Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Çok Tabakalı Hiperbolik Metamalzeme ile Oluşturulan Geniş Band Optik Soğurucu

Yıl 2022, Cilt: 48 Sayı: 2, 88 - 97, 01.10.2022
https://doi.org/10.35238/sufefd.1119231

Öz

Bu çalışmada, özellikle optik bölgede geniş band soğurma gösteren çok tabakalı bir hiperbolik metamalzeme tasarlanmıştır. Tasarlanan yapıda üç farklı metal (Ag, Au ve Al) ve yarıiletken bir malzeme (InGaAs) kullanılmıştır. Hesaplamalarda Transfer Matris Metodundan (TMM) yararlanılmıştır. Bu yöntem kullanılarak tasarlanan çok tabakalı yapıların optik soğurma ve yansıma spektrumları gelme açısına bağlı olarak incelenmiştir. Metal-dielektrik çok tabakalı yapıların hiperbolik dispersiyon gösterdiği bölgeler belirlenmiş, ayrıca gelme açısına bağlı kontur grafikleri elde edilmiştir. Yapılan hesaplamalar sonucunda, metal olarak gümüşün kullanıldığı heteroyapının en iyi soğurma spektrumu verdiği gözlenmiştir.

Kaynakça

  • Cai, W. ve Shalaev, V., 2010, Optical Metamaterials: Fundamentals and Applications, Optical Metamaterials: Fundamentals and Applications, 1-200.
  • Deng, H. X., Stan, L., Czaplewski, D. A., Gao, J. ve Yang, X. D., 2017, Broadband infrared absorbers with stacked double chromium ring resonators, Optics Express, 25 (23), 28295-28304.
  • Diem, M., Koschny, T. ve Soukoulis, C. M., 2009, Wide-angle perfect absorber/thermal emitter in the terahertz regime, Physical Review B, 79 (3).
  • Hao, J. M., Wang, J., Liu, X. L., Padilla, W. J., Zhou, L. ve Qiu, M., 2010, High performance optical absorber based on a plasmonic metamaterial, Applied Physics Letters, 96 (25).
  • Krishnamoorthy, H. N. S., Jacob, Z., Narimanov, E., Kretzschmar, I. ve Menon, V. M., 2012, Topological Transitions in Metamaterials, Science, 336 (6078), 205-209.
  • Landy, N. I., Sajuyigbe, S., Mock, J. J., Smith, D. R. ve Padilla, W. J., 2008, Perfect metamaterial absorber, Physical Review Letters, 100 (20).
  • Lekner, J. ve Dorf, M. C., 1987, Matrix-Methods for the Calculation of Reflection Amplitudes, Journal of the Optical Society of America a-Optics Image Science and Vision, 4 (11), 2092-2095.
  • Li, J. S. ve Pendry, J. B., 2008, Hiding under the Carpet: A New Strategy for Cloaking, Physical Review Letters, 101 (20).
  • Liao, Y. L. ve Zhao, Y., 2017a, An ultra-narrowband absorber with a dielectric-dielectric-metal structure based on guide-mode resonance, Optics Communications, 382, 307-310.
  • Liao, Y. L. ve Zhao, Y., 2017b, Graphene-based tunable ultra-narrowband mid-infrared TE-polarization absorber, Optics Express, 25 (25), 32080-32089.
  • Liu, N., Mesch, M., Weiss, T., Hentschel, M. ve Giessen, H., 2010a, Infrared Perfect Absorber and Its Application As Plasmonic Sensor, Nano Letters, 10 (7), 2342-2348.
  • Liu, X. L., Starr, T., Starr, A. F. ve Padilla, W. J., 2010b, Infrared Spatial and Frequency Selective Metamaterial with Near-Unity Absorbance, Physical Review Letters, 104 (20).
  • Lu, D. L. ve Liu, Z. W., 2012, Hyperlenses and metalenses for far-field super-resolution imaging, Nature Communications, 3.
  • Lu, G., Wu, F., Zheng, M. J., Chen, C. X., Zhou, X. C., Diao, C., Liu, F., Du, G. Q., Xue, C. H., Jiang, H. T. ve Chen, H., 2019, Perfect optical absorbers in a wide range of incidence by photonic heterostructures containing layered hyperbolic metamaterials, Optics Express, 27 (4), 5326-5336.
