بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله نوعی دی مالتی پلکسر طول موج دوباندی - DBWD - بلور فوتونی Y شکل و از نوع سیلیکون بر روی عایق، برای دی مالتی پلکس کردن دو طول موج مخابراتی 1,31m و 1,55m گزارش شده است. جدا کردن دو طول موج توسط تنظیم ویژگیهای هندسی موجبرهای بلور فوتونی و با کاهش و افزایش شعاع حفره های هوا در دو بازوی Y شکل دی مالتی پلکسر بلور فوتونی انجام می پذیرد. ساختار باند دی مالتی پلکسر پیشنهادی از طریق روش بسط موج تخت - PWE - و جزئیات انتشار و میزان عبور از طریق روش تفاضل متناهی در حوزه زمان - - FDTD بررسی شده است. در دی مالتی پلکسر پیشنهادی، میزان عبور بالای %90 برای هر کدام از طول موج ها بدست آمده است.
مقدمه
یکی از زمینه های تحقیقاتی محققان در سالهای اخیر، طراحی تراشه های فوتونیکی می باشد که در آنها کلیه اجزای تمام نوری نظیر مبدل طول موج، تقویت کننده، باز تولید کننده سیگنال، مالتی پلکسر و دی مالتی پلکسر و اتصال دهنده ها در یک تراشه نوری مجتمع سازی شده باشند. تکنولوژی بلورهای فوتونی از جدیدترین نوآورهایی است که با شتاب زیادی در حال توسعه تکنولوژی سیستم های نوری است. این ساختارها بدلیل توانایی کنترل انتشار امواج نوری کاربردهای بالقوه فراوانی دارند و همچنین میتوانند بر مدارهای نوری مجتمع سازی شوند
بلورهای فوتونی ساختارهای پریودیک چند بعدی و با تناوبی از مرتبه طول موج اپتیکی هستند. یکی از خصوصیات جالب بلور های فوتونی وجود باند گاف فوتونی - - PBG در آنها است - . - Yablonovich et al, 1993 باند گاف فوتونی به محدوده ی طول موجی در ساختار باندی بلور فوتونی گفته می شود که در این محدوده طول موجی هیچ فوتونی مجاز به انتشار درون بلور نمی باشد. با ایجاد نقص در ساختارهای بلور فوتونی می توان مدهایی را در محدوده باند گاف فوتونی هدایت نمود
موجبر نقص خطی در یک بلور فوتونی را می توان از طریق تغییر شعاع حفره ها/ میله ها و یا با حذف آنها در یک راستا ایجاد کرد. بلورهای فوتونی تیغه ای با ساختار سیلیکون بر روی عایق - - SOI از لحاظ مکانیکی پایدار بوده و جهت استفاده در مدارات مجتمع یکپارچه گزینه مناسبی می باشند . - Notomi et al, 2001 - با استفاده از این ساختارها می توان مولفه هایی چون موجبرها، کوپلرهای خطی،پلاریزورها و دی مالتی پلکسر های طول موجی را طراحی کرد
دی مالتی پلکسر های طول موجی دوباندی بلور فوتونی با میزان عبور بالا، هم شنوایی پایین، پهنای باند باریک و با ابعاد بسیار کوچک از عناصر مفید و کلیدی در سیستمهای ارتباطی و مخابراتی بوده و برای جداسازی کانالهای مختلف با طول موجهای خاص مورد استفاده قرار می گیرند
تاکنون شیوه های مختلفی برای طراحی دی مالتی پلکسرهای مبتنی بر بلورهای فوتونی نظیر استفاده از کاواکهای تشدید، تشدیدگرهای حلقوی و موجبرهای نقص خطی ارایه شده اند
از بین این روش ها، دی مالتی پلکسرهای بلور فوتونی مبتنی بر موجبرهای نقص خطی بدلیل داشتن میزان عبور بالا، هم شنوایی پایین و ساختار بسیار ساده توجه محققان را به خود جلب کرده است
در این مقاله نوعی از دی مالتی پلکسر طول موج دوباندی بلور فوتونی مبتنی بر موجبر نقص خطی با ساختار SOI، جهت جداسازی دو طول موج 1,31m و 1,55m ارائه شده است.
