17064

17064

بررسي نور كند در كريستالهاي فوتوني و طراحي ادوات نوري مبتني بر آن

دكتري

مخابرات ميدان

مهرماه 1392

دكتر محمد هاشم واجدسميعي

برق

چكيده سرعت بالا در شبكه هاي مخابراتي، با تحقق ادوات فوق سريع و مدارات مجتمع نوري ممكن خواهد شد و كاهش سرعت نور، راهكار هوشمندانه اي براي فشرده تر نمودن اين ادوات و افزايش بيشتر سرعت مدارات نوري است! در اين رساله به بررسي كلي روشهاي كاهش نور و آثار آن خواهيم پرداخت و از آنجاييكه كريستالهاي فوتوني از بهترين ساختارهاي شناخته شده براي ايجاد ادوات مجتمع نوري اند، نور كند در اين كريستالها را به طور دقيق مورد مطالعه قرار خواهيم داد. تعدادي از ادوات نوري مبتني بر نور كند را مرور و در ادامه، راهكاري نوآورانه براي كاهش سرعت نور در موجبر شياري كريستال نوري ارايه مي دهيم. نتايج بدست آمده، مقدار ضريب شكست گروهي بالا و پاشندگي سرعت گروه (GVD ) پايين در پهناي باند مطلوب را نشان مي دهد. مقدار حاصلضرب ضريب شكست گروهي در پهناي باند (GBP ) براي موجبر پيشنهادي، در مقايسه با بسياري از روشهاي ديگر بهتر است. همچنين در كنار كاربردهاي مخابراتي، قابليت بكارگيري موجبر طراحي شده در سنسورها نيز از مزاياي آن است. موجبر كند نور طراحي شده، مي تواند نور كند را در بازه حرارتي 25 تا 85 درجه با سرعت گروهي يكسان منتقل نمايد كه در مقايسه با ساير موجبرهاي كند نور كه در آن افزايش دما به ميزان حتي چند درجه، تغيير چند برابري سرعت نور را در پي دارد، يك ثبات حرارتي عالي بشمار مي رود. بعد از آن، با بررسي تعامل مدهاي زوج و فرد در موجبرهاي كوپل شده، به طراحي كوپلر جهتي كند نور با طول كوپلينگ كوتاه خواهيم پرداخت و خواهيم ديد كه چگونه، نور كند در كاهش طول كوپلر تاثير مي گذارد. با استفاده از نتايج اين بخش و با افزودن تنظيم پذيري و تغيير در محل تعامل مدهاي زوج و فرد، به روش الكترواپتيك، كