بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله با استفاده از دو تشدیدگر شبه کریستال دوازده تایی، مالتی پلکسر با دو کانال خروجی طراحی شده است.در این ساختار جداسازی طول موجها با استفاده از شبه کریستال شبکه شش وجهی در دو بعد ارایه شده است. با تحقق موجبرها و ایجاد ناراستی ها طول موجها جدا میشود.بستر ساختار یک ساختار شش وجهی از هوا که درون دی الکتریک تعبیه شده است.این دیمالتی پلکسر دو کانال را با طول موج مرکزی1570.2 nm و 2=1574.3 nm از هم جدا میکند.همچنین همشنوایی بین کانالهای آن محاسبه شده که مناسب برای کاربردهای ارتباطی WDM میباشد.
-1 مقدمه
از زمانی که کریستالهای فوتونیکی در سال[1-2] 1978 ارایه شد عرصه ای نوین برای دانشمندان علوم الکترونیک نوری و فوتونیک به میان آمد .کریستالهای فوتونیکی با توجه به ویژگیهای خاصی که در ادامه بدان اشاره خواهیم نمود یکی از رایجترین ساختارهای طراحی اداوات نوری میباشد. کریستالهای فوتونیکی از دو نوع مواد دی الکتریک با ضریب شکستهای متفاوت بصورت آرایش پریودیک تشکیل شده است که ضریب شکست در آن بصورت تناوبی تکرار شده است با توجه به تکرار ضریب شکستها در یک بعد یا دو بعد یا سه بعد کریستالهای فوتونیکی یک بعدی ،دو بعدی یا سه بعدی ساخته شدند.
مشابه ادوات نیمه هادی این تناوب توزیع ضریب شکست در ساختار باند تاثیر میگذارد بطوری که باعث بوجود آمدن محدوده ای در ساختار باند میشود که هیچ طول موجی در آن محدوده مجاز به انتشار در درون ساختار نمیباشد و به این محدوده گاف باند کریستالهای فوتونیکی یا باند ممنوعه فوتونیکی میگویند.
با توجه به اهمیت باند ممنوعه کریستالهای فوتونیکی تعداد زیادی از محققان به مطالعه باندهای انرژی این ساختارها پرداخته اند. [3-9] تمامی این مطالعات نشان میدهد که باند ممنوعه کریستالهای فوتونیکی به ضریب شکست مواد و برخی پارامترهای دیگرکریستالها وابسته است.از خواص باند ممنوعه برای طراحی انعکاس دهنده های نوری استفاده شده است [10]و فیلترهای نوری نیز از آن ناشی شده است.
با توجه به پیشرفتهایی که در سیستمهای مخابرات فیبر نوری انجام شده و نیاز روز افزون شبکه های ارتباطی با سرعت فوق العاده، لازم بود ادواتی طراحی می شد تا سیستمهای مخابرات نوری و سریع تحقق می یافت.یکی از ساختارهای مناسب برای تحقق این ادوات و شبکه های مخابرات نوری که دارای توانایی های منحصر بفردی در حبس شدگی نور در ابعاد کوچک و قابلیت مجتمع شدن را دارد ساختارهای کریستال فوتونیکی است.
با استفاده از این ساختارها ادواتی با ابعاد نانومتری و بسیار فشرده برای مدارات مجتمع نوری میتوان طراحی کرد.تکنولوژیهای WDM وDWDM دو مکانیزم برای سیستم های مبتنی بر فیبر نوری است که با استفاده از آنها میتوان ازحداکثر ظرفیت فیبر استفاده نمود. به طوری که چندین طول موج را به درون فیبر ارسال میکنند.بنابراین در طرف دیگر باید ادواتی وجود داشته باشد که این طول موجها را از هم جدا کند.این ادوات دیمالتیپلکسر نوری نام دارد.
یک نوع از دیمالتیپلکسر هایی که تا کنون طراحی شده استفاده از روش عرضموجبر متفاوت میباشد . [12-13] پراش چند مد [14] باند ممنوعه [15] و همچنین سوپرپریزم یا ابر منشور [16-19] فیلتر های دراپ کانال آبشاری [20]رزوناتورهای حلقوی[21-22] کاواک های رزونانسی [23-24] موجبرهای L شکل و ناراستی موجبرها [25] از دیگر مکانیسمهای طراحی دیمالتی پلکسرهای نوری هستند.
در تمامی طراحی های انجام شده از الگوی شبکه های مکعبی یا شش وجهی در دو بعد استفاده شده است.در کنار این الگوهای پریودیک و متناوب یک سری شبه کریستالها نیز وجود دارد که کمیابند.شبه کریستالهای دوازده تایی یا شبه کریستالهای هشت تایی در دو بعد از آنجمله اند.
رستمی و همکارانش[26] با استفاده از شبه کریستال دوازده تایی دوبعدی فیلتری برای کاربردهای WDM ارایه نمودند.همچنین نشان دادند که تعویض برخی از پارامترهای شبه کریستال طول موج گزینی فیلتر را تغییر میدهد بنابراین فیلتر ارایه شده قابل تیون بود.در این مقاله با الهام از فیلتر طراحی شده توسط آنان دیمالتیپلکسری برای کاربرد های WDM ارایه خواهد شد.در بخش دوم ابتدا ساختار باند و باند ممنوعه را استخراج میکنیم در بخش سوم دیمالتیپلکسری را بر اساس این ساختار باند طراحی میکنیم و در بخش چهارم شبیه سازی نموده و پارامترهای مهم در این قطعه را بررسی خواهیم نمود.
-2 طراحی دی مالتی پلکسر
اساس طراحی این دیمالتی پلکسر تعبیه حفره های هوایی در بستر دی الکتریک مبتنی بر شبکه های شش وجهی است.تعداد این حفره های هوایی در دو راستای X وY به ترتیب 50 و 40 تا میباشد.ضریب شکست موثر دی الکتریک 2.73 و شعاع حفره های هوایی115 و ثابت شبکه آنها 420nm میباشد. در طراحی ادوات نوری مبتنی بر کریستالهای فوتونیکی اولین گام بدست آوردن ساختار باند و استخراج باند ممنوعه فوتونیکی کریستال پایه بکار رفته برای طراحی قطعه مورد نظر است که برای استخراج این ساختار باند ها و نیز باند ممنوعه از روش بسط امواج مسطح - PWE - استفاده شده است.
همانطور که مشاهده می شود یک نوار باند ممنوعه فوتونیکی در نمودار ساختار باند وجود دارد که در مد TEاست . محدوده باند ممنوعه فوتونیکی به شرح زیر است:
با توجه به مقدار ثابت شبکه ، شعاع حفره های هوایی و ضریب شکست دی الکتریک باند ممنوعه در مد TE که محدوده طول موج های 1279nm < < 1896 nm را تحت پوشش قرار میدهد برای اهداف مخابراتی مناسب است . چون باند ممنوعه مورد نظردر مد TE است پس تمامی شبیهسازیها در مد TE انجام خواهد شد.
شکل .1 نمودار ساختار باند ساختار پیشنهادی در این طراحی ما از شبه کریستال دوازده تایی دوبعدی برای مکانیسم انتخاب طول موج استفاده خواهیم نمود.بنابراین ابتدا باید شبه کریستال دوازده تایی رو طراحی نماییم. شبه کریستال دوازده تایی متشکل از یک هسته مرکزی که سه مدار در اطراف خود دارد. شعاع مدارهای اطراف هسته مرکزی به ترتیب r و 2r و 3rاست. شعاع هسته R0 است که با رنگ قرمز مشخص شده است .تعداد میله های دی الکتریک در اربیتالهای اطراف هسته به ترتیب 6 ،12 و 12 می باشدکه به ترتیب با شعاع R2,R1و R3 با رنگهای سبز و آبی و زرد مشخص شده است.تفاوت در شعاع حفره های اربیتالهای دوم و سوم طول موج این دی مالتی پلکسر را تنظیم خواهد نمود. ساختار شبه کریستال دوازده تایی به کار رفته در این دیمالتی پلکسر در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل . 2 طراحی ساختار شبه کریستال 12 تایی در نهایت ساختار اصلی دیمالتی پلکسر پیشنهادی ارایه شده است.شکل 3 دیمالتی پلکسر دو کاناله مبتنی بر شبه کریستال دوازده تایی را نشان میدهد.این دیمالتی پلکسر از سه قسمت تشکیل شده است یک موجبر افقی به عنوان ورودی در وسط ساختار بعنوان انتقال نور به درون ساختار.درقسمت دوم نواحی طول موج گزین قطعه طراحی شده است که در واقع همان شبه کریستال طراحی شده در بخش قبل می باشد و قسمت بعدی موجبرهای خروجی تعبیه شده بر این شبه کریستالها میباشد که طول موج های جدا شده از طریق این کانالهای خروجی به بیرون قطعه منتقل و ظاهر خواهند شد.مکانیسم انتخاب طول موج از تفاوت شعاعهای گفته شد حاصل میشود به طوری که شعاع حفره های اربیتال دوم هر دو شبه کریستال برای کانالهای یک و دو را متفاوت از هم و بهنامهای R11 و R21 نامگذاری کردیم.
