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Etude des potentialités des structures MIM pour l'application en communication optique
(Université M'Hamed Bougara : Faculté de Technologie, 2024) Zegaar, Imane; Hocini, Abdesselam(Directeur de thèse)
Les polaritons de plasmons de surface (SPP) sont des propagations d'ondes électromagnétiques à l'interface isolant-métal, très intéressantes dans les circuits d'intégration photonique en raison de leur capacité à surmonter la limite de diffraction de la lumière. Il existe deux types importants de guides d'ondes plasmoniques, le guide d'ondes isolant-métal-isolant (IMI) et le guide d'ondes métal-isolant-métal (MIM). Les structures de guides d'ondes MIM ont attiré beaucoup d'attention et de nombreuses études ont été réalisées pour les analyser car elles montrent de meilleures performances pour guider les ondes lumineuses confinées à l'échelle inférieure à la longueur d'onde le long de la nanostructure.et parce qu'il atteint une efficacité de transmission élevée et une simplicité dans la procédure de fabrication par rapport aux guides d'ondes IMI. Ces dernières années, plusieurs dispositifs basés sur le phénomène SPP ont été fabriqués pour différentes applications et sont constitués de guides d'ondes métal-diélectriques (MIM) couplés à des résonateurs. Dans cette contribution, nous avons proposé et étudié trois filtres basés sur des structures plasmoniques. L'objectif de ce travail est d'élargir la bande interdite et d'augmenter la transmission de la bande passante afin d'obtenir un filtre coupe-bande performant. Pour le filtre passe-bande, l'objectif est d'atteindre une valeur élevée du facteur de qualité avec un spectre de transmission acceptable. La première structure proposée est un nouveau filtre coupe-bande ultra-large bande (UWB-BSF) basé sur un résonateur hexagonal couplé à un guide d'onde MIM. La largeur de la bande interdite avec cinq résonateurs est de 1650, avec une valeur de coefficient rectangulaire très élevée, proche de 1. La deuxième structure proposée est un filtre coupe-bande ultra large. La structure de base de ce filtre a été conçue à partir d'un guide d'onde MIM plasmonique couplé à un stub. La structure proposée, utilisant quatre stubs asymétriques, atteint une large bande d'arrêt de 770 nm et peut filtrer les longueurs d'onde de télécommunication optique de 1550 nm et 1310 nm. Enfin, la troisième structure proposée est un filtre plasmonique de type passe-bande, composé de deux guides d'ondes MIM couplés à un résonateur central à nanodisque circulaire défectueux (CNDR) comprenant quatre rainures d'argent (Ag) de même taille et de même espacement. Nous obtenons un facteur de qualité élevé de 24,23 et 35,27 pour les modes 1 et 2 respectivement. Une autre expression pour évaluer les performances de notre filtre proposé en tant qu'application de capteur est le facteur de mérite (FOM) et la sensibilité. La valeur maximale du FOM obtenue est de 41,33 RIU-1, et cela concerne le mode 2
Ultra wideband bandstop plasmonic filter in the NIR region based on stub resonators
(IOP Publishing, 2023) Zegaar, Imane; Hocini, Abdesselam; Bensalah, Hocine; Harhouz, Ahlam; Khedrouche, Djamel; Lahoubi, Mahieddine
In this study, we propose an ultra-wideband bandstop filter (UWB-BSF) using a plasmonic MIM waveguide coupled with a stub cavity that is investigated using finite-difference time-domain (FDTD). Air and silver are used as insulators and metals, respectively; silver is characterized by the Drude model. The structure can filter the optical telecommunication wavelengths of 1550 nm and 1310 nm. The transmission peak and the resonance wavelength of the basic structure can be tuned by varying the stub resonator's length and width. In order to improve the filtering function of the bandstop filter at broad bandwidth in the NIR region with maximum transmission peak, the number of stub resonators is increased to two, three, and four stubs with properly studied lengths and a proper horizontal distance between each two stubs. The bandwidth is enhanced from 350 nm, with two stubs, to 620 nm, with three stubs, and 770 nm, with four stubs, respectively. The corresponding filtered wavelength ranges are [1600 nm–1950 nm], [1330 nm–1950 nm] and [1180 nm–1950 nm] respectively. Moreover, with the increase in the number of stubs, the center wavelength achieves a blue shift to lower wavelengths. Further, the paper provides significant applications for plasmonic bandstop filters in highly integrated optical circuits
An ultra-wideband bandstop plasmonic filter in mid-infrared band based on metal-insulator-metal waveguide coupled with an hexagonal resonator
(Springer, 2023) Zegaar, Imane; Hocini, Abdesselam; Harhouz, Ahlam; Khedrouche, Djamel; Ben Salah, Hocine
An ultra-wideband band-stop plasmonic filter (UWB-BSF) in mid-infrared (MIR) range based on metal–insulator–metal (MIM) waveguide coupled with a hexagonal resonator is proposed in this work. Using RSoft CAD commercial software, the designed BSF is numerically and theoretically investigated by the 2D Finite-Difference Time-Domain method. To enhance the BSFs system in mid-infrared, obtaining ultra-wide bandgap width (UWB) with the maximum passband transmission at the left and right of the bandgap and a high value of the rectangular coefficient, we increase the number of hexagonal cavities. Hence, the number of hexagonal resonators controls the range of the filtered wavelength of the BSFs system. In the case of two hexagonal-shaped resonators, the Fano resonance appears on the left and right sides of the bandgap, forming a U-shaped transmission spectrum, which is very helpful for improving the performance of the band-stop filter. Furthermore, by changing the geometric parameters of the hexagonal cavities the filtered wavelength range is shifted toward the near-infrared (NIR) band. The center wavelength of the bandgap of the proposed nano-stop-band filter is adjustable by varying the geometric parameters of the structure. This device operates in the near-infrared (NIR) and mid-infrared (MIR) wavelength ranges. With a larger bandgap width and tunable performance, this proposed nanostructure provides an advantageous application for plasmonic integrated circuits and broadband transmissions