چكيده
چكيده
اتصالات نوري، به عنوان جايگزيني مناسب براي اتصالات الكتريكي در بوردها و تراشه¬هاي كامپيوتري، توسط مدارهاي مجتمع نانوفوتونيك سيليكوني مبتني بر فناوري CMOS قابل تحقق مي¬باشند. قطعات غيرفعال و فعال تمام-نوري اين مدارهاي مجتمع كه به¬ترتيب، مبتني بر مكانيزم¬هاي خطي و غيرخطي نوري هستند، مي¬بايست همگي بر روي يك زيرساخت موجبري واحد ساخته شوند. موجبر جديد شياري سيليكوني يكي از بهترين زيرساخت¬هاي موجبري است، زيرا شدت نور بالايي در محل شيار فراهم نموده و در اين ناحيه مي¬توان از
Si-nc:SiO2 به عنوان يك ماده جديد سازگار با فناوري CMOS كه داراي ضريب شكست غيرخطي بالا و ضريب شكست خطي پايين است، استفاده كرد.
با توجه به نقش بسيار مهم موجبرهاي شياري در مدارهاي مجتمع نانوفوتونيك سيليكوني، تحليل دقيق آنها در رژيم¬هاي خطي و غيرخطي از ضرورت ويژه¬اي برخوردار است. بدين منظور، در اين پروژه فرمولبندي خط انتقالي مبتني بر بسط فوريه، به عنوان يك روش تحليل مودي تمام-موج، انتخاب شده و دقت آن با استفاده از ضريب اصلاح لانكزوس بهبود داده شده است. همچنين، الگوريتمي به منظور تعيين مقادير بهينه پارامترهاي اصلي اين فرمولبندي ارائه شده است. اين مقادير بهينه، مصالحه¬اي مناسب بين دقت نتايج، سرعت اجراي برنامه¬هاي
شبيه¬سازي و حافظه كامپيوتري مورد نياز فراهم كرده و در نتيجه، كارآيي شبيه¬سازي¬ها را بهبود مي¬دهند. فرمولبندي خط انتقالي مبتني بر بسط لانكزوس-فوريه، به عنوان يك روش تحليل مودي تمام-موج سيستماتيك و سرراست، علاوه بر رژيم خطي، در رژيم غيرخطي نيز از كارآيي بسيار خوبي برخوردار بوده و مستلزم استفاده از مرزهاي جذبي يا شفاف در شبيه¬سازي¬ها نيست. اين فرمولبندي براي تحليل مودي موجبرهاي نوري تيغه¬اي، شياري تيغه¬اي، استريپي، كانالي، شياري استريپي و ريب با لايه¬هاي پوششي همگن و ناهمگن در رژيم¬هاي خطي و غيرخطي بكار رفته است. با توجه به تمام-موج بودن آن، نتايج حاصل براي مشخصات پاشيدگي، توزيع
ميدان¬هاي الكترومغناطيسي، توزيع شدت نور و پارامترهاي غيرخطي مودهاي هدايتي مطلوب از دقت بالايي برخوردار بوده و با نتايج معتبر گزارش شده در مستندات علمي در توافق خوبي هستند.
از طرفي، موجبرهاي جديد شبه¬ريب و شياري شبه¬ريب براي مدارهاي مجتمع نانوفوتونيك سيليكوني مبتني بر ساختار ريب طراحي شده و تحليل مودي آنها با استفاده از فرمولبندي خط انتقالي مبتني بر بسط لانكزوس-فوريه در رژيم¬هاي خطي و غيرخطي انجام شده است. نتايج اين تحليل¬ها نشان مي¬دهند كه موجبرهاي شياري شبه¬ريب و شياري استريپي هم-اندازه متشكل از مواد يكسان داراي پارامترهاي غيرخطي هم-مرتبه هستند، بنابراين موجبر جديد شياري شبه¬ريب از كارآيي مناسبي در كاربردهاي غيرخطي نانوفوتونيك سيليكوني برخوردار است. همچنين، به منظور تحقق حداكثر كارآيي غيرخطي موجبر، مي¬توان ضخامت بهينه شيار را از طريق تحليل مودي موجبرهاي شياري در رژيم غيرخطي تعيين نمود.
يك الگوريتم جديد نيز به منظور محاسبه ضريب شكست مؤثر غيرخطي و شيفت فاز غيرخطي ناشي از اثر كِر (Kerr) نوري با حضور يك پالس نوري كوتاه با توان بالا در موجبر شياري ارائه و پياده¬سازي شده است.
از طرفي، معادله شرودينگر غيرخطي اصلاح¬شده (Modified NLSE) با در نظر گرفتن اثرات پاشيدگي سرعت گروه (GVD)، كِر و جذب دو-فوتوني (TPA)، به منظور تحليل غيرخطي انتشار پالس نوري و پديده مدولاسيون خود-فاز (SPM) در موجبر شياري استنتاج شده و از روش فوريه دو مرحله¬اي (SSFM) به عنوان يك روش عددي پايدار و سريع به منظور حل آن استفاده شده است. در اين تحليل، اثرات افزايش توان متوسط پالس ورودي و طول موجبر نيز بررسي شده¬اند.
كلمات كليدي: اتصالات نوري، نانوفوتونيك سيليكوني، موجبر شياري نوري، تحليل مودي تمام-موج، فرمولبندي خط انتقالي، اثر كِر نوري، پديده جذب دو-فوتوني، معادله شرودينگر غيرخطي، روش فوريه دو مرحله¬اي.