  • Mattiucci, N., Bloemer, M. J., Akozbek, N. ve D'Aguanno, G., 2013, Impedance matched thin metamaterials make metals absorbing, Scientific Reports, 3.
  • Meng, L. J., Zhao, D., Ruan, Z. C., Li, Q., Yang, Y. Q. ve Qiu, M., 2014, Optimized grating as an ultra-narrow band absorber or plasmonic sensor, Optics Letters, 39 (5), 1137-1140.
  • Min, C. J., Li, J., Veronis, G., Lee, J. Y., Fan, S. H. ve Peumans, P., 2010, Enhancement of optical absorption in thin-film organic solar cells through the excitation of plasmonic modes in metallic gratings, Applied Physics Letters, 96 (13).
  • Pendry, J. B., 2000, Negative refraction makes a perfect lens, Physical Review Letters, 85 (18), 3966-3969. Poddubny, A., Iorsh, I., Belov, P. ve Kivshar, Y., 2013, Hyperbolic metamaterials (vol 7, pg 948, 2013), Nature Photonics, 7 (12).
  • Rosenberg, J., Shenoi, R. V., Vandervelde, T. E., Krishna, S. ve Painter, O., 2009, A multispectral and polarization-selective surface-plasmon resonant midinfrared detector, Applied Physics Letters, 95 (16).
  • Saleki, Z., Entezar, S. R. ve Madani, A., 2017, Optical properties of a one-dimensional photonic crystal containing a graphene-based hyperbolic metamaterial defect layer, Applied Optics, 56 (2), 317-323.
  • Sergeant, N. P., Pincon, O., Agrawal, M. ve Peumans, P., 2009, Design of wide-angle solar-selective absorbers using aperiodic metal-dielectric stacks, Optics Express, 17 (25), 22800-22812.
  • Valentine, J., Zhang, S., Zentgraf, T., Ulin-Avila, E., Genov, D. A., Bartal, G. ve Zhang, X., 2008, Three-dimensional optical metamaterial with a negative refractive index, Nature, 455 (7211), 376-U332.
  • Wang, W. Y., Cui, Y. X., He, Y. R., Hao, Y. Y., Lin, Y. Y., Tian, X. M., Ji, T. ve He, S. L., 2014, Efficient multiband absorber based on one-dimensional periodic metal-dielectric photonic crystal with a reflective substrate, Optics Letters, 39 (2), 331-334.
  • Wang, Y., Sun, T. Y., Paudel, T., Zhang, Y., Ren, Z. F. ve Kempa, K., 2012, Metamaterial-Plasmonic Absorber Structure for High Efficiency Amorphous Silicon Solar Cells, Nano Letters, 12 (1), 440-445.
  • Wood, B., Pendry, J. B. ve Tsai, D. P., 2006, Directed subwavelength imaging using a layered metal-dielectric system, Physical Review B, 74 (11).
  • Wu, F., Lu, G., Xue, C. H., Jiang, H. T., Guo, Z. W., Zheng, M. J., Chen, C. X., Du, G. Q. ve Chen, H., 2018, Experimental demonstration of angle-independent gaps in one-dimensional photonic crystals containing layered hyperbolic metamaterials and dielectrics at visible wavelengths, Applied Physics Letters, 112 (4).
  • Wu, S., Xu, S., Zhang, Y., Wu, Y. N., Jiang, J. J., Wang, Q. J., Zhang, X. J. ve Zhu, Y. Y., 2014, Asymmetric transmission and optical rotation of a quasi-3D asymmetric metallic structure, Optics Letters, 39 (22), 6426-6429.
  • Xue, C. H., Ding, Y. Q., Jiang, H. T., Li, Y. H., Wang, Z. S., Zhang, Y. W. ve Chen, H., 2016, Dispersionless gaps and cavity modes in photonic crystals containing hyperbolic metamaterials, Physical Review B, 93 (12).
  • Yu, Z. F., Veronis, G., Fan, S. H. ve Brongersma, M. L., 2006, Design of midinfrared photodetectors enhanced by surface plasmons on grating structures, Applied Physics Letters, 89 (15).
  • Zhou, J., Kaplan, A. F., Chen, L. ve Guo, L. J., 2014, Experiment and Theory of the Broadband Absorption by a Tapered Hyperbolic Metamaterial Array, Acs Photonics, 1 (7), 618-624.

