بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله، با استفاده از تشدیدگرهای حلقوی در بلور فوتونی، دی مالتی پلکسر تمام نوری 4 کاناله با ضریب کیفیت بالا متناسب در کاربردهای مخابراتی نوری به خصوص برای سیستم WDM طراحی و شبیهسازی میشود. نحوه فیلتر-کردن و جداسازی طول موجها در حلقههای تشدیدگر، بر اساس تغییر ضریب شکست بعضی از حفرههای اطراف تشدیدگر حلقوی است که این عمل با تزریق سیالهای نوری با ضرایب شکست متفاوت انجام میپذیرد. نتایج نشان داد که طول موجها با ضریب کیفیت بالای 1100 با ماکزیمم فاصله کانالی 3 نانومتر که متناسب برای سیستم WDM مخابرات نوری است از هم جدا شدند. در این کار، برای تجزیه و تحلیل از روشهای بسط موج تخت و تفاضل محدود در حوزه زمان استفاده شده است.
کلمات کلیدی: بلورهای فوتونی، تشدیدگر حلقوی، فیلتر نوری، سیال نوری
-1 مقدمه
امروزه، استفاده از الکترونیک و مخابرات نوری به دلیل نیاز فناوری به توسعه در سرعت و پهنای فرکانسی بدلیل تبادل حجم اطلاعات بالا اجتناب ناپذیر شده است. بدین سو، با گذشت زمان و پیشرفت علم و فناوری و نیاز مسلم به تبادل اطلاعات بالا و پردازش سریع و همزمان آن، در سالهای اخیر افزارهای نوری بخصوص افزارههای تمام نوری بر اساس بلورهای فوتونی طراحی، شبیهسازی و ساخته شدهاند.[1] در حقیقت بلورهای فوتونیکی آرایههای پریودیک از مواد دیالکتریک هستند که با توجه به طول موج نور ورودی به آنها، ابعاد، نوع مواد و چگونگی چیدمان آنها، مقادیر انعکاس یا عبور مولفههای نوری در آنها تعیین میشود. از این خاصیت به تواتر جهت طراحی افزارههای مختلف بخصوص فیلترهای نوری استفاده شده است.[2]
به عبارت دیگر، بلورهای فوتونیکی توانایی فوقالعادهای درکنترل انتشار امواج نوری و حفظ آنها با حداقل تلفات را دارا هستند که به آنها قابلیتهای فراوانی جهت استفاده برای افزارههای تمام نوری با هدف بکارگیری در مدار مجتمع نوری و سیستمهای مخابرات نوری را میدهد.[3] از بلورهای فوتونیکی برای طراحی ادوات نوری مانند سوییچهای نوری [4]، فیلترهای نوری [5]، مالتی پلکسرها و دی مالتی پلکسرها [6]، مدولاتور [7]، افزارههای مبتنی بر نور کند [8]، مهندسی پاشندگی [9]، حافظهها [10] و غیره استفاده شده است. در این مقاله، با کمک تشدیگرهای حلقوی اصلاح شده در داخل بلورهای فوتونیکی توانسته شد یک دی مالتی پلکس تمام نوری برای اهداف WDM دی سیستمهای مخابرات نوری طراحی و شبیهسازی گردد. روش کار این است که با تزریق سیالات نوری حول تشدیدگرحلقوی و محل کوپلینگ تشدیدگر حلقوی با موجبر طول موجهای خاص جدا میگردند و قابلیت جدا کردن طول موج های متفاوت فقط به کمک سیالات نوری متفاوت با ضرایب شکست متفاوت انجام میگیرد. نتایج نشان داد که توانسته شد 4 کانال با فاصله کانالی کمتر از 3 نانومتر و ضریب کیفیت بالای 1100 جداسازی شود. در شبیهسازی از روش تفاضل محدود در حوزه زمان استفاده شده است.
.2 ساختار دی مالتی پلکسر تمام نوری و نتایج شبیهسازی -1 -2 ساختار بستر
دی مالتی پلکس در یک بلور فوتونی سیلیکونی متشکل از حفرههای هوا در بستر سیلیکونی به صورت ساختار هگزاگونال با ابعاد 36×36 است، مقدار ضریب شکست موثر بستر 2,97 در نظر گرفته شده است. شعاع حفرههای هوا برابر 125 نانومتر می-باشد. ثابت شبکه ساختار نیز 435 نانومتر است. ابتدا با کمک روش عددی بسط موج تخت - PWE - منحنی ساختار باند بلور فوتونی را محاسبه میکنیم که شکل ساختار و منحنی پاشندگی آن در شکل 1 نشان داده شده است. نوار سایه زده قهوهای رنگ باند ممنوعه ساختار را در مد TE نشان میدهد. این ساختار در مد TM باند ممنوعهای نداشت. محدودهی باند ممنوعه در مد TE در محدوده عکس طول موجی 0/2378 < a/ < 0/2981 است که این محدوده متناظر با محدودهی طول موجی 1,4592 تا 1,8292 میکرومتر میباشد. این مقادیر نشان میدهد محدودهی طول موجی ساختار پیشنهاد شده با طول موج مناسب برای کاربردهای مخابراتی تعریف شده در باند C که از 1530 تا 1570 نانومتر میباشد را کامل تحت پوشش قرار می-دهد. چون باند ممنوعه ساختار در مد TE میباشد زین پس تمامی شبیهسازیها در این مد انجام میگیرد.
2؛-2 ساختار تشدیدگر حقوی تعبیه شده در بستر بلور فوتونی
ساختار فیلتر نوری مبتنی بر تشدیدگر حلقوی در شکل 2 نشان داده شده است. این فیلتر از دو موجبر باس و دراپ و یک حلقه رزونانسی - به شکل لانه زنبوری - مابین این دو موجبر تشکیل شده است. پورت A به عنوان ورودی و پورتهایB و C به عنوان پورت خروجی میباشند. وجود 6 اسکتر - پراکندهگر - که درشکل 2 به رنگ زرد و باشعاع کوچکتر در شش گوشه حلقه مشخص شدهاند نقش کاهش تلفات نوری را در فیلتر حلقوی بازی میکنند. شعاع آنها برابر 75 نانومتر است. تشدیگر حقلوی از حذف دو ردیف از حفره ها به صورت لانه زنبوری ایجاد شد. همچنین آخرین حلقه بیرونی حفره های هوا در داخل حلقه به صورت دایرهوار کمی جابجا شدند. حفرههای موجود در شش گوشه حلقه بیرونی به اندازه ./5 و بقیه حفره های بیرونی حلقه به اندازه 0/2 جابجا شدند.
در این حلقه برای طول موج گزینی فیلتر حلقوی، استفاده از سیال نوری به عنوان مادهای که ضریب شکست حفرهها را تغییر میدهد استفاده شده است. این سیالات به راحتی در حفره ها تزریق می شوند و حتی امکان جایگزینی برای آنها وجود دارد. از این رو ما در خط حفرههای محل کوپلینگ باسها با حلقه و همچنین آخرین حلقه بیرونی حفرههای هوا در داخل حلقه را با مواد سیال های نوری متفاوت - حفرههای آبی رنگ در شکل - 2 با ضرایب متفاوت ضراوب شکست پر میکنیم. حفرههای ذکر شده را با سیال نوری با ضریب شکست 1,89 پر میکنیم. شکل سمت راست حلقه نمودار گذردهی را در خروجی C ساختار را به ازای پالس ورودی از درگاه A را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود توانسته شد یک موج با طول موج مرکزی 1561 نانومتر در خروجی C با ضریب کیفیت 1200 فیلتر کرد.
