بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله سعی کرده ایم با استفاده از ساختارهای لایه ای یک فیلتر نوری چند باندی ارائه کنیم . در این ساختار با استفاده از ماتریس انتقال و ماتریس تطبیق توابع تبدیل انتقالی و انعکاسی سیستم را بدست آورده ایم . بر اساس ماتریس انتقال با تغییر در خواص نوری لایه ها می توان پهنای باند کانالها را مدیریت کرد . نتایج حاصل نشان می دهد که با اعمال روشی مناسب در انتخاب لایه ها می توان کانالهایی با عرض باند باریک داشته باشیم . به همین خاطر با این تکنیک می توان فیلترهای مورد نیاز صنعت مخابرات نوری را طراحی کرد.
مقدمه
امروزه فیلترهای نوری یکی از ادوات کلیدی در شبکه ها و سیستمهای مخابرات نوری به شمار می رود . عمده کاربرد این عناصر در سیستمهای مالتی پلکسینگ طول موجی - WDM - و
سیستمهای پردازنده نوری می باشد. امروزه به دلیل تقاضای زیاد برای پردازشهای سریع، صنعت میکرو الکترونیک دچار مشکلات عدیدهای شده است. به همین خاطر پردازشهای کاملا نوری جایگاه ویژه و منحصر به فردی را در دنیای امروز پیدا کرده است.
با توجه به ویژگیهای صنعت مجتمع و حضور چندین دهه آن در دنیای میکرو الکترونیک ، امروزه این صنعت در حوزه مخابرات نوری مورد توجه ویژه ای قرار گرفته است . به همین دلیل پیش نهاد بلوکهای اساسی تمام نوری در صنعت مخابرات نوری که قابلیت مجتمع شدن با عناصر دیگر را داشته باشند از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. پیشرفتهای اخیر در گسترش مفاهیم و تکنولوژی فیلترهای نوری این نوید را می دهد که فیلترهای نوری قابل مجتمع نقش اساسی را در سیستمهای پردازشگر نوری بازی خواهند کرد .
در طی سالیان گذشته انواع مختلفی از فیلترهای نوری طراحی و به بازار مصرف ارائه شده اند. به عنوان نمونه می توان به فیلترهای مبتنی بر آرایه از توری های موجبری - Array waveguides Gratings - AWGs - - ، فیلترهای مبتنی بر لایه نازک - Thin film filters - و فیلترهای مبتنی بر توری های برگ - Bragg Grating - که برای عمل فیلترینگ در سیستمهای WDM بکار می رود [3-1] اشاره کرد. اصول عملکرد اکثر ساختارهای فیلترینگ از جمله ساختارهای یاد شده مبتنی بر پدیده تداخل است. پدیده تداخل ممکن است ما بین دو پرتو مانند تداخل سنج ماخ زندر - MZI - و یا ممکن است روی تعداد زیادی از پرتوها مانند فابری پیرو و یا پرتوهایی که از ساختار توری منعکس می شوند، روی دهد.
ساختارهایی که در بالا اشاره شد ، هر کدام دارای مزایا و معایبی هستند ولی یک عیب مشترک این ساختارها ناتوانی در مجتمع شدن آنها می باشد که از موثر بودن آنها می کاهد. با توجه به د لیل اشاره شده، میخواهیم فیلتر نوری چند باندی را با استفاده از ساختارهای لایه ای مورد بررسی قرار دهیم. فیلترهای نوری مبتنی بر محیطهای لایه ای و یا مبتنی بر لایه نازک جزء اولین دسته از فیلترها هستند که بطور چشمگیری در سی ستم های WDM در سال 1990 بکار گرفته شد.
امروزه فیلترهای مبتنی بر محیطهای لایه نازک عایق در سیستمهای مخابرات نوری حضور چشمگیری دارد . درخواستهای فر اوان در حوزه های فضانوردی ، فضا پیماها و مهندسی پزشکی انگیزه ای شده است تا فیلترها ی با درجه پایداری بالا توسعه داده شود . این فیلترها در لینکهای نوری به خاطر در دسترس بودن، قابلیت اعتماد و پایداری بالا از مقبولیت منحصر به فردی برخوردار هستند. همچنین فیلترهایی که نیاز به پایداری بالای طول مو ج دارند می توانند از این تکنولوژی بهره بگیرند.
فیلترهای DWDM مبتنی بر لایه نازک تلفات وارده پایین، تلفات وابسته به پلاریزاسیون پایین، و ایزولاسیون خوبی دارند . همچنین این تکنولوژی انعطاف پذیری بالایی را در اختیار استفاده کننده و طراح قرار می دهد بطوریکه می توان به کاربردهای زیر یعنی فیلترهای میان گذرباریک، فیلتر میان گذر با باند وسیع، فیلترهای لبه، فیلترهای با بهره تخت، و جبران سازهای پاشندگی اشاره کرد. ساختار پیشنهاد شده برای فیلتر چند باندی و ریاضیات لازم برای عمل فیلترینگ بر محیطهای لایه ای نشان داده شده است . با توجه به شکل 1 می توان مشاهده کرد که ساختار پیشنهاد شده دارای چهار لایه بوده، بطوریکه این لایه ها توسط سه فصل مشترک از هم تفکیک می شوند. حال با توجه به ساختار پیشنهاد شده، برای نشان دادن عمل فیلترینگ نور باید معادله انتشار موج استخراج شده از معادلات ماکسول را در چنین ساختاری حل کنیم.
کمیتهای میدانی منتشره بین دو نقطه در فضا
با استفاده از معادلات ماکسول و شرایط مرزی میدانهای برداری ، اگر یک موج صفحه ای تخت را به فصل مشترک دو محیط به طور نرمال تابانیم، می توان میدانهای رونده در جهت مستقیم و جهت عکس یک طرف فصل مشترک را به میدان های طرف بعدی مرتبط کرد. این ارتباط از طریق یک ماتریس صورت می گیرد که به ماتریس تطبیق معروف است. با توجه به اینکه ساختار پیشنهاد شده دارای چندین فصل مشترک است .
در این صورت با بهره گیری از ماتریسهای انتقال یک طرف را به طرف دیگر مربوط خواهیم کرد . بطوریکه حاصل ضرب این ماتریسها یک ماتریس نها یی را تولید خواهد کرد که این ماتریس نهایی به ماتریس انتقال معروف است . فرض بر این است که میدان تابشی یک میدان الکتریکی با پلاریزاسیون خطی در راستای x، راستای انتشاری در جهت z بوده و در یک محیط بدون تلف عایقی منتشر می شود - محیط همگن و ایزوتروپ است - . با توجه به ساختار پیشنهاد شده با حل معادله موج ماکسول در هر محیط، میدان الکتریکی دارای دو مولفه یکی موج رونده و دیگری موج برگشتی خواهد بود . با ترکیب خطی این دو موج میدان الکتریکی محیط را می توان بدست آورد . به عبارت دیگر میدان الکتریکی در هر محیطی برابر با مجموع دو موج رونده و برگشتی است.
