بخشی از مقاله
چکیده-
دراین مقاله، ساختارهای جدیدی برای فیلتر باند باریک مبتنی بر بلورهای فوتونی 2بعدی با میلههای سیلیکون در بستر هوا ارائه میشود. فیلترها شامل تشدیدکننده حلقهای و مربعی همراه با دو بازتاب کننده با نقص خطی میباشد. طول موج تشدید برای تشدیدکننده حلقه 1/38 ʽmو تشدیدکننده مربع 1/4409 ʽm است. فیلتر باند باریک می تواند در مدارات نوری، یکپارچه شود. برای انتخاب طول موج و فیلترنمودن نویز تقویت کنندههای نوری برای کاربردهای مخابرات در آینده قابل استفاده میباشد. نرم افزار Rsoft برای شبیه سازی رفتار نوری فیلتر استفاده شده است.
-1مقدمه
اخیرا، بلورهای فوتونی - PCs - توجه زیادی را از دیدگاههای بنیادی و عملی به خود جلب کردهاند. به دلیل خواص نوری منحصر به فرد خود و استفاده بالقوه آنها در ادوات نوری، تحقیقات زیادی بر روی توانایی آنها برای کنترل انتشار نور انجام شده است. بلورهای فوتونی، ساختارهایی دی الکتریک متناوب با ضریب شکست در مقیاس طول موج نور هستند. با توجه به این تناوب، مواد شکاف باند فوتونی - PBG - اجازه انتشار میدان الکترومغناطیسی در باند فرکانس خاص را میدهد.
با استفاده از نقص در بلورهای فوتونی، نور میتواند در جهت خاص هدایت شود و در ساختارهای کاربردی بلورهای فوتونی، مورد استفاده قرار میگیرد.[2] از کاربردهای قابل توجه بلورهای فوتونی نقصدار میتوان به فیلتر فوق باند باریک[1]، دی مالتی پلکسر[2]، تشدیدکنندههای حلقه3] [، فیلتر[4]، فیبر نوری[5]، سلول خورشیدی[6]، تقسیمکننده توان[7]، موجبرها[8]، و غیره اشاره نمود. فیلتر توسط تزویج تشدیدکننده با موجبر تحقق مییابد. با توسعه شبکههای مخابرات نوری، فیلترهای باند باریک نوری در مدارهای مجتمع نوری بسیار مورد نیاز خواهند بود.
کارهایی که روی این موضوع انجام شده است: فیلتر باند باریک کوکپذیر با استفاده از انتخاب طول موج کنترل شده با ولتاژ، مورد بررسی قرار گرفت.[8] فیلتر باند باریک شامل سه موجبر آبشاری با شعاعهای مختلف حفرههای هوا است که ضریب عبور 0.77 در طول موج تشدید µ1.55mرا دارا می باشد.
فیلتر باند باریک با استفاده از تشدیدکننده حلقه و بازتاب کننده مطالعه شده است، بازده خروجی 85٪ و طول موج تشدید 1/420nmبدست آمده است.
در این مقاله طرح جدیدی برای تشدیدکننده همراه با دو بازتاب کننده پیشنهاد می شود. ویژگی عملکرد فیلتر بوسیله روش عددی دوبعدی FDTD برای بلورهای فوتونی با میلههای Si برای تشدیدکنندههای حلقه و مربع مورد بررسی قرار گرفته است. مزیت فیلتر باند باریک نسبت به ساختارهای قبلی گزارش شده، سادگی آن میباشد. طول موج تشدید در محدوده طول موج مخابراتی است که در مخابرات راه دور استفاده می شود.
-2طراحی فیلتر باند باریک
وارد شدن از طریقport1 به بازتاب کننده ردیف پایین برخورد می کند، توسط میلههای تزویجگر وارد تشدیدکننده مربع شده سپس با استفاده از میلههای تزویجگر قسمت بالایی پس از برخورد به بازتاب کننده به سمت خروجی هدایت میشود. بازتاب کنندهها را برای بهتر شدن راندمان خروجی قرار داده شدهاند. تشدیدکننده در این ساختار با حذف مربع 4 4 میله های سیلیکونی بدست آمده است. میلههای تزویجگر با حرف b روی شکل1 مشخص شده اند.
شکل.1 طرح فیلتر باند باریک با دو بازتاب کننده و یک تشدیدکننده مربع
-2-1-2 تشدید کننده به شکل حلقه
شکل 2، فیلتر شامل رزوناتور و دو بازتاب کننده را نشان می دهد، شبکه بلور فوتونی - آرایههای - 16 12 میلههای سیلیکون با همان مشخصات ساختار قبلی در بستر هوا است. میلههای داخل ساختار را میلههای درونی نامیده میشوند. میلههای درونی با شعاع 3r و4r در نظرگرفته شده است که در شکل - 2ب - نشان داده شده است. میلههای سبزرنگ، میلههای پراکندگی نامیده میشوند که در ساختار برای بهتر شدن تشدید قرار میدهند، روی شکل 2 - الف - با حرف a مشخص شده اند. میله های تشدیدگر با حرف b روی شکل 2 - الف - نشان داده شدهاند.
-2-1 طراحی ساختار
-2-1-1 تشدیدکننده به صورت مربع
شکل 1، فیلتر شامل رزوناتور و دو بازتاب کننده را نشان میدهد، شبکه بلور فوتونی - آرایههای - 16 20 میلههای سیلیکون با ضریب شکست3/3، ضریب دی الکتریک 11/4و شکاف باند 1/12ev در بستر هوا است. تشدیدکننده با استفاده از حذف میلهها به شکل مربع میباشد و هردو بازتاب کننده مبتنی بر نقص خطی با حذف قسمتی از میلهها هستند. ورودی با port1 و خروجی را با Port2 نشان میدهیم
شکل.2 الف - طرح فیلتر باند باریک با دو بازتاب کننده و یک تشدیدکننده حلقه ب - طرح میلههای درونی
-2-2انتخاب پارامتر ها
با توجه به مطالعات انجام شده،به منظور بهبود راندمان انتقال فیلتر باند باریک، پارامترهای بلور فوتونی شامل ثابت شبکه - a - و شعاع میلهها - r - با مقدار 0/6384 و شعاع میله ها0/1159 aانتخاب شده است. شعاع میلههای بازتاب کننده 1/5 r در نظر گرفته شده است.
-3نتایج شبیه سازی
-3-1شبیه سازی تشدیدکننده مربع
در شکل 3 ، شکاف باند فوتونی - - PBG تشدیدکننده مربع نشان داده شده است.
شکل.3 شکاف باند فوتونی برای تشدیدکننده مربع
شکل .4عبور نور با طول موجهای محدوده شکاف باند
در شکل 5، نتایج شبیهسازی توزیع میدان الکتریکی - EFD - پرتوهای فرودی با قطبش TM نشان داده شده است. با توجه به شکل 4، نور با طول موج 1/4409 میکرومتر از port1 وارد ساختار شد و پس از عبور از تشدیدکننده مربع نور از port2 خارج شده است. در مقدار مانیتور - MV - ،منحنی آبی رنگ نشان دهنده نور همانطور که در شکل3 رسم شده است، این ساختار شکاف باندفوتونی را برای مد TM ارائه میدهد و برای مد TE شکاف باند فوتونی نداریم. فرکانسهای شکاف باند فوتونی بین خروجی است
