Ống kính Planar dựa trên hiện tượng khúc xạ bất thường gần đây đã thu hút sự quan
tâm rất lớn trong vật lý và kỹ thuật, đặc biệt là kể từ khi Pendry cho rằng một chất có
chiết suất tiêu cực có thể tạo ra một ống kính hoàn hảo. Lịch sử đã diễn ra các cuộc
thảo luận về hiện tượng khúc xạ bất thường trong điện động lực vào năm 1904. Tuy
nhiên mãi về sau, khúc xạ tiêu cực của sóng điện từ trong vật liệu có độ từ thẩm và
hằng số điện môi âm đồng thời đã được nghiên cứu bởi Veselago vào năm 1968. Một
đánh giá về khúc xạ tiêu cực trong vùng sóng Viba đã được đưa ra bởi Silin năm 1972.
Năm 1978, Silin mô tả khả năng để xây dựng một ống kính song phẳng và mở ra một
lĩnh vực để xây dựng một ống kính như vậy trong phạm vi quang học, sử dụng môi
trường nhân tạo.
Mặc dù có những tiến bộ đáng kể nhưng vẫn còn có những khó khăn rất lớn trong việc
thiết kế và chế tạo vật liệu độ thẩm thấu và hằng số điện môi âm trong phạm vi quang
học. Một phương pháp khác là các tinh thể quang tử (PhCs) có thể cho ta thấy tia khúc
6

Báo cáo thông tin quang

xạ tiêu cực của sóng Floquet-Bloch mà không bị dội ngược. Các vấn đề cơ bản của
hiện tượng khúc xạ bất thường tại mặt phẳng tấm tinh thể quang tử ở tần số quang học
gần vùng cấm quang tử lần đầu tiên được nghiên cứu thực nghiệm. Ngoài ra các hiện
tượng nhiễu xạ điều chế 1D và 2D chu kỳ hướng dẫn sóng bao gồm tia khúc xạ âm đã
được giải thích bằng các biểu đồ sóng vector. Một nghiên cứu lý thuyết mở rộng mới
hơn về những hiện tượng này đã được đưa ra bởi Notomi.
Theo Luo, tất cả các góc khúc xạ tiêu cực có thể có được mà không có chỉ số tiêu cực
và đã được sử dụng cho việc tạo ảnh ở khoảng cách rất nhỏ đối với một phiến PhC . Độ
phân giải của một hình ảnh phụ thuộc bước sóng do sự khúc xạ tiêu cực trong PhCs 2D
đã được nghiên cứu về mặt lý thuyết và thực nghiệm tại khu vực vi sóng. Ống kính có
độ phân giải cao sử dụng cấu trúc PhC tam giác đã được nghiên cứu về mặt lý thuyết
tại biên giới gián đoạn, tuy nhiên, hiệu quả truyền dẫn bị giảm. Sự ảnh hưởng mạnh mẽ
của biên giới bề mặt lên chất lượng hình ảnh đã được phân tích. Đối với truyền dẫn ánh
sáng hiệu quả cao, Baba đề xuất các loại giao diện khác nhau, tuy nhiên, không phải tối
ưu hóa cho tất cả các tỷ lệ góc độ. Gần đây, Bulu thu được góc khúc xạ tiêu cực rộng
và tập trung của sóng Viba sử dụng PhCs tựa như kim cách điện. Hiệu quả cao của
chùm góc rộng trong việc tái tập trung sử dụng khúc xạ âm trong ống dẫn sóng PhC
vuông không đồng nhất điện môi ở tần số quang học đã được trình bày trong quyển “
R. Zengerle, and P. C. Hoang, “ Wide-angle beam refocusing using negative refraction
in non-uniform photonic crystal waveguides”, Opt. Express 13,5719-5730 (2005) ”.
Gần đây người ta thấy rằng tất cả các góc ảnh cũng có thể đạt được trong ống dẫn sóng
phẳng bằng cách sử dụng một cấu trúc đa lớp kim loại-điện môi lai giống với ý tưởng
của Pendry. Tuy nhiên, nếu không có yêu cầu cơ cấu định kỳ hoặc cấu trúc cuối cùng,
hiệu quả rất thấp.
Trong bài báo này chúng tôi trình bày hiệu quả cao của việc tập trung tất cả các góc
phụ của bước sóng sử dụng các tấm PhC tam giác trong phạm vi trường xa và trường
gần có cải thiện rõ rệt tính chất hình ảnh trường xa sovới một lưới vuông. Nguồn điểm