The Broad Band Optical Absorber Designed By Multilayered Hyperbolic Metamaterial

Yıl 2022, Cilt: 48 Sayı: 2, 88 - 97, 01.10.2022
https://doi.org/10.35238/sufefd.1119231

Öz

In this study, a multilayered hyperbolic metamaterial has been designed that exhibits a broad band optical absorption, especially in optical region. In that proposed structure, three different metals (Ag, Au, and Al) and a semiconductor material (InGaAs) have been employed. Optical calculations are performed by using the Transfer Matrix Method. Optical absorption and reflection spectra are determined for different incident angle values. Hyperbolic dispersion regions of the metal-dielectric multilayered structures have been determined, also contour graphs of the structures, depend on the incident angles are obtained. Consequently, the best optical absorption response is found for the structure in which Ag is used as metal component.

Kaynakça

  • Cai, W. ve Shalaev, V., 2010, Optical Metamaterials: Fundamentals and Applications, Optical Metamaterials: Fundamentals and Applications, 1-200.
  • Deng, H. X., Stan, L., Czaplewski, D. A., Gao, J. ve Yang, X. D., 2017, Broadband infrared absorbers with stacked double chromium ring resonators, Optics Express, 25 (23), 28295-28304.
  • Diem, M., Koschny, T. ve Soukoulis, C. M., 2009, Wide-angle perfect absorber/thermal emitter in the terahertz regime, Physical Review B, 79 (3).
  • Hao, J. M., Wang, J., Liu, X. L., Padilla, W. J., Zhou, L. ve Qiu, M., 2010, High performance optical absorber based on a plasmonic metamaterial, Applied Physics Letters, 96 (25).
  • Krishnamoorthy, H. N. S., Jacob, Z., Narimanov, E., Kretzschmar, I. ve Menon, V. M., 2012, Topological Transitions in Metamaterials, Science, 336 (6078), 205-209.
  • Landy, N. I., Sajuyigbe, S., Mock, J. J., Smith, D. R. ve Padilla, W. J., 2008, Perfect metamaterial absorber, Physical Review Letters, 100 (20).
  • Lekner, J. ve Dorf, M. C., 1987, Matrix-Methods for the Calculation of Reflection Amplitudes, Journal of the Optical Society of America a-Optics Image Science and Vision, 4 (11), 2092-2095.
  • Li, J. S. ve Pendry, J. B., 2008, Hiding under the Carpet: A New Strategy for Cloaking, Physical Review Letters, 101 (20).
  • Liao, Y. L. ve Zhao, Y., 2017a, An ultra-narrowband absorber with a dielectric-dielectric-metal structure based on guide-mode resonance, Optics Communications, 382, 307-310.
  • Liao, Y. L. ve Zhao, Y., 2017b, Graphene-based tunable ultra-narrowband mid-infrared TE-polarization absorber, Optics Express, 25 (25), 32080-32089.
  • Liu, N., Mesch, M., Weiss, T., Hentschel, M. ve Giessen, H., 2010a, Infrared Perfect Absorber and Its Application As Plasmonic Sensor, Nano Letters, 10 (7), 2342-2348.
  • Liu, X. L., Starr, T., Starr, A. F. ve Padilla, W. J., 2010b, Infrared Spatial and Frequency Selective Metamaterial with Near-Unity Absorbance, Physical Review Letters, 104 (20).
  • Lu, D. L. ve Liu, Z. W., 2012, Hyperlenses and metalenses for far-field super-resolution imaging, Nature Communications, 3.
  • Lu, G., Wu, F., Zheng, M. J., Chen, C. X., Zhou, X. C., Diao, C., Liu, F., Du, G. Q., Xue, C. H., Jiang, H. T. ve Chen, H., 2019, Perfect optical absorbers in a wide range of incidence by photonic heterostructures containing layered hyperbolic metamaterials, Optics Express, 27 (4), 5326-5336.
  • Mattiucci, N., Bloemer, M. J., Akozbek, N. ve D'Aguanno, G., 2013, Impedance matched thin metamaterials make metals absorbing, Scientific Reports, 3.
