بررسي اثر گذردهي الكتريكي نزديك صفر در مدولاتور الكترواپتيك پلاسموني بر پايه روي اكسيد آلاييده‌شده با آلومينيم

Investigation of the Epsilon near Zero effect in Aluminum-doped Zinc Oxide Plasmonic Electro-Optical Modulator

در اين پژوهش يك مدولاتور الكترواپتيك پلاسموني جذب‌كننده با ساختار چند لايه برپايه محيط فعال روي اكسيد آلاييده‌شده با آلومينيم معرفي شده است. در لايه روي اكسيد آلاييده‌شده با آلومينيم اثر پاشندگي حامل‌هاي آزاد حكم فرماست. با اعمال ولتاژ دروازه (گيت) چگالي حاملهاي آزاد تغيير مي‌كند و قسمت حقيقي و موهومي ضريب دي‌الكتريك محيط فعال دگرگون شده باعث افزايش ضريب جذب مدولاتور براي مد پلاسمون پلاريتون منتشر شونده مي‌شود. به دليل وجود اثر گذردهي الكتريكي نزديك صفر در لايه روي اكسيد آلاييده‌شده با آلومينيم دامنه ميدان در آن شديد است. به همين علت مدولاتور نسبت به تغيير ضريب دي‌الكتريك در اين لايه حساس بوده و كارايي مناسبي را از خود بروز مي‌دهد. براي به دست آوردن چگالي حاملهاي آزاد معادله پواسون با روش تفاضلات محدود حل شده و پاسخ معادله پاشندگي پيكربندي پيشنهادي با روش نلدر-ميد به صورت عددي به دست آمده است.

In this work, we introduce a multilayer absorbing plasmonic electro-optical modulator that its active medium is aluminum-doped zinc oxide (AZO). The free carrier dispersion is a dominant effect in the AZO layer. By applying a gate voltage, an increase of absorption coefficient of the modulator for the propagating plasmon-polariton mode is occurred as the free carriers are changed and consequently the real and imaginary parts of the dielectric constant of the active medium is significantly altered. In order to calculate the free carriers densities, the Poisson equation is solved using finite difference method. In addition, the solution of the dispersion equation for the proposed structure is obtained by Nelder-Mead method.