7

Báo cáo thông tin quang


được giới thiệu để phân tích chính xác của các thuộc tính tập trung vào nội tấm PhC
cho độ rộng khác nhau từ 10 um đến dưới 1 um.
Như hình dạng của đường viền phân tán trong tấm hình tam giác PhC xung quanh
nguồn gốc là không có vòng tròn lý tưởng, góc rộng hoặc thậm chí tất cả các góc chụp
ảnh với một cách tử đồng nhất bị quang sai, đặc biệt là đối với khoảng cách lớn hơn
của nguồn poitn đối với PhC với phiến. Vì vậy, chúng tôi giới thiệu - tương tự như
trước đây gợi ý của chúng ta - không đồng nhất bên trong việc phân phối chỉ số khúc
xạ của cấu trúc PhC để có thể tự do thiết kế cho việc bù đắp quang sai và so sánh các
cải tiến của nó đối với một mạng tinh thể đồng nhất với. Chúng tôi chứng minh rằng
cấu trúc PHC không đồng nhất của chúng tôi có hiệu quả có thể bù đắp cho sự quang
sai trong các khu vực xa trường đối với tất cả các hình ảnh góc bằng lưới tam giác.
Hơn nữa, bằng cách giới thiệu một bước giống như siêu cấu trúc ranh giới vị trí cẩn
thận chúng tôi có thể tiếp tục giảm mất phản xạ góc rộng do không phù hợp ở ranh giới
của bản PhC đạt được một hiệu quả hình ảnh lên tới 97%

Chương 2. Nguyên lý hoạt động
Các nguyên tắc cơ bản của chùm tia tập trung sử dụng các cấu trúc PHC phẳng là khúc
xạ tia âm ở hai mặt chuyến tiếp đến các môi trường đồng nhất xung quanh như trong
hình 1.a. Ở đây chúng tôi sử dụng một dàn tam giác lỗ khí 2D trong một vật liệu điện
môi có chỉ số khúc xạ của 3.6 và một lưới liên tục a = 282 nm. Bán kính của lỗ khí r =
0.4a.
Để có được tất cả các góc khúc xạ với biến dạng nhỏ và dung sai thiết kế đơn giản,
chúng tôi đang làm việc trong các dải quang tử thứ hai của tinh thể quang tử tam giác.
Trong hình 1.c,1.d đã biểu thị phân cực TE và TM ở 3 tần sô chuẩn hóa quang W=
a/lamda. ở cả 2 trường hợp tần số trung tâm được lựa chọn để hợp với kích thước
đường bao tán sắc của PhC và kích thức đường bao cùng tần số của không khí. Nó
chứng tỏ các góc hoạt động. Vùng trong của đường bao tán sắc của PhC co lại khi tăng

8

Báo cáo thông tin quang


tần số, tương ứng hướng dòng năng lượng được định hướng về phía trong. Trong
trường hợp của TM phân cực, độ cong của đường bao tán sắc gần tròn ( hình 1d) và tât
cả hướng dòng năng lượng phần lớn được định hướng đối nhau. Trường hợp phân cực
TE ( hình 1c), hướng dòng lệch 1 phần từ sự chỉ hướng đến điểm xuât phát, không có
khả năng tập trung. Nên chúng ta thường tập trung vào phân cực TM. Nếu chúng chọn
thông số thích hợp thì bán kính đường viền trung bình của tinh thể quang tử đồng nhất
với bán kính vòng tròn đường bao cùng tần số đại diện không gian tự do ( hình 1b).
cùng với sự chú ý tia quang học cung cấp gần hoàn hảo tia khúc xạ âm cực của hướng
năng lượng cùng với chỉ số khúc xạ hiệu dụng của -1 trong chính cấu trúc tấm quang
tử.

