بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به بررسی خواص نور کند در موجبر بلور فوتونی تیغهای شیاردار با نقص حفرههای حلقوی به منظور بهینهسازی ضریبNDBP پرداخته شده است. ابتدا نمودار پاشندگی موجبر بلور فوتونی تیغهای شیاردار با آرایش مثلثی از حفره هوا را بدست آورده و سپس ضریب گروه و پاشندگی سرعت گروه محاسبه شده اند. در نهایت، با اضافه کردن میلههای دایروی به مرکز حفرههای هوا در دو ردیف مجاور موجبر به بررسی و مطالعه تغییرات ایجاد شده در نمودار پاشندگی و ضریب گروه پرداخته پرداخته شده است. از طریق مهندسی پاشندگی موجبر بلور فوتونی شیار دار و با استفاده از روش بسط موج تخت، ضرایب گروه بزرگ از 77,5 تا 177,75بدست آمد. و در نتیجه، ما به حاصل ضرب پهنای باند در تاخیر نرمالیزه شده - - NDBP بزرگ 0,6225 دست یافتیم.
مقدمه
در سالهای اخیر، نور کند در موجبرهای بلور فوتونی توجه زیادی را بخود جلب نموده است. این بخاطر پتانسیل زیاد آن در اپتیک غیرخطی، بافرهای تمام نوری، سنسورهای نوری، سوئیچهای اپتیکی و دستیابی به نور کند در دمای اتاق است که مزیت شگرفی برای پردازش سیگنال در بعد زمان محسوب میشود .[3-1] تحقیقات زیادی جهت ایجاد نور کند در موجبرهای بلور فوتونی نقصدار به لحاظ نظری و تجربی انجام شده است. با این وجود، مدهای نور کند با سرعت گروه پایین، با پاشندگی سرعت گروه زیاد همراه هستند که سبب کاهش پهنای باند ناحیه تخت میشود .[4] بنابراین، طراحی ساختار نور کند با خاصیت پاشندگی بسیار ناچیز حائز اهمیت زیادی است.
تلاشهای زیادی در طراحی ساختار موجبر جهت دستیابی به نور کند با پهنای باند وسیع انجام شده است که میتوان به روشهای تغییر عرض موجبر، تغییر موقعیت، شعاع حفرههای هوا، حفرههای بیضی-شکل به این هدف دست یافت .[6 ,5 ,2] عمده این تلاش ها بر روی موجبرهای W1متمرکز شده بود که اخیراً این نوع تحقیقات بر روی موجبرهای بلور فوتونی شیاردار نیز انجام شده است .[7]
از آن جائی که نور در موجبرهای بلور فوتونی عادی بشدت به لایه هدایت با ضریب شکست بزرگ محدود میشود، اندرکنش نور با موادی با ضریب شکست پایین چالشبرانگیز خواهد بود.
با توسعه تکنولوژی بلورهای پایه سلیکون، تحقیقات نشان داده که موجبرهای بلور فوتونی شیاردار توانایی محدودسازی نور کند در شیار نانومقیاس با ضریب شکست پایین را دارند .[10-8 ,3 ,2] خواص موجبرهای بلورفوتونی شیاردار عمدتاً با روش بسط موج تخت سه بعدی به صورت عددی محاسبه شده و با استفاده از تکنیک تفاضل محدود حوزه زمانی به بررسی آن پرداخته میشود. اما بدلیل محاسبات بسیار سنگین آن، محققان به سوی روش تقریبی ضریب شکست موثر در دو بعد سوق داده میشوند. این روش به نتایجی با تقریب خوب منجر میگردد. در این مقاله، ابتدا منحنی پاشندگی ساختار موجبر پیشنهادی را به روش ضریب شکست موثر بدست آورده و سپس طرح بهینه سازی برای بهبود خواص موجبر را ارائه مینمائیم.
ساختار و نتایج
موجبر پایه از حذف ردیف مرکزی حفرهها در تیغه بلور فوتونی با شبکه مثلثی و جایگزینی آن با شیاری به پهنای w0 از هوا ایجاد میشود. ساختار موجبر پایه در شکل 1 نشان داده شده است. رابطه پاشندگی با استفاده از روش بسط موج تخت دو بعدی مبتنی بر روش ضریب شکست موثر تیغه محاسبه شده که برای ارزیابی سرعت گروه در ناحیه نور کند به حد کافی دقیق است - شکل . - 2 ضریب شکست زمینه، ضریب شکست موثر مد TE در تیغه سیلیکون بر روی عایق است. برای تیغه سیلیکون با ضخامت 240 nm بر روی دی اکسید سلیکون با ضریب شکست 2.84 استفاده شده است.
