بخشی از مقاله
خلاصه -
یکی از کاربردهای بسیار مهم تشدیدگرهای حلقوی بلور فوتونی، فیلتر افزاینده و کاهنده میباشد که یکی از بلوکهای اصلی سازنده برای سیستم های تقسیم طول موجی بشمار میرود .تشدیدگرهای حلقوی بلور فوتونی دارای مزایای بسیاری مانند کنترل پذیری ابعاد و انعطاف پذیری در طراحی، تنوع در شکل حلقه، اتلاف پایین با فاکتور کیفیت بالا، گزینش طیفی بالا و اتلاف خمشی مستقل از ابعاد هستند . در این مقاله فیلتر افزاینده و کاهنده و جدا کننده توان بر پایهی تشدیدگر حلقوی بلور فوتونی مورد بررسی قرارگرفته است .ساختار طراحی شده می تواند بعنوان یک فیلتر افزاینده و کاهنده بهینه در طول موج 1.55ʽm و یک جداکنندهی توان 1×3 در طول موج 1.65ʽm بکار گرفته شود.
-1مقدمه
بلورهای فوتونی ازنانوساختارهای فلز- دیالکتریک یا دیالکتریکهای متناوب که ثابتهای دیالکتریک - ضرایب - شکست - متفاوتی در یک ،دو و یا سه بعد دارند ، ساخته میشوند.این ساختارها به دلیل تناوب ذاتیشان قادرند انتشار نور را تحت تاثیر قرارداده و مانع از انتشار آنها در محدوده فرکانسی خاصی به نام نوارباند فرکانسی بلورفوتونی شوند . [1,2 ] مزیت ادوات نوری ساخته شده بر پایه بلورهای فوتونی ، سرعت عملکرد بالا طول عمر طولانی ،ابعاد بسیار کوچکتر آنها در مقایسه با ادوات نوری رایج ، ضریب کیفیت بالاتر و بازده خروجی مناسب علی رغم کوچک شدن ابعاد است
با ایجاد نقص - از نوع نقطهای ،خطی و یا هر دو - درون این ساختارها ،تناوب ساختار و در نتیجه تمامیت نوار باند فرکانسی بلور فوتونی شکسته شده میتوان نور را درون آن محدود کرد .با استفاده از این خاصیت میتوان ادوات نوری متعددی بر پایه بلورهای فوتونی ساخت .[4] از جمله ادوات نوری که در سالهای اخیر بر پایه بلورهای فوتونی دو بعدی ،به صورت نظری ارائه یا ساخته شده اند می توان به فیلترهای فرود یا فزون ،مقسم های توان ،مالتی پلکسرها و دیمالتی پلکسرها ،جدا کننده پرتوهای قطبش ،تری پلکسرها ،سوئیچ ها ،کوپلرهای جهتی ،فیلترهای میان نگذر ،فیلترهای میان گذر و غیره اشاره کرد .
میکرو تشدید گرهای حلقوی به عنوان یک راه حل قابل اطمینان در سیستمهای ارتباطی مطرح شدهاند [6] که انتشار موج الکترومغناطیسی در آن ها از استفاده از اصل بازتاب کلی داخلی پیروی میکند که محدودیت در کاهش ابعاد بعلت افزایش تلفات تشعشعی بصورت نمایی درشعاع حلقه ایجاد می کند .[ 7 ]همچنین، عملکرد میکرو تشدید گر حلقوی به ناهمواری سطح و فاصله ی نانومتری بین تشدید گر حلقوی و موجبر مستقیم بسیار حساس می باشد
از این رو تشدیدگرهای حلقوی بلور فوتونی توجه بسیاری از محققان در سراسر جهان بدلیل ویژگی هایی مانند بازده، سرعت عملکرد، قابلیت تنظیم در پهنای باند وسیع، انتخاب طیفی بالا، سادگی ساخت، کوچکی و گستره طیفی آزاد بالای آنها، به خود جلب نموده است .قابلیت انعطاف در تنظیم فرکانس، نوع مد تشدید کنندهی بلور فوتونی و کوچک بودن ساختار، استفاده از آن را در مدارهای مجتمع نوری امکان پذیر می نماید[11-9,7 ] .از این رو با استفاده از بلورهای فوتونی می توان تشدید گرهای حلقوی ساخت که در عین کوچکی دارای ضریب کیفیت بالاست و تلفات تشعشعی نیز به میزان زیادی کاهش مییابد
-2طراحی شبکه بلور فوتونی
تمام ساختارهای پیشنهادی، از نوع بلور فوتونی دو بعدی با شبکههای مربعی ، میله های این ساختار از جنس سیلیکون با ضریب شکست 3.59 ، محیط اطراف از جنس هوا میباشد بمنظور شبیه سازی ساختار بلور فوتونی عمل کننده در طول موجهای مخابراتی انتخاب شده است . همچنین ثابت شبکه و شعاع حفرهها را به ترتیب a = 0.54 ʽm و r/a = 0.185 ʽm انتخاب شده است . شکل 1، ساختار نواری فرکانسی بلور فوتونی که محاسبات آن با استفاده از روش بسط امواج تخت برای مد قطبشTE - میدان الکتریکی عمود با محور میله - انجام شده، را نشان می دهد .
در این شکل، محور عمودی فرکانسهای نرمالیزه شده به سرعت نور و محور افقی نقاط تقارن اولین ناحیه بریلیون متصل شده، را نشان میدهد . تشدیدگرهای حلقوی در مقایسه با نقصهای نقطهای و خطی ،به دلایلی چون مقیاس پذیری در اندازه ساختار و پارامترهای زیاد طراحی از جمله شعاع پراکنندهها ،شعاع میلههای کوپلینگ ،فاصله میلهها و ضریب شکست ساختار ،انعطاف پذیری و سازگاری بهتری را در طراحی ساختار ارائه میدهند .
شکل : 1 ساختار نواری فرکانس بلور فوتونی
شکل :2 ساختار نواری فرکانس بلور فوتونی ش
همانطور که از شکلهای 1 و 2 مشخص است جهت ساختار فیلتراز باند ممنوعه مد قطبش TE در محدوده نوار فرکانسی ازa=0.284 تا a=0.429 میتوان استفاده کرد .
-3طراحی تشدیدگر حلقوی بلور فوتونی دو تایی
تشدیدگرهای حلقوی دوتایی بلور فوتونی را بر اساس نحوه قرارگیری حلقههای تشدید کننده نسبت بهم و طول تزویج ما بین حلقههای تشدید کننده تقسیم بندی مینماییم.حالت اول، حالتی است که حلقههای تشدیدگر نسبت به یکدیگر به صورت هم خط آرایش یافتهاند ، براساس طول تزویج بین آنها در سه آرایش مختلف بررسی میگردند - شکل - 3 همانگونه که مشاهده می شود، طول تزویج مابین حلقهها از یک میله تا سه میله افزایش یافته است