  • Meng, L. J., Zhao, D., Ruan, Z. C., Li, Q., Yang, Y. Q. ve Qiu, M., 2014, Optimized grating as an ultra-narrow band absorber or plasmonic sensor, Optics Letters, 39 (5), 1137-1140.
  • Min, C. J., Li, J., Veronis, G., Lee, J. Y., Fan, S. H. ve Peumans, P., 2010, Enhancement of optical absorption in thin-film organic solar cells through the excitation of plasmonic modes in metallic gratings, Applied Physics Letters, 96 (13).
  • Pendry, J. B., 2000, Negative refraction makes a perfect lens, Physical Review Letters, 85 (18), 3966-3969. Poddubny, A., Iorsh, I., Belov, P. ve Kivshar, Y., 2013, Hyperbolic metamaterials (vol 7, pg 948, 2013), Nature Photonics, 7 (12).
  • Rosenberg, J., Shenoi, R. V., Vandervelde, T. E., Krishna, S. ve Painter, O., 2009, A multispectral and polarization-selective surface-plasmon resonant midinfrared detector, Applied Physics Letters, 95 (16).
  • Saleki, Z., Entezar, S. R. ve Madani, A., 2017, Optical properties of a one-dimensional photonic crystal containing a graphene-based hyperbolic metamaterial defect layer, Applied Optics, 56 (2), 317-323.
  • Sergeant, N. P., Pincon, O., Agrawal, M. ve Peumans, P., 2009, Design of wide-angle solar-selective absorbers using aperiodic metal-dielectric stacks, Optics Express, 17 (25), 22800-22812.
  • Valentine, J., Zhang, S., Zentgraf, T., Ulin-Avila, E., Genov, D. A., Bartal, G. ve Zhang, X., 2008, Three-dimensional optical metamaterial with a negative refractive index, Nature, 455 (7211), 376-U332.
  • Wang, W. Y., Cui, Y. X., He, Y. R., Hao, Y. Y., Lin, Y. Y., Tian, X. M., Ji, T. ve He, S. L., 2014, Efficient multiband absorber based on one-dimensional periodic metal-dielectric photonic crystal with a reflective substrate, Optics Letters, 39 (2), 331-334.
  • Wang, Y., Sun, T. Y., Paudel, T., Zhang, Y., Ren, Z. F. ve Kempa, K., 2012, Metamaterial-Plasmonic Absorber Structure for High Efficiency Amorphous Silicon Solar Cells, Nano Letters, 12 (1), 440-445.
  • Wood, B., Pendry, J. B. ve Tsai, D. P., 2006, Directed subwavelength imaging using a layered metal-dielectric system, Physical Review B, 74 (11).
  • Wu, F., Lu, G., Xue, C. H., Jiang, H. T., Guo, Z. W., Zheng, M. J., Chen, C. X., Du, G. Q. ve Chen, H., 2018, Experimental demonstration of angle-independent gaps in one-dimensional photonic crystals containing layered hyperbolic metamaterials and dielectrics at visible wavelengths, Applied Physics Letters, 112 (4).
  • Wu, S., Xu, S., Zhang, Y., Wu, Y. N., Jiang, J. J., Wang, Q. J., Zhang, X. J. ve Zhu, Y. Y., 2014, Asymmetric transmission and optical rotation of a quasi-3D asymmetric metallic structure, Optics Letters, 39 (22), 6426-6429.
  • Xue, C. H., Ding, Y. Q., Jiang, H. T., Li, Y. H., Wang, Z. S., Zhang, Y. W. ve Chen, H., 2016, Dispersionless gaps and cavity modes in photonic crystals containing hyperbolic metamaterials, Physical Review B, 93 (12).
  • Yu, Z. F., Veronis, G., Fan, S. H. ve Brongersma, M. L., 2006, Design of midinfrared photodetectors enhanced by surface plasmons on grating structures, Applied Physics Letters, 89 (15).
  • Zhou, J., Kaplan, A. F., Chen, L. ve Guo, L. J., 2014, Experiment and Theory of the Broadband Absorption by a Tapered Hyperbolic Metamaterial Array, Acs Photonics, 1 (7), 618-624.
Toplam 30 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Bölüm Araştırma Makaleleri
Yazarlar

Sevinç Eşen 0000-0001-6603-5730

Haluk Şafak 0000-0001-7608-7753

Yayımlanma Tarihi 1 Ekim 2022
Gönderilme Tarihi 20 Mayıs 2022
Yayımlandığı Sayı Yıl 2022 Cilt: 48 Sayı: 2

