بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله طراحی جدیدی از فیلتر کانال فرود نوری مبتنی بر تشدیدگر حلقوی بلورهای فوتونی دوبعدی شبکه مثلثی ارائه شده است. میله های ساختار از جنس سیلیکون با ضریب شکستnsi=3/46 ومحیط اطراف میله ها هوا با ضریب شکست nair= 1 می باشد. ضریب پرشدگی برای این ساختار 0/2 انتخاب شده است. طیف انتقالی این فیلتر با استفاده از روش تفاضل محدود در حوزه زمان دوبعدی - 2 D-FDTD - شبیه سازی شده است. بازده فرود %100 و فاکتور کیفیت مناسب در طول موج 1536/3 nmبرای این فیلتر بدست آمده است. در این مقاله، تاثیر تغییرات ضریب شکست میله ها کل ساختار برروی طیف انتقالی و طول موج خروجی ازاین فیلتر مورد بررسی قرار گرفته است. ساختار پیشنهادی کوچک و ابعاد کلی ساختار حدود 10/32 m× 10/32 mاست که برای کاربرد در مدارات مجتمع نوری و سیستم های مخابرات نوری مناسب است .
واژگان کلیدی: بلور فوتونی ، تشدیدگرحلقوی ، شبکه مثلثی، مدار مجتمع نوری
مقدمه
در طول صد سال اخیر، دانشمندان در تلاش بر کنترل خواص الکتریکی مواد بودند. پیشرفت در زمینه نیمههادیها، باعث سازماندهی خواص رسانایی مواد مشخصی شد که با انقلاب ترانزیستور در زمینه الکترونیک آغاز شد. در دهه اخیر، هدف بر روی کنترل خواص نوری مواد قرار گرفته است.[Joannopoulos et al ,2008 ]امروزه با پیشرفت مخابرات سرعت بالا، تقاضا برای انتقال و پردازش دادهها با سرعتهای بالاتر و تکنولوژی مجتمعسازی افزارهها استفاده از افزارههای تمامنوری در بیشتر زمینههای الکترونیک و مخابرات اجتناب ناپذیر شده است. با توجه به ضعفهای مدارهای مجتمع الکترونیک، مثل سرعت پردازش و انتقال دادهها، اندازه و افزایش فرکانس کاری، دانشمندان این حوزه علمی به فکر جایگزینی مدارات مجتمع نوری به جای مدارات مجتمع الکترونیکی هستند.
در مدارهای مجتمع نوری از فوتون به عنوان حامل داده استفاده میشود. به دلایل مختلفی ترجیح میدهیم از مدارات مجتمع نوری به جای مدارات مجتمع الکترونی استفاده کنیم، این دلایل عبارتند از : سرعت پردازش و انتقال بالاتر دادهها، مدارات بسیار کوچکتر، بازه فرکانس کاری بسیار بالاتر و نویزپذیری بسیار کمتر دادهها و... [Debrégeas-. Sillard,Kazmierski,2008 ]در سالهای اخیر، ساختارهای بلور فوتونی برای استفاده در سیستمهای مخابرات نوری و مدارهای مجتمع در ابعاد نانو بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند. بلورهای فوتونی نانو ساختارهای متناوب متشکل از دو یا چند ماده با ثابت دی الکتریک مختلف هستند [Robinson, Nakkeeran,2012 , Djavid, Abrishamian,2012]که در نتیجه این تناوب دارای نوار باند ممنوعه ،جایی که انتقال نور در محدوه معینی از فرکانس ها مطلقا صفر است، می باشندet al] .[Alipour-Banaeia
بسته به ساختار ، بلورهای فوتونی می توانند به سه دسته یک بعدی ، دو بعدی و سه بعدی تقسیم بندی شوند. بلورهای فوتونی دوبعدی با توجه به نوار باند ممنوعه کامل، سهولت در طراحی وساخت بیشترین توجه را نسبت به بلورهای فوتونی یک بعدی و سه بعدی به خود جلب کرده است.[Alipour-Banaeia et al,2014]در سال 1996 توماس کراوس - Thomas Krauss - اولین بلور فوتونی دوبعدی را برای طول موج های نزدیک مادون قرمز ساخت .[Krauss et al,1996] این موضوع راه بلور های فوتونی را برای ساخته شدن در مواد نیمه رسانا ، با اقتباس از روش استفاده شده در صنعت نیمه رساناها باز و هموار کرد.با ظهور بلورهای فوتونی، تحول وسیعی در عرصه و ساخت قطعات نوری در ابعاد نانومتری ایجاد شد .
