مقاله طراحی و شبیه سازی فیلتر نوری برپایه بلورهای فوتونی

بخشی از مقاله

چکیده

دراین مقاله یک فیلترنوری مبتنی بربلورفوتونی دوبعدی ارایه شده است . این ساختارازشبکه شش ضلعی ازمیله های دی الکتریک دربسترهوا تشکیل شده است . دراین فیلتر عمل فیلترینگ و مکانیزم طول موج گزینی با استفاده از ناراستی نقطه ای مابین موجبرهای ورودی وخروجی انجام می شود. برای شبیه سازی از شبیه سازBand solve درنرم افزارRsoft استفاده شده است .

درطراحی ابتدا ساختار باند و باند ممنوعه فوتونیکی را با استفاده از روش سریع و قدرتمند بسط امواج تخت PWE استخراج شده است ومحاسبات مربوط به طیف خروجی فیلترو ضریب کیفیت به روش تفاضل متناهی درحوزه زمان و چگونگی انتشار نور درون بلور را شبیه سازی می کند انجام شده است .در اینجا با بهره گیری از ثابت شبکه 0,48 نانو متر و ضریب شکست ماده در زمینه بلور 3,7 وبازده گذر0,98 و پهنای باند آن 0,5 نانومتر به دست آمده است .

-1مقدمه

در سال های اخیر، کلمه فوتونیک، درعلم فیزیک در قیاس با مبحث الکترونیک مورد استفاده قراره گرفته و منعکس کننده ارتباط تنگاتنگ فزاینده بین فیزیک اوپیتک و الکترونیک که این نیز به خاطر نقش فزاینده مواد نیم هادی و دستگاه های کاربردی در سیستم های اوپتیکی می باشد، مورد توجه قرار گرفته. الکترونیک شامل کنترل جریان شارژ الکتریکی میشود - در خلاء یا در درون ماده - در حالی که فوتونیک شامل کنترل فوتون هاست - .در فضای آزاد یا در ماده . - هردوی این الگو ها به وضوح با یکدیگر همپوشانی دارند، خصوصاً هنگامی که بدانیم الکترون ها گاهی جریان فوتون ها را کنترل کرده و برعکس گاهی نیز فوتون ها جریان الکترونها را کنترل می کنند .

تعریف فوتونیک همچنین به اهمیت ماهیت فوتون نوری اشاره دارد و به توصیف عملکرد دستگاه های اوپتیکی می پردازد [1]یکی ازساختارهای بکاررفته برای طراحی ادوات نوری کریستال های فوتونیکی است . که به علت ذات تناوبی شان کریستال های فوتونیکی دربین مححققان بسیارپرطرفداربوده است .ویژگی کلیدی کریستال هی فوتونیکی داشتن ناحیه طول موجی است که دران هیچ موج نوری مجاز به انتشار درون کریستال نیست این محدوده طول موجی باند ممنوعه فوتونیکی نامیده می شود به طراحی ادوات نوری مختلف با استفاده از این کریستال ها کمک بسیارکرده است[2]

فیلتر ها از قسمت های اساسی گیرنده ها و فرستنده های مخابراتی اند که برای حذف مولفه های فرکانسی ناخواسته، پردازش سیگنال و ... به کارمی روند در مخابرات نوری از فیلتر ها ی نوری برای حذف نویز وجداسازی کانال ها ی اطلاعاتی با فواصل طول موجی کم استفاده می شود فیلتر ها ی با ضریب کیفیت زیاد برای جلوگیری از پدیده پراش در حین انتقال اطلاعات درون فیبرهای نوری به کار می روند[3] وقتی کریستال های فوتونیکی درسال 1987 کشف شد[4] طراحی ساختار های پیچیده وفیلترهای نوری با قدرت انتخاب بسیار بالا امکان پذیر شد یکی از مهمترین قطعات برای مدارات مجتمع نوری فیلترهایی هستند که یک طول موج خاص را از یک موجبر عبور می دهند.

-2طراحی ساختار

بلورهای فوتونی ساختارهایی اپتیکی با تغییر دورهای ازضریب شکست می باشند که بدلیل همین مشخصه بسیاری از فرکانس ها برخلاف فرکانس های مجاز، حق انتشار از بلور را ندارند و تشکیل نوار پیوست های به نام نوار گاف فوتونی در ساختار نواری بلور را می دهند. بلورهای فوتونی را می توان به منظور جایگزیدگی، تقسیم، تقویت، تشدید و قطبیده کردن تابش الکترومغناطیسی مورد استفاده قرار داد[6-5] باند ممنوعه فوتونی محدوده ای از طول موج ها ست که در آن هیچ فوتونی نمی تواند در بلور انتشار یابد .

این ویژگی طراحی افزاره های نوری متفاوت مانند سوییچ ها [7] فیلترها، مالتی پلکسرها و دی مالتی پلکسرها[8] را ممکن می سازد باند ممنوعه به دو عامل ضریب شکست مواد تشکیل دهنده بلور و نسبت شعاع حفره ها به ثابت شبکه بلور فوتونی بستگی دارد [9] بلور پیشنهادی ما دراستای x و z به ترتیب از 27 و 21 حفره تشکیل شده است.

فیلتری که ما ارایه دادیم با ساختار شبکه مثلثی طراحی شده است در این ساختار ما ثابت شبکه را 0.48nm وشعاع را r=.43*a در نظرمی گیریم ما باید قبل از طراحی فیلتر محدوده باند ممنوعه را مورد بررسی قراربدهیم شکل 1 ساختار باند ممنوعه بلور فوتونی پایه در مد TE را نشان می دهد ساختار درمحدوده باند گپ در مد TE در 0.276<D/ <0.453 است یا به عبارت دیگر1059QP< <1739 است چون باند ممنوعه در مد TE است پس تمام شبیه سازی ها در مد TE انجام می شود .