14290

14290

طراحي، شبيه سازي و بهينه سازي ساختار و خواص سوئيچ فوتونيك كريستالي مبتني بر اثرات غيرخطي

كارشناسي ارشد

الكترونيك

اسفندماه 1393

اسفندماه 1393

دكتر شهرام محمدنژاد

برق

چكيده: سوئيچ¬هاي نوري از جمله ادوات بسيار پركاربرد در مدارات مجتمع فوق فشرده تمام نوري و شبكه¬هاي مخابرات فيبر نوري مي¬باشند. فوتونيك كريستال¬هاي دوبعدي كه از تناوب مواد دي¬الكتريك در دوبعد بدست مي-آيند يكي از بهترين كانديدها براي بكارگيري در سوئيچ¬هاي تمام نوري هستند. در اثر اين تناوب، شكاف باند فوتونيكي يا شكاف ممنوعه¬اي حاصل مي¬شود كه نور در آن محدوده فركانسي نمي¬تواند از درون ساختار عبور نمايد. همچنين با اعمال نقص¬هاي نقطه¬اي و خطي مودهاي نوري¬اي ايجاد مي¬شود كه مي¬توان از اين خصيصه در طراحي ادوات فوتونيك كريستالي استفاده نماييم. استفاده از فوتونيك كريستال¬ها سبب بهبود خواص ساختاري و كليدزني سوئيچ¬هاي نوري مي¬شوند كه در اين پايان¬نامه، سوئيچ¬هاي فوتونيك كريستالي¬ با هدف بدست آوردن انرژي مصرفي پايين، كاهش تلفات و پاسخ زماني پايين پيشنهاد شده¬اند. براي محاسبه فركانس¬هاي ويژه فوتونيكي ساختار بدون نقص و مودهاي نقص، از روش بسط امواج تخت (PWE) و جهت بررسي نمودار تحليل زماني، روش تفاضل متناهي در حوزه زمان (FDTD) استفاده شده¬است. سوئيچ فوتونيك كريستالي 2×2 مبتني بر اثرات غيرخطي متشكل از شبكه مربعي ميله¬هاي Siبا ضريب شكست خطي 3.46n0= در بستري از هوا است. ابعاد اين سوئيچ و ثابت شبكه به¬ترتيب μm16 × μm17 و nm561 مي¬باشد و همچنين سوئيچ داراي بخش¬هاي ساختاري¬اي از قبيل تشديدكننده حلقوي نوع-Tغيرخطي، تشديدكننده حلقوي نوع-πغيرخطي و شاخه-Tفوتونيك كريستال است. ميله¬هاي غيرخطي بكارگرفته شده در ساختار تشديدكننده¬ها از جنس Si-ncs با ضريب شكست غيرخطي m2/W 16-10 است. عمل كليدزني براساس تغيير ضريب شكست ميله¬هاي غيرخطي در اثر افزايش شدت نور ورودي بدست¬آمده كه در نتيجه آن سبب شيفت فركانس تشديد مي¬شود. سوئيچ 2×2 طراحي¬شده داراي حداقل توان لازم براي كليدزني مطلوب و حداكثر پاسخ زماني به¬ترتيب (W/μm2) 12 و ps 1.7 است. ساختار ديگري كه در اين پايان نامه ارائه شده، سوئيچ ON-OFF دوحالته است. اين سوئيچ مبتني بر تزويج ميان كاواك با مشخصات بهينه و موجبر جانبي آن طراحي شده¬است. ساختار متشكل از آرايش شبكه مثلثي از ميله¬هاي 0.25¬Ge¬0.75Siبا ضريب شكست خطي3.59 است كه توسط پوشش شيشه¬اي بوروسيليكات با ضريب شكست 1.507 احاطه شده¬اند. در مركز كاواك بهينه¬شده از ميله¬ غيرخطي Si-ncsاستفاده¬شده و ضريب كيفيت كاواك تقريباً معادل 850 است. اين سوئيچ به ازاي دو فركانس بهنجار مجزا ¬-(a/λ)0.3017و(a/λ)0.3014 كليدزني مي¬كند كه توان و پاسخ زماني متوسط هر كدام از فركانس¬ها به¬ترتيب [(W/μm2)¬3.675 و ps6] و [(W/μm2)¬2.857 و ps5.35] بدست آمده¬است. واژه¬هاي كليدي: سوئيچ¬هاي نوري؛ فوتونيك كريستال¬ها؛ اثرات غيرخطي