9

Báo cáo thông tin quang


Hình 1. Nguyên tắc tái tập trung trong không gian thực và không gian sóng vectơ.
a)Đường đi tia sáng trong không gian thực ( chỉ ở trung tâm và ngoài cùng là đi ra)
b)đường cong trong không gian vecto giải thích hiện tượng khúc xạ và phân tán
đường viên cho PhC ở tần số bình thường 0.3018.
“1” “3” “5” hướng vecto sóng , “2” “4” hướng dòng năng lượng

Chi tiết của hình ảnh cho trường hợp tấm quang tử đồng nhất 2D và phân cực TM cũng
được mô tả trong hình 1(a,b) trong không gian và trong không gian sóng véc tơ ở tần
số quang chuẩn hóa ω= a/λ ≈0.3 ( tương ứng bước sóng = 935 nm). Đường đi của dòng

năng lượng cho tái tập trung giống với tia chéo sử dụng cho sự chứng minh của thấu
kính hoàn hảo trong 1. Sóng ( biếu hiện bởi sóng vector “1”) đang rõ nét lên từ nguồn
điểm trong không khí ở góc tới. Sóng có cùng nhóm hướng tốc độ “2” ( thông thường
với vòng tròn không khí ) . ở đường bao tấm PhC sóng tới sẽ được biến đổi thành sóng
Floquet- Bloch gồm có không gian hàm điều hòa vô tận. Thành phần tiếp tuyến của
vecto sóng tới bảo toàn ở bề mặt chung một trong không gian hàm điều hòa được biếu
thị bởi vecto sóng “3” cùng với nhóm hướng tốc độ “4” ( giống đường bao tán sắc của
PhC). Theo hình 1b nhóm tốc độ trong PhC được định hướng đến gốc và biểu hiện
cùng với hướng tốc độ “2” của sóng tới hiện tượng của tia tán sắc âm cực ở đường biên
thấp hơn. Sau khi thoát ra khỏi tấm Phc sóng Floquet-Bloch được biến đổi ở đường
biên thứ 2 trở thành sóng đơn . Sóng đó có pha hướng tốc độ “5” giống với pha hướng
tốc độ “1”. Sự giống nhau đó xảy ra tương tự ở nhóm hướng tốc độ “2”.
Tinh thể quang tử tuần hoàn và cấu trúc không đồng nhất, đường bao tán sắc sẽ phản
xạ tam giác cân đối và giữ nguyên độ lệch từ vòng tròn tưởng tượng. Độ lệch có thể bị
giảm khi tăng tần số sóng mang, tuy nhiên, dẫn đến đường kính nhỏ hơn của đường
bao tán sắc tinh thể quang tử và do đó mất tính chất hình ảnh của các tất các góc. Trong
ảnh tia có nghĩa là giá trị tuyệt đối nhỏ hơn 1 cho độ khúc xạ âm cực của PhC. Mặt
10

Báo cáo thông tin quang


khác, sự giảm sóng mang quang sẽ tăng đường kính của đường bao tán sắc tinh thể
quang tử và không có tác dụng đến tính chất trên tất cả các góc, tuy nhiên sự méo của
đường tròn tăng đáng kể cũng dẫn đến sự sai lệch hình ảnh lớn hơn. Nên khắp bài báo
chúng ta sử dụng trường hợp chính bán kính của đường bao tán sắc.
Hình dạng của đường bao tán sắc trong WVD của PhC đồng nhất không phải là đường
tròn hoàn hảo trong trường hợp phân cực TM. Nên vài độ tăng thêm của khe hở là cần
thiết cho sự thích nghi cục bộ của đường bao tán sắc trong PhC để bù cho hình ảnh sai
lệch. Nó được thực hiện bởi sự thay đổi chỉ số khúc xạ cục bộ như được giải thích chi

tiết trong 16. Trong đoạn nhất định, như ở hình 2, chỉ số khúc xạ cục bộ của PhC có thể
được tăng bởi giá trị riêng biệt trong các hình cục bộ khác nhau của đường bao tán sắc,
trái lại sự điều chế tuần hoàn của PhC còn lại vẫn đồng nhất ( giữ nguyên đường kính
của hố ). Hoặc như được mô tả ở 16 sự thay đổi trong chỉ số khúc xạ có thể được thay
thế bởi sự biến đổi cục bộ đường kính của mắt lưới. Như mô tả trong sự tính toán số
tiếp theo tính không đồng nhất bên sẽ là cách duy nhất để tái tập trung trong trường
hợp phân cực TE.

11

Báo cáo thông tin quang


Hình 2. Sơ đồ phân bố của ông kính phẳng không đồng nhất tinh thể quang tử 2D
chuyển tiếp từng bước thành đồng nhất theo hướng z. Trong các phân đoạn, chỉ số
chiết quang thay đổi riêng rẽ tạo nên thành phần không đồng nhất trong các khu vực.