طراحی دی مالتی پلکسر طول موج دو باندی بلور فوتونی و روش های عددی
ساختار هندسی دو بعدی دی مالتی پلکسر طول موجی دو باندی بلور فوتونی پیشنهادی با زیرساخت سیلیکون بر روی عایق در شکل 1 نشان شده است.
شکل : 1 ساختار شماتیک الگوی Y پیشنهادی برای طراحی دی مالتی پلکسر طول موجی دو باندی
ساختار شبکه بلور فوتونی استفاده شده جهت طراحی دی مالتی پلکسر پیشنهادی، شبکه مثلثی از حفره های هوای بیضوی شکل به شعاع بزرگ Ra=160 nm و شعاع کوچک Rb=120 nm و ثابت شبکه 400 nm در داخل تیغه سیلیکون به ضخامت 350 nm که روی زیر لایه سیلیکا با ضخامت 3 m قرار گرفته است، می باشد. این دی مالتی پلکسر دو باندی از سه قسمت تشکیل شده است، که در آن موجبر ورودی از طریق حذف حفره های هوا در راستای محور موجبر و موجبرهای بازوهای Y شکل از طریق کاهش شعاع حفره های هوای شاخه بالایی و افزایش شعاع حفره های هوای شاخه پایینی ایجاد شده است.
محاسبات روش بسط موج تخت
برای محاسبه باند گاف فوتونی بلور فوتونی مورد مطالعه در این کار از روش عددی بسط موج تخت - - PWE استفاده شده است. سرعت بالا و زمان محاسباتی کم در انجام محاسبات مربوط به باند گاف بلورهای فوتونی از مزایای روش عددی بسط موج تخت می باشد. محاسبات PWE با استفاده از نرم افزار Rsoft-Band Solve انجام شده است. در شکل 2 نمودار ساختار باند و باند گاف فوتونی بلور فوتونی پیشنهادی برای قطبش TE نشان داده شده است.
شکل :2 نمودار ساختار باندی برای بلور فوتونی با شبکه مثلثی در بستر SOI برای قطبش TE
همانطور که ملاحظه می کنیم محدوده فرکانسی باند گاف فوتونی این ساختار مابین 0,2475 تا 0,3875 می باشد و متناظر با آن محدوده طول موجی باند گاف مابین 1,259m تا 1 ,758m می باشدکه هردو طول موج مربوط به پنجره های مخابراتی 1,31m و 1,55m درون ناحیه باند گاف قرار دارند.
بنابراین انتظار می رود که با ایجاد نقص خطی، ابتدا بتوان موجبری را برای مدهای مربوط به طول موج های مخابراتی ذکر شده طراحی کرد - موجبر ورودی - و سپس با استفاده از فرایند دی مالتی پلکسی طول موج، این دو طول موج را از هم جدا کرد - در شاخه بالایی و پایینی - . به همین منظور دی مالتی پلکسر طراحی شده یک الگوی Y شکل می باشد که می خواهیم از هر بازوی آن یکی از طول موج های 1,31m و 1,55m منتقل شود. در شکل 3 -الف مدهای هدایت موجبر ورودی که با استفاده از روش PWE محاسبه شده اند، نشان داده شده است. این نمودار نشان می دهد که هر دو طول موج فوق در موجبر ورودی منتشر می شود.
در شکل -3ب مدهای هدایت موجبر شاخه بالایی نشان داده شده است. با کاهش شعاع حفره های هوا در این شاخه، طول موج 1,31m از این بازو عبور می کند و گاف برای طول موج 1,55m حفظ می شود. به همین ترتیب در شکل -3ج مدهای هدایت موجبر شاخه پایینی نشان داده شده است.
