بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله به طراحی ساختار سلول واحد فوتونیک کریستالی می پردازیم که مود هدایت شده با شیب ملایم تری نسبت به قبلی - بهادری و غیور، - 2013 دارد و همچنین دارای باند ممنوعه بهتری است. این سلول واحد از نیم رسانای GaAs در محیط دی الکتریک هوا است. باند های انرژی این سلول واحد را با هفت و پنج باند رسم کرده ایم و درستی انتخاب باند ممنوعه را با انتشار میدان الکتریکی در سلول واحد نشان می دهیم. در این سلول واحد خاصیت نور کند را مشاهده می کنیم. این سلول واحد برای یک سوئیچ نوری استفاده می شود که ما انتشار نور را در یک سلول واحد فوتونیک کریستالی نشان می دهیم.
کلمات کلیدی: مود هدایت شده، باند ممنوعه، فوتونیک کریستال
. 1 مقدمه
لفظ فوتونیک کریستال برای اولین بار در سال 1987 توسط الی یابلونوویچ و ساجیو جان وقتی دو مقاله مهم در تاریخ فوتونیک، در مورد فوتونیک کریستال منتشر کردن مورد استفاده قرار گرفت. فوتونیک کریستال ها ساختار های متناوب در اندازه نانو هستند که جریان نور را کنترل و دستکاری می کنند.[1-3 ] کاهش سرعت نور در مدار های بلور فوتونی بر هم کنش غیر خطی را افزایش می دهد و این ویژگی سبب کاهش ابعاد قطعات نوری و توان مصرفی آن ها در مقایسه با سایر قطعات نوری مانند قطعات اپتو الکترونیکی می شود.[ 4 ] بلور های فوتونیک با توجه به خواص منحصر به فرد خود توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده اند. آن ها بر این باورند که فوتونیک کریستال ها نوید بخش یک تکنولوژی برای مدارات نوری هستند. در سال های اخیر انواع مختلف دستگاه های نوری با استفاده از فوتونیک کریستال ها شبیه سازی، طراحی و حتی اجرا نیز شده اند.
.2 شبیه سازی و تحلیل مود های هدایت شده
اولین گام بهبود مود های انتشاری ساختار کریستال فوتونی است. با طراحی ساختاری جدید به این مهم می توان دست یافت. سلول واحدی از فوتونیک کریستال را طراحی و سپس باندهای ممنوعه آن را بررسی می کنیم. سلول واحدی که توسط - بهادری و غیور ، - 2013 طراحی شده است، یک سلول واحد با سیزده ردیف سه تایی که تغییر شعاع میله های آن با نسبت خاصی انجام شده است، همچنین ثابت شبکه ساختار در حدود 384 نانو متر است این ساختار را در شکل - 1-1 - a می بینیم. نمودار مود هدایت این ساختار را در شکل - 1-1 - b مشاهده می کنیم.ما سلول واحدی را مطابق شکل - 2-1 - a طراحی کرده ایم. این سلول واحد از پانزده ردیف و سه ستون تشکیل شده است، که شعاع میله ی ردیف هشتم از مابقی میله ها کوچکتر و شعاع میله های وسطی ردیف هفتم و نهم از همه بزرگتر است. به این صورت که ثابت شبکه 200 نانو متر و =3a می باشد.
لازم به ذکر است که تغییر این شعاع ها با نسبت خاصی انجام شده است، که اگر شعاع میله ها را با r نشان دهیم، ، و و . این تغییرات در ساختار جدید باعث بهبود مودهای انتشاری ساختار سلول واحد فوتونیک کریستالی شده است. در شکل - 2-1 - b نمودار مود هدایت شده انتشاری در ساختار فوتونی جدید را مشاهده می کنیم. همانطور که مشاهده می کنیم این نمودار دارای شیب ملایم تری از قبلی است. که این نشان دهنده نور کند بهتر است. دراین دو نمودار مود های هدایت شده انتشاری در ساختار فوتونیک کریستال از دو محور افقی و عمودی که محور افقی عدد موج k ، محور های عمودی فرکانس می باشد. با تغیر ضریب شکست می توان ضرایب انتشار مودهای مختلف را تغییر داد. با استفاده از این پدیده می توان کوچک شدن طول قطعات را انجام داد.[5-6]
.3 شبیه سازی و تحلیل ساختار باند انرژی کریستال فوتونی
بعد از این که نمودارهای مود هدایت انتشاری در ساختار جدید را مشاهده کردیم، به سراغ باندهای ممنوعه ساختار جدید که در شکل - 2-1 - a مشاهده می شود، می رویم. باند های ممنوعه این ساختار در حالت های مختلف، مودهایی با پنج باند و هفت باند به ترتیب در شکل های - 1-2 - و - 2-2 - رسم شده است. در شکل - 1-2 - باند های ممنوعه با پنج باند رسم شده است که ما در آن دو باند ممنوعه می بینیم، بین باند شماره یک و دو و باند شماره چهار و پنج. این باند ممنوعه ها باند های انرژی مطلوب و مورد نظر ما نیستند که برای این ما باند ممنوعه را با هفت باند رسم کرده ایم. همان طور که مشاهده می شود نمودار - 2-2 - باند های انرژی را با هفت باند نشان می دهد که بین باند شماره یک و دو، باند شماره چهار و پنج و باند شماره پنج و شش باند ممنوعه داریم. بین باند با شماره پنج و شش یک باند ممنوعه مطلوب که تقریبا 1Thz می باشد را داریم که این همان محدودهی مورد نظر ماست که از آن استفاده کرده ایم.