Chương 3. Tối ưu hóa
Như chúng ta có ý định mô tả các thuộc tính hình ảnh của những tấm tinh thể quang tử
cho cả các trường hợp của trường xa hay trường gần, chúng ta sử dụng việc truyền dẫn
với các biên độ tối thiểu theo hướng z. Qua các sự mô phỏng, chúng ta tìm ra 2 loại
truyền dẫn thuận tiện cho các lỗ phản xạ thấp trên các góc tới. Để so sánh, chúng ta
xem xét các lỗ đường truyền từng bước đã bị cắt bớt ở hình 3a. Để đánh giá chính xác
hiệt hại, chúng ta cần phải xem xét những phản ứng ở cả 2 đường bao của tấm PhC bao
gồm cả các hiệu ứng giao thoa. Phụ thuộc vào bề rộng của các tấm khác nhau, vị trí
chính xác của các bước chuyển tiếp sẽ được làm cho phù hợp với suy hao phản xạ tối
thiểu ở một tỉ lệ bình thường. Vị trí này sẽ được điều chỉnh và chúng ta có thể đánh giá
được sự phụ thuộc góc của của hệ số phản xạ còn dư sử dụng tia 3 Gaussian.

Hình 3. Sử dụng biên

12 Báo cáo thông tin quang


a) Cắt bớt lỗ
b) Cắt bớt lỗ với siêu cấu

Ở hình 4, hiện tượng phản xạ được thấy ở tấm rộng 1mm và phân cực TM. Ở tỷ lệ bình
thường, do có sự giao thoa, cả 2 loại truyền dẫn, hệ số phản xạ còn dư duy trì ở mức
0.1%, thậm chí còn thấp hơn. Hình 4 cũng cho ta thấy được rằng suy hao phản xạ tăng
ở cả các đường truyền với góc của tỷ lệ cũng tăng theo. Tuy nhiên, với siêu cấu trúc
của chúng ta, sự tăng này là thấp hơn nhiều. Trong trường hợp ranh giới siêu cấu trúc,
năng lượng hệ số phản xạ còn dư duy trì ở mức dưới 6.5%, thậm chí với góc tỷ lệ lên
đến 60%. Trái lại, ranh giới đơn giản vượt quá mức giới hạn 10% ở 23 độ, điều này nói
lên rằng có 1 sự tiến bộ đáng kể trong suy hao phản xạ với ranh giới siêu cấu trúc ở góc
tỷ lệ lớn.

13

Báo cáo thông tin quang


Hình 4. Góc phụ thuộc năng lượng phản xạ sót lại cho 5 lớp PhC với lớp
thường và biên siêu cấu trúc sử dụng chum Gauss 3 µm. Vị trí biên tối ưu là tại tỷ lệ
binh thường

Chương 4. Mô phỏng
Đối với các mô phỏng này, đầu tiên chúng tôi sử dụng mô phỏng 2D-FDTD từ phần
mềm Fullwave của RSOFT và lấy kết quả tại một điểm được chọn làm điểm gốc để so
sánh (ở bước sóng 935nm cho TM và 643nm cho phân cực TE). Chúng tôi nghiên cứu
với các phiến tinh thể quang tử có độ rộng khác nhau, đầu tiên với cấu trúc gồm 43 lớp

(rộng 10 mm) và cuối cùng với cấu trúc gồm 3 lớp (rộng 0,6 mm).
Đánh giá ảnh hưởng của sự tái hội tụ và ảnh hưởng của phản xạ do không đồng bộ và
phân tán tại hai đường biên đã được mô tả bởi một đặc tuyến ổn định. Trong trường
hợp này đây là tỷ lệ của tổng năng lượng trong một hướng qua điểm tập trung và tổng
năng lượng chạy qua ở phía trước của đường biên.
Để tránh những ảnh hưởng của hiện tượng phản xạ, phương pháp thứ hai được thực
hiện mà không tái cấu trúc lại phiến tinh thể quang tử. Phương pháp này có đặc điểm là
phần mở rộng tiêu cự của ảnh (điều chỉnh lại tiêu điểm) trong không khí (giá trị
FWHM) sẽ được chuẩn hóa bước sóng. Trong các trường hợp trên, năng lượng truyền
qua được tính bằng giá trị trung bình trên một khoảng thời gian.

14

Báo cáo thông tin quang


Trong bước đầu tiên (hình 5a), chúng tôi sử dụng tấm tinh thể quang tử hình tam giác
dày 10 μm (hình 3a). Phiến tinh thể quang tử này được đặt ở tọa độ -5.2 μm< z < 5.2
μm. Nguồn phát được đặt ở tọa độ z = -10.4 μm trong không khí, kết quả là thu được
hiệu suất 76% với phân cực TM. Mặc dù độ giãn tiêu cự bên là lớn so với các búp sóng
phụ (có thể thấy được từ sự phân bố cường độ trong hình. 5b), chúng tôi đã xác định
được chiều rộng tối thiểu của sự tái hội tụ là 0,52 tại tọa độ z = 10.8 μm.

Hình 5. Tái hội tụ với một ống kính tinh thể quang tử hình tam giác đồng
nhất 10 μm với biên thường , TM phân cực.
(a) lĩnh vực phân phối
b) bên cường độ quét tại tâm điểm. Truyền tải hiệu quả: 76%

Sau khi bù quang sai lớn do sự tán sắc trong tinh thể quang tử (xem hình 1b), chúng
tôi đã thu được hiệu suất 86% với phân cực TM (hình 6a). Như có thể thấy từ hình 6b,

hình dạng của các bước sóng phụ nét lại được đáng kể, trong khi đó - do đã gần với
giới hạn nhiễu xạ - giá trị của độ giãn tiêu cự giảm khá nhỏ (chỉ 0,48). Vì vậy, tác dụng
của bù tán sắc là quan trọng, nhất là đối với phiến tinh thể quang tử có chiều ngang
15

Báo cáo thông tin quang


lớn.. Với phương pháp này hiệu quả truyền tải có thể tăng đến hơn 93% (đối với phân
cực TM).

Hình 6. Tái hội tụ với một phiến tinh thể quang tử hình tam giác không đồng
nhất 10 μm với biên thường

TM phân cực. (a) lĩnh vực phân phối(b) bên cường

độ quét tại tâm điểm. Truyền tải hiệu quả: 86%.

Trong trường hợp của phân cực TE hình dạng của các đường viền tán xạ rõ nét hơn và
có dạng một hình tròn (Fig.1c). Mô phỏng cho thấy không thể tạo ra sự hội tụ với phân
cực TE chỉ bằng một cách tử. Như vậy có thể kết luận phân cực TE kém tối ưu hơn so
với phân cực TM.
Để nghiên cứu tính chất của sự tái hội tụ khi nguồn và tấm tinh thể quang tử được đặt
gần nhau hơn chúng tôi đã thực hiện các mô phỏng với các phiến tinh thể quang tử có
độ rộng khác nhau (10μm, 4μm, 2μm, 1μm và 0.6μm). Kết quả được trình bày trong
bảng 1 và bảng 2.

16

Báo cáo thông tin quang

Việc chuẩn hóa có thể thực hiện với bước sóng 0,46 hoặc thấp hơn nếu có các giá trị
FWHM. Tuy nhiên, phân bố năng lượng của các bước song phụ được giảm đáng kể mà
không cần giảm bước sóng xuống đến 2 micromet.

Hình 7. Tái hội tụ với một phiến tinh thể quang tử hình tam giác không đồng nhất
10 μm với biên siêu cấu trúc,
TE phân cực. (a) lĩnh
tải hiệu quả: 68%.

vực phân

phối (b) bên cường

độquét tại tâm điểm. Truyền

Kết quả nghiên cứu các phiến tinh thể quang nhỏ nhất được ghi lại trong hình 8. Với bề
rộng khoảng 350 nm. Có thể thấy, một cấu trúc chỉ có một hàng lỗ hoàn chỉnh cùng với
2 hàng lỗ không hoàn chỉnh bên ngoài là có thể hội tụ với phân cực TM.

17

Báo cáo thông tin quang


Hình 8. Tái hội tụ bằng cách sử dụng một tam giác ba lớp quang tử tinh thể đồng
nhất với biên siêu cấu trúc , TM phân cực. (a) lĩnh vực phân phối (b) bên cường
độ quét tại tâm điểm. Truyền tải hiệu quả: 97%.

