بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله خواص نور کند در یک موجبر بلور فوتونی با نقص خطی بررسی شده است و برای بهبود مشخصه های نور کند از تکنیک تزریق اثر غیر خطی مواد و اثر کر در حفره های هوا استفاده شده است. برای ساختار موجبر پیشنهادی منحنی های فرکانسی، و سرعت حرکت نور با تغییر اثر کر و ضریب شکست مواد غیر خطی ، مشخصه های نور کند بهبود می یابند.
کلید واژه : سرعت نور ؛ فوتونیک کریستال ؛ غیر خطی ؛ موجبر نوری
مقدمه
در سالهای اخیر نور کند در موجبرهای بلور فوتونی به علت قابلیت مجتمعسازی روی یک تراشه، عملکرد در دمای اتاق و تولید نور کند پهن باند و بدون پاشندگی توجهات زیادی را به خود جلب کرده است .[1] نوری را که سرعت گروهش،vg ، در مقایسه با سرعت نور در خلأ، c، به طور قابل توجهی کاهش یافته باشد، نور کند مینامند .[2 , 3] شفافیت الکترومغناطیسی و نوسانات همدوس جمعیت، اولین روشهای تولید نور کند هستند که براساس پاشندگی ماده پایهگذاری شدهاند .[4-8] امروزه نور کند تولید شده در موجبرهای بلور فوتونی مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است که بر اساس پاشندگی ساختاری است و مزیتهای زیادی نسبت به روشهای قبلی دارد .[9, 10]
بلورهای فوتونی، محیطهایی با ضریب شکست متناوب از مرتبه طولموج نور هستند. این تناوب باعث به وجود آمدن یک باند ممنوع در ساختار باند بلور فوتونی میشود که از انتشار نور با فرکانسی در این محدوده جلوگیری میکند .[11] با ایجاد نقص در بلور فوتونی میتوان یک یا چند مد هدایت در داخل باند ممنوع بلور فوتونی به وجود آورد. بهعنوان مثال با ایجاد یک نقص خطی در بلور فوتونی کامل، یک موجبر بلور فوتونی به دست میآید و این موجبر نور را درراستای نقص هدایت میکند .[12] کاهش سرعت نور موجب افزایش برهمکنش نور و ماده میشود که سبب میشود مشاهده اثرهای اپتیک خطی و غیر خطی با توان ورودی کمتر یا طول نمونه کوچکتر ممکن شود.
همچنین نور کند کاربردهای زیادی در مخابرات نوری دارد. در این مقاله برای غلبه بر مشکلات مهندسی پاشندگی، با استفاده از موادغیر خطی و اثر کر ، نور کند پهن باند با پاشندگی خیلی ناچیز ایجاد میکنیم. بدین منظور پس از بهینهسازی شعاع حفرههای دایروی در مرکز موجبر بلور فوتونی و تعیین اثر کر و ضریب شکست مناسب نور کند با ضریب گروه پایین ایجاد میگردد، پهنای باند نور کند را که یک کمیت مؤثر در بافرهای نوری است، افزایش داده میشود. همچنین پاشندگی سرعت گروه را که موجب از هم پاشیدگی و تغییر شکل پالس نوری میشود، به حداقل میرسانیم. به طور خلاصه مهندسی پاشندگی که به منظور دستیابی به نور کند با پهنای باند وسیع و پاشندگی سرعت گروه پایین انجام میگیرد، بدون دستکاری هندسه و پارامترهای ساختاری موجبر انجام شده است.
طراحی موجبر
بلور فوتونی دوبعدی 10*20 با آرایش مربعی از حفرههای دایروی هوا در زمینه سیلیکون را در نظر میگیریم. شعاع حفره ها برابر 0,35 و ثابت شبکه برابر 0,7 میکرو متر انتخاب شده است. موجبر مورد نظر با ایجاد یک نقص خطی در ساختار بلور فوتونی دوبعدی و تغییر اندازه حفرهها به نصف و ایجاد اثر کر برابر 9 * 10 - 11 بروی حفره های مرکزی ساختار به دست می آید - شکل . - 1با توجه به این ساختار باند شکاف موجود از0,27 تا 0,31 در مد TM می باشد - شکل - 2، که از طول موج 2,33 برای این ساختار استفاده کرده اما برای استفاده در مخابرات با بررسی فرکانسی در این ساختار بهترین طول موج انتخابی برابر 1,491 میکرو می باشد - شکل . - 3بر مبنای ساختار ساده بدون در نظر گرفتن اثرغیر خطی کر موج ورودی در خروجی با کمترین حالت پاشندگی و سرعت و زمان مشخصی خواهیم داشت که این خروجی به دلیل کار در طول موج نزدیک 1,55 میکرو که در کاربرد های مخابراتی مورد استفاده قرار دارد مناسب می باشد - شکل. - 4
