بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک گیت منطقی تمام نوری AND جدیدی را با استفاده از میله های کریستال فوتونی - GaAs - گالیم آرسنیک با ضریب شکست 3.42 و شعاعهای 114.45 نانومتر و کاواک های نقطه ای غیرخطی کر گوناگونی در زمینه هوا طراحی و شبیه سازی نموده ایم . ساختار مورد نظر شامل یک تزویج کننده Y و یک محدود کننده ی با خواص غیر خطی کر می باشد. گیت مورد نظر دارای دو ورودی ویک خروجی است، هرگاه به ورودی ها 1 منطقی اعمال شود توان دو ورودی از سطح آستانه محدود کننده بیشتر شده و خروجی برابر با 1 منطقی می شود و در غیر این صورت خروجی 0 خواهد بود. سپس صحت نتایج بوسیله نرم افزار OptiFDTD مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که نتایج معادل عمل منطقی گیت AND است. طول موج ساختار را با استفاده از نرم افزار مورد نظر به روش PWE برابر با 1.65 m بدست آورده ایم. منابع نوری انرژی مورداستفاده در این ساختار از نوع گوسی و با طول موج 1.65 m می باشند.
واژه های کلیدی: گیت منطقی تمام نوری ، میله های فوتونیک کریستالی ، کاپلر Y ، کاواک های نقطه ای . محدود کننده با خواص غیر خطی کر .
-1 مقدمه
پیشرفت و گسترش سیستم های مخابراتی و انتقال اطلاعات با سرعت و ظرفیت بسیار بالا و در نتیجه پردازش سیگنال ها با استفاده از نور توجه بسیاری از علاقه مندان و پژوهشگران را در سال های اخیر به خود جلب نموده است. این موضوع نشان می دهد که الکترونیک دیجیتال بدلیل کندی نسبی و پهنای باند کم، پاسخ گوی این نیازها نخواهد بود. در همین راستا گیت های منطقی تمام نوری به عنوان عناصر کلیدی جهت پردازش سیگنال های تمام نوری نقش بسیار مهمی را ایفا خواهند نمود . - Mansouri Birjandi and Ghadrdan 2013: 971 - بلور های فوتونی مواد دی الکتریکی هستند که ضریب شکست آنها بطور متناوب تغییر می کنند .
اگر تغییرات در یک بعد باشد به این بلورهای فوتونی یک بعدی گویند و اگر در دو و یا سه بعد باشد به ترتیب به بلورهای فوتونی دو بعدی و سه بعدی معروف می باشند - . - Masruf Khan 2013 : 176 این محیط متناوب برخی از طول موج ها را از خود عبور نمی دهد و بنابراین به ازای این طول موج ها شکاف باند ممنوعه ای ایجاد می کنند که در واقع همین قابلیت سبب گردیده که بتوان ادوات نوری مختلفی طراحی نمود Kun-Yi Lee et al 2008:3y-1 - - .یکی از ابزار های مورد نیاز در مدارات مجتمع نوری فشرده برای اتصال المان های مختلف ، خم ها هستند.
خم در بلورهای فوتونی همان موجبر زاویه دار است و با توجه به اینکه شکاف باند بلور فوتونی مستقل از زاویه تابش است به راحتی می توان مسیر موجبر را در شبکه بلور فوتونی خم کرد بدون اینکه انعکاس قابل ملاحظه ای در محل خم بوجود آید - Frandsen et - al ,2004 :5916-5921 ، ,2004:289 . - Kim and Brien -295 - هر گونه بی نظمی در یک بلور فوتونی را نقص می نامند، کاواک یک نوع نقص محسوب می شود ومی تواند شامل تغییرات، شعاع، جنس، و یا برداشتن کامل میله باشد : . - 94 با استفاده از ترکیبی از یک تزویج کننده و یک محدود کننده می توان گیت AND را پیاده سازی نمود . - Massaro 2012 : 137-139 -
-2 طراحی و شبیه سازی گیت منطقی تمام نوری AND
یک گیت منطقی تمام نوری AND مطابق شکل - 1 - را با استفاده از خاصیت بلورهای فوتونی طراحی کرده ایم که در حقیقت از یک شبکه مستطیلی با ضریب شکست میلههای - GaAs - گالیم آرسنیک n 3.42 طرح شده است. در این ساختار مقدار ثابت شبکه را برابر با a 545 nm نانومتر و شعاع هر یک از میلههای گالیم آرسنیک برابر با r 0.21a در نظر گرفته ایم.ساختار مورد نظر شامل یک تزویج کننده Y که طول هر یک از شاخک های افقی آن با حذف هفت میله در راستای افقی، یک محدود کننده با خواص غیر خطی کر در محل اتصال دو شاخک و یک موجبر دارای ابعاد 4a 3a در محل اتصال دو شاخه می باشد.
سپس در ادامه با حذف یک ردیف کامل میله های گالیم آرسنیک و ایجاد موجبری دیگر با خواص غیر خطی کر با میله هایی به فاصله 2a ازیکدیگر در راستای این موجبر جهت عملکرد بهتر گیت و راحتتر عبور کردن نور از این موجبر استفاده شده است. در واقع سه مجموعه کاواک نقطه ای با خواص کر و بصورت صلیبی به فاصله 2a از یکدیگر در جهت افقی و عمودی بکاربرده ایم و شعاع هر یک از این میله ها برابر 0.21a و دارای مشخصات L 2.7225 ، m2 2 10 18 2 ، 10 15 2 است. در گلوگاه این تزویج کننده جایی که شاخک های تزویج کننده به هم اتصال دارند از یک محدود کننده با خواص غیر خطی کر استفاده کرده ایم، که شعاع میله های این محدود کننده ها به ترتیب از بزرگ به کوچک برابر 0.5a ، 0.4a ، 0.35a ، 0.3a و0.21a و با همان مشخصات قبلی در این جا استفاده شده است.
و در واقع عملکرد این محدود کننده به این صورت است که هرگاه یک ورودی منطقی1اعمال شود چون قدرت آن کمتر از حد آستانه محدود کننده است خروجی برابر با 0 می شود. هرگاه به هر دو ورودی 1 منطقی اعمال گردد قدرت این دو ورودی با هم جمع شده و از حد آستانه محدود کننده بالاتر بوده و در نتیجه خروجی 1میشود. در مسیر موجبری هر یک از دو شاخک سه کاواک نقطه ای به شعاع های 0.15a ، 0.21a و 0.21a و با مشخصات ذکر شده در نظر گرفته شده است تا از اثر بار گذاری بین دو موجبر جلوگیری شود. شعاع این کاواک ها را طوری انتخاب کرده ایم تا امکان عبور نور راحت تر شود. در این طراحی طول کل ساختار برابر با L 32a و عرض ساختار برابر با w 15a در نظر گرفته شده است.