Theo tính toán của chúng tôi với phân cực TE sự hội tụ không xảy ra nếu chỉ dùng một
cách tử duy nhất. Tuy nhiên, việc sử dụng nhiều cách tử cho phép hội tụ ngay cả ở một
chiều rộng tấm của <1 micron. Trong hình 9 kết quả cho TE phân cực với cấu trúc 3
cách tử có thể thu được hiệu suất là 70% ở kích thước điểm chuẩn 0,56.

18

Báo cáo thông tin quang


Hình 9. Tái hội tụ bằng cách sử dụng một tam giác ba lớp quang tử tinh thể không
đồng nhất với biên siêu cấu trúc , TE phân cực. (a) lĩnh vực phân phối (b) bên cường
độ quét tại tâm điểm. Truyền tải hiệu quả: 70%.

19

Báo cáo thông tin quang


Chương 5. Mô phỏng 3D
Cho đến nay chúng ta nghiên cứu cấu trúc 2D với các lưới được mở rộng vô hạn mở
rộng trong trục y. Để kiểm tra tính hợp lệ của các kết quả 2D của chúng tôi cho một
cấu trúc 3D thực sự chúng tôi đã lấy 3 trường hợp lớp của các lỗ khí hình trụ và gắn nó
vào một màng chỉ số cao với độ dày là 0.25mm. Những loại màng như này cũng dc sử
dụng cho cộng hưởng. Vì với lượng chất liệu lớn, chỉ số hiệu quả của mỗi màng là nhỏ
hơn, chúng ta phải điều chỉnh bước sóng với giá trị là 800nm. Để có được khớp nối từ
không khí vào đường dẫn sóng tốt hơn, chúng tôi tận dụng 1 đường ngắn với khoảng
cách là 0.25mm về phía trước của màng và lại lặp lại ở khoảng cách khoảng 0.25mm.
Sự phân bố trường ở cả mặt phẳng x-z và mặt phẳng y-z được thể hiện như trong hình
10. Chúng ta thấy điểm có kích thước 0.42mm ở hướng x tại 1 điểm được tập trung, vì

vậy, việc tập trung này có thể thấp hơn giới hạn nhiễu xạ. Ở hướng y, kích cỡ điểm là
0.64mm là do tia phát ra trong không gian tự do.

20

Báo cáo thông tin quang


Hình 10. Tái hội tụ với một màng tinh thể quang tử 3D, độ phân cực TM. Độ
dày của màng tế bào: 0,25 μm.
a. Phân phối điện trường trong mặt phẳng của màng tế bào
b. Điện trường phân phối trong một mặt phẳng vuông gócvới các màng tế bào.

21

Báo cáo thông tin quang


Chương 6. Kết luận
Chúng tôi đề xuất Tái hội tụ hiệu quả cao ( ảnh ) của 1 nguồn điểm sử dụng biến đổi
2D mạng tinh thể quang tử tam giác với bộ phận không đồng nhất. Lĩnh vực xa và gần
của hình ảnh đã được nghiên cứu bắt đầu với 1 Tấm có độ rộng từ 10 µm xuống kích
thước siêu hiển vi của thiết kế 3 Tấm bị cắt ngắn. Cấu trúc của chúng tôi cho phép
kiểm chứng về độ phân giải của nửa bước sóng cho hầu như toàn bộ phạm vi của độ
rộng Tấm ( slab). Đặc biệt cải thiện đáng kể việc truyền dẫn, lên tới 90% ở Tấm ( slab)
có độ rộng lớn. Việc cải thiện tái hội tụ dẫn đến bộ phận không đồng nhất giảm ở Tấm
có độ rộng nhỏ tuy nhiên vẫn tồn tại Tấm dưới 2 µm.
Thêm vào đó việc sử dụng cấu trúc thượng tầng đặc biệt của chúng tôi, việc truyền dẫn
sẽ đạt hiệu quả lên tới 97 % đặc biệt là trong trường hợp tấm tinh thể quang tử mỏng.

Thông tin liên hệ Tác Giả :
Remigius Zengerle and Phuong Chi Hoang
Khoa Điện và Kĩ Thuật Thông Tin, Đại học Kaiserslautern
D- 67663 Kaiserslautern, Đức

22

Báo cáo thông tin quang


Tài liệu tham khảo
1.Remigius Zengerle and Phuong Chi Hoang, “All-angle beam refocusing in nonuniform triangular photonic crystal slabs”
2. G.V.Eleftheriades, “NEGATIVE-REFRACTION METAMATERIALS"

23

Báo cáo thông tin quang