از جمله ادوات نوری که در سال های اخیر بر پایه بلورهای فوتونی، ساخته شدهاند میتوان به به مالتی پلکسرها [Manzacca et al,2007] ، دی مالتی پلکسرهاet al,2008] [Ghaffari ، جداکنند های پرتو قطبش[Zabelin et al,2007] ،تریپلکسرها[Shih et al,2009] ، سوئیچ ها et [Wang al,2010] ، اتصال دهنده های جهتی [Moghaddam et al,2010]، فیلترهای میان گذر [Monifi et al,2008, Costa et al,2003, Barvestani,2015]، فیلترهای فرود و فزون نوری/فیلترهای کانال فرود [Wang et al ,2010, Robinson, Nakkeeran,2010, Vegas Olmos et al,2010, Andalib, Granpayeh,2008] و غیره اشاره کرد.
فیلترهای فرود و فزون نوری یک کاربرد جدید از بلورهای فوتونی میباشدکه جزء مهم مالتیپلسینگهای تقسیم طول موج در سیستمهای مخابرات نوری میباشد. باگسترش بیش از اندازه اینترنت، قابلیتهای کانالهای مخابراتی در حال حاضر به سرعت در حال افزایش است و به دلیل غیر عملی بودن جایگزینی تمامی فیبرهای نوری مخابراتی نصب شده با فیبرهای جدید - باکانال های بیشتر - و توسعه غیرقابل پیش بینی که منجر به از رده خارج شدن فیبرهای جدید درمدت دو تا سه سال بعد خواهد شد برای افزایش استفاده از فیبرهای نوری نصب شده سیستمهای WDM برای افزایش ظرفیت ارتباطی فیبرهای نوری جاری مورداستفاده قرارگرفته است .[Robinson, Nakkeeran,2012]
رشد سریع استفاده از سامانههای WDM، که گاه به آنها سامانههای انتقال با چندین طول موج هم گفته می شود، تقاضا برای فیلترهای فرود وفزون باند باریک وبسیار فشرده را افزایش داده است با استفاده از یک فیلتر کانال فرود - - CDF میتوان یک کانال با پهنای خط بسیار باریک انتخاب کرد، بدون اینکه اثری برروی سایر کانالهای عبوری گذاشت از فیلتر کانال فزون - CAF - نیز برای افزودن یک کانال طول موج به جریان مالتی پلکسر شده اطلاعات بدون گذاشتن تاثیر برروی سایر کانالهای عبوری استفاده می شود. دو فیلتر فوق المانهای اساسی تحقق بخشهای مالتیپلکسرها ودی مالتیپلکسرها WDM به شمار میآیند.
تشدیدگرهای حلقوی در مقایسه با نقص های خطی ونقطه ای ، به دلایلی چون مقیلس پذیری در اندازه ساختار و پارامترهای زیاد طراحی از جمله شعاع پرا کننده کننده ها ،فاصله میله ها و ضریب شکست ساختار ، انعطاف پذیری و سازگاری بهتری را در طراحی ساختار ارائه می دهند .[Rakhshani, Mansouri-Birjandi,2013] تشدیدگرهای حلقوی بلور فوتونی متداول ترین ساختار برای طراحی فیلترهای کانال فرود هستند.تشدیدگرهای حلقوی همچنین می توانند برای تحقق بخشیدن سویچ های نوری ، سنسورهای نوری ،دی مالتی پلکسرها وغیره استفاده شوند-[Alipour .Banaei et al,2014] در سالهای اخیر فیلترهای کانال فرود و فیلترهای فرود -فزون نوری مبتنی بر تشدیدگرهای حلقوی بلور فوتونی - - PCRR ارائه شده است.
اولین PCRR در ساختارهای بلور فوتونی در کاواک لیزر در شبکه ششگوش توسط کیم وهمکارانش معرفی شد. که طراحی مد انعطافپذیر و تزویج موثر در آن به بررسی پرداخته شد .[Kim et al,2002] بعد از آن مشخصه طیفی PCRR تزویج شده به دو موجبر در شبکه مربعی در ساختار بلور فوتونی بررسی شد .[Dinesh Kumar et al,2004] که یک PCRR شبه مربعی بعنوان یک افزاره انتخابگر فرکانس معرفی شد.[Dinesh Kumar et al,2004]تاکنون چندین PCRR در ساختارهای بلور فوتونی نشان داده شدهاند.[Andalib, Granpayeh,2008, Robinson, Nakkeeran,2011, Qiang et al,2007]
اخیرا دونوع ساختار متفاوت برای طراحی فیلترهای کانال فرود با استفاده از تشدید گرهای حلقوی توسط محمود وهمکارانش ارائه شده است 2013]،.[Mahmoud et al,2012استفاده از موجبرهایی که به PCRRها تزویج شدهاند، ساختارهایی خیلی مفید برای پیادهسازی عملیات فیلترهای فرود-فزون نوری یا فیلترهای کانال فرود در مدارهای مجتمع فوتونی است. این ساختارها شامل یک PCRR هستند که به یک جفت موجبر کوپل شده است. به گونهای که در حالت تشدید، توان انتقالی در یک موجبر از طریق PCRR میتواند بطور کامل به موجبر دیگر منتقل شود.[Monifi et al ,2008]
