بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله، با استفاده از ترکیب موجبر Y شکل و تشدیدگرهای حلقوی در بلور فوتونی، دیمالتی پلکسر تمام نوری دو کاناله با ضریب کیفیت بالا متناسب برای کاربردهای مخابرات نوری به خصوص برای سیستم WDM طراحی و شبیهسازی میشود. نحوه فیلترکردن 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 800 با ماکزیمم فاصله کانالی 2 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.
.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 افزارههای نوری بخصوص افزارههای تمام نوری بر اساس بلورهای فوتونی طراحی، شبیهسازی و ساخته شدهاند.
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.[2] از بلورهای فوتونیکی برای طراحی ادوات نوری مانند سوییچهای نوری [3]، فیلترهای نوری [4]، مالتی پلکسرها و دی مالتی پلکسرها [5]، مدولاتور [6]، افزارههای مبتنی بر نور کند [7] مهندسی پاشندگی [8]، حافظهها [9] و غیره استفاده شده است.
در این مقاله، با کمک تشدیدگرهای حلقوی اصلاح شده و موجبرY شکل در داخل بلورهای فوتونیکی توانسته شد یک دی مالتی پلکس تمام نوری برای اهداف WDM در سیستمهای مخابرات نوری طراحی و شبیهسازی گردد. روش کار این است ابتدا به کمک موجبر Y شکل نور ورودی به دو قسمت تقسیم میگردد سپس به تشدیدگرهای حلقوی وارد میگردد. با تزریق سیالات نوری در محل کوپلینگ تشدیدگر حلقوی با موجبر طول موجهای خاص جدا میگردند و قابلیت جدا کردن طول موجهای متفاوت فقط به کمک سیالات نوری متفاوت با ضرایب شکست متفاوت انجام میپذیرد. نتایج نشان داد که توانسته شد دو کانال با فاصله کانالی کمتر از 2 نانومتر و ضریب کیفیت بالای 800 جداسازی شود. در شبیهسازی از روش تفاضل محدود در حوزه زمان استفاده شده است.
.2 ساختار دیمالتی پلکسر تمام نوری و نتایج شبیهسازی
-1 -2 ساختار بستر
دیمالتی پلکس در یک بلور فوتونی متشکل از حفرههای هوا در بستر سیلیکونی به صورت ساختار هگزاگونال با تعداد حفرههای 36×36 و ابعاد 15/66 میکرومتر است، مقدار ضریب شکست موثر بستر 2/97 در نظر گرفته شده است. شعاع حفرههای هوا برابر 125 نانومتر میباشد. 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 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 0/23835 < D/ < 0/29804 است که این محدوده متناظر با محدودهی طول موجی 1/459 تا 1/825 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 میدهد. چون باند ممنوعه ساختار در مد TE میباشد زین پس تمامی شبیهسازیها در این مد انجام میگیرد.
شکل -1 منحنی ساختار باند برای مد TE برای بلور فوتونی حفره در بستر سیلیکون با ضریب شکست موثر 2/97 و شعاع حفره 125 nm و ثابت شبکه 435 nm
-2-2 ساختار موجبر و تشدیدگر حلقوی تعبیه شده در بستر بلور فوتونی
موجبر استفاده شده در این ساختار از نوع موجبر نوری به شکل Y میباشد. این موجبر دارای یک موجبر افقی و دو موجبر مورب - شاخهای - در انتهای موجبر افقی میباشد. نور ورودی از پورت A وارد شده و پس از طی مسیری به دو قسمت تقسیم شده و هر کدام به سمت یک فیلتر حرکت میکنند.
ساختار فیلتر نوری مبتنی بر تشدیدگر حلقوی در شکل 2 نشان داده شده است. وجود 6 اسکتر - پراکندهگر - که در شکل 2 با شعاع کوچکتر در شش گوشه حلقه مشخص شدهاند نقش کاهش تلفات نوری را در فیلتر حلقوی بازی میکنند. شعاع آنها برابر 75 نانومتر است.
تشدیدگر حلقوی از حذف یک ردیف از حفرهها ایجاد شد. این فیلترها بین دو موجبر مورب قرار دارند. موجبر سمت چپ نور را وارد فیلتر کرده و از طریق موجبر سمت راست نور از ساختار خارج میشود. همچنین آخرین حلقه بیرونی حفرههای هوا در داخل حلقه به صورت دایرهوار کمی جابجا شدند.
در این حلقهها 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 حفرهها تزریق میشوند و حتی امکان جایگزینی برای آنها وجود دارد. از این رو ما خط حفرههای محل کوپلینگ موجبرها با حلقه را با ضرایب شکست متفاوت پر میکنیم.