Kaynak Göster

APA Eşen, S., & Şafak, H. (2022). Çok Tabakalı Hiperbolik Metamalzeme ile Oluşturulan Geniş Band Optik Soğurucu. Selçuk Üniversitesi Fen Fakültesi Fen Dergisi, 48(2), 88-97. https://doi.org/10.35238/sufefd.1119231
AMA Eşen S, Şafak H. Çok Tabakalı Hiperbolik Metamalzeme ile Oluşturulan Geniş Band Optik Soğurucu. sufefd. Ekim 2022;48(2):88-97. doi:10.35238/sufefd.1119231
Chicago Eşen, Sevinç, ve Haluk Şafak. “Çok Tabakalı Hiperbolik Metamalzeme Ile Oluşturulan Geniş Band Optik Soğurucu”. Selçuk Üniversitesi Fen Fakültesi Fen Dergisi 48, sy. 2 (Ekim 2022): 88-97. https://doi.org/10.35238/sufefd.1119231.
EndNote Eşen S, Şafak H (01 Ekim 2022) Çok Tabakalı Hiperbolik Metamalzeme ile Oluşturulan Geniş Band Optik Soğurucu. Selçuk Üniversitesi Fen Fakültesi Fen Dergisi 48 2 88–97.
IEEE S. Eşen ve H. Şafak, “Çok Tabakalı Hiperbolik Metamalzeme ile Oluşturulan Geniş Band Optik Soğurucu”, sufefd, c. 48, sy. 2, ss. 88–97, 2022, doi: 10.35238/sufefd.1119231.
ISNAD Eşen, Sevinç - Şafak, Haluk. “Çok Tabakalı Hiperbolik Metamalzeme Ile Oluşturulan Geniş Band Optik Soğurucu”. Selçuk Üniversitesi Fen Fakültesi Fen Dergisi 48/2 (Ekim 2022), 88-97. https://doi.org/10.35238/sufefd.1119231.
JAMA Eşen S, Şafak H. Çok Tabakalı Hiperbolik Metamalzeme ile Oluşturulan Geniş Band Optik Soğurucu. sufefd. 2022;48:88–97.
MLA Eşen, Sevinç ve Haluk Şafak. “Çok Tabakalı Hiperbolik Metamalzeme Ile Oluşturulan Geniş Band Optik Soğurucu”. Selçuk Üniversitesi Fen Fakültesi Fen Dergisi, c. 48, sy. 2, 2022, ss. 88-97, doi:10.35238/sufefd.1119231.
Vancouver Eşen S, Şafak H. Çok Tabakalı Hiperbolik Metamalzeme ile Oluşturulan Geniş Band Optik Soğurucu. sufefd. 2022;48(2):88-97.

Dergi Sahibi: Selçuk Üniversitesi Fen Fakültesi Adına Rektör Prof. Dr. Hüseyin YILMAZ
Selçuk Üniversitesi Fen Fakültesi Fen Dergisi temel bilimlerde ve diğer uygulamalı bilimlerde özgün sonuçları olan Türkçe ve İngilizce makaleleri kabul eder. Dergide ayrıca güncel yenilikleri içeren derlemelere de yer verilebilir.
Selçuk Üniversitesi Fen Fakültesi Fen Dergisi;
İlk olarak 1981 yılında S.Ü. Fen-Edebiyat Fakültesi Dergisi olarak yayın hayatına başlamış; 1984 yılına kadar (Sayı 1-4) bu adla yayınlanmıştır.
1984 yılında S.Ü. Fen-Edeb. Fak. Fen Dergisi olarak adı değiştirilmiş 5. sayıdan itibaren bu isimle yayınlanmıştır.
3 Aralık 2008 tarih ve 27073 sayılı Resmi Gazetede yayımlanan 2008/4344 sayılı Bakanlar Kurulu Kararı ile Fen-Edebiyat Fakültesi; Fen Fakültesi ve Edebiyat Fakültesi olarak ayrılınca 2009 yılından itibaren dergi Fen Fakültesi Fen Dergisi olarak çıkmıştır.
2016 yılından itibaren DergiPark’ta taranmaktadır.


88x31.png

Selçuk Üniversitesi Fen Fakültesi Fen Dergisi Creative Commons Atıf 4.0 Uluslararası Lisansı (CC BY-NC 4.0) ile lisanslanmıştır.