بخشی از مقاله

خلاصه

در این مقاله ما با استفاده از کریستال های فوتونی دو بعدی Slab، یک دی مالتی پلکسر دو و چهار کاناله برای استفاده درسیستم های مخابراتی WDM طراحی کردیم. در ابتدا سعی داشتیم با استفاده از خاصیت رینگ های رزوناتوری ایجاد شده در کریستال های فوتونی و موجبرها یک دی مالتیپلکسر 4 کاناله که در مرجع [1] ادعا شده است را تعریف کنیم و نوآوری جدیدی بر روی این طرح بیاوریم، لیکن پس از شبیه سازی و استفاده از تابع بهینه سازی نرم افزار آر- سافت نشان میدهیم که چنین ساختاری امکان عملی شدن ندارد زیرا شکاف باند فوتونی تغییرات اساسی بعد از ایجاد نقص مینماید. سپس از یک ساختار موجبری با نقص خطی و استفاده از میله های عایق با شعاع های متفاوت یک مالتی پلکسر 2 کاناله و سپس با بداشت از این طرح، یک ملتی پلکسر 4 کاناله طراحی خواهیم نمود. جنس میله های دی الکتریک سیلیکون انتخاب شده است و سعی شده است از طول موج های کاربردی نوری استفاده شود.
کلیدواژه ها: کریستال فوتونیک، دی مالتی پلکسر، باند ممنوعه فوتونی، نقص نقطه ای،

-1مقدمه

نظریه مخابرات نوری در قرن نوزدهم مورد تایید دانشمندان بزرگی همچون ماکسول ، هرتز و ... قرار گرفت . ولی یک قرن زمان برد تا تکنولوژی استفاده از این روش توسعه پیدا کرد و به حد مطلوب رسید. پس از انتقال نور در فیبرهای نوری و ساخت منبع نوری لیزری مناسب جهت تولید سیگنال نوری مدوله شده ، مسئله استفاده حداکثری از پهنای باند طیف نوری مطرح شد. از پیش می دانیم که یکی از روش های افزایش توانایی ارسال اطلاعات در یک سیستم مخابراتی استفاده بهینه از تمامی پهنای باند در دسترس می باشد که این امردر سیستم های مخابرات نوری در اواخر دهه 1980 با استفاده از تکنولوژی WDM امکان پذیر شد.[2]

استفاده از تکنولوژیWDM بر مبنای دو کانال پهن باند در طول موج های1310 و1550 نانومتر آغاز شد. این تکنولوژی با نام WDM باند وسیع شناخته می شود. با ادامه مطالعات سیستم هایWDM با 8 کانال در پنجره 1550نانومتر بوجود آمد که WDM باریک باند نام گرفت . برای استفاده از تکنولوژیWDM باید اطلاعات موجود در طول موج های مختلف بر روی یک موج مدوله شده یکتا کنار هم جمع شوند تا بتوان آنها را بطور همزمان در بستر فیبر نوری منتقل کرد، پس از انتقال اطلاعات توسط فیبر نوری بر روی یک موج مدوله شده یکتا این اطلاعات در سمت گیرنده باید از هم جداسازی شوند تا قابل پردازش و کسب اطلاعات باشند.

این وظیفه بسیار مهم توسط دی مالتی پلکسر انجام می شود. یکی از راه های پیشنهادشده برای حل مشکل جداسازی طول موجی نوری استفاده ازکریستال های فوتونی است.[3-5]کریستال های فوتونی ساختارهای متناوب یا شبه متناوب از مواد دی الکتریک یا فلزی می باشند که از انتشار نور در بازه فرکانسی خاصی و در جهت مشخصی جلوگیری میکنند. این بازه فرکانسی محدود و کراندار به عنوان باند ممنوعه فوتونی یا گاف باند شناخته می شود. کریستال های فوتونی به سه دسته کریستال های یک بعدی ، دو بعدی و سه بعدی تقسیم می شوند.

کریستال های فوتونی دو بعدی در راستای دو محور متناوب و در راستای محور سوم همگن هستند. به این آرایش به صورت عمومی Slab گفته می شود. بسته به آرایش قرارگرفتن میله ها در Slab کریستال های فوتونی دوبعدی به دو دسته مثلثی و مستطیلی تقسیم می شوند. به راحتی می توان در ساختارکریستال های فوتونی دو بعدی ایجاد نقص کرد که این نقص ها باعث بوجود آمدن مدهای محلی در اطراف آن ها در باند ممنوعه فوتونیکی می شوند. میتوان از این مدهای محلی برای طراحی فیلترها نوری، دی مالتیپلکسر طول موجی، سوئیچ های نوری، گیت های منطقی، سنسورها و دیگر ادوات نوری استفاده کرد.[6]

-2شبیه سازی نرم افزاری دی مالتی پلکسر مرجع [1]

اولین مرحله در طراحی مالتی پلکسر با استفاده از کریستال های فوتونی بررسی ساختار باند ممنوعه می باشد. با انتخاب مناسب پارامترهایی مانند ضریب شکست میله ها ، ثابت شبکه و شعاع میله ها باند ممنوعه را در محدوده طول موجی مورد نظر قرار داد. بر همین اصل ساختار پایه به کار رفته برای طراحی دی مالتی پلکسر پیشنهادی یک شبکه مربعی 30∗30 از میله های دی اکتریک در بستر هوا است. ضریب شکست میله های دی الکتریک 37،3 و شعاع میله های دی الکتریک 5 nm،132 وثابت شبکه ساختار 530 nm می باشد. در این مقاله ما برای محاسبه ساختا ر باند از روش بسط موج های تخت PWE استفاده کرده ایم.

در روش بسط امواج تخت مدهای ویژه فرکانسی ساختارهای متناوب یا شبه متناوب در حوزه تبدیل فرکانس با حل عددی معادلات ماکسول به روش محاسبه در مرزها محاسبه می شود. با ترسیم این مدهای ویژه در نمودار دو بعدی برحسب بردارهای پایه شبکه ، ساختار باند فوتونی بدست می آید.برای محاسبه و ترسیم ساختار باند کریستال طراحی شده از ماژول BandSOLVE نرم افزار RSoft Photonics که یک نرم افزار مرجع است استفاده نموده ایم. برای شبیه سازی ابتدا سلول واحد کریستال فوتونی را به گونه ای انتخاب می کنیم که از هر چهار میله همسایگی قسمتی در سلول وجود داشته باشد. ساختار باند کریستال فوتونی مورد بحث با مقادیر معرفی شده برای ضریب شکست دی الکتریک ، شعاع میله ها و ثابت شبکه به صورت شکل 2 برای مد TE و TM بدست می آید.

با توجه به شکل 2 مشخص است که این کریستال فوتونی باند ممنوعه برای مد TM - قرمز رنگ - ندارد و تمامی امواج در این مد در کریستال انتشار می یابند و میرا می شوند. مطابق شکل 2 ساختار شبیه سازی شده داری سه باند ممنوعه فوتونی مد TEاست. باند ممنوعه سوم بعلت پهنای باند کم، مناسب نمیباشد و ما سعی در انتخاب پهنای باند بیشتر می کنیم. باند ممنوعه دوم با اینکه گاف باند مناسبی به نظر می رسد، اما طول موج های متناظر آن در ناحیه مخابراتی دلخواه ما قرار ندارد. به همین منظور ما فقط در مورد باند ممنوعه اول بحث خواهیم کرد. باند ممنوعه در محدوده طول موجی متناظر 1468 nm تا 2072 nm است .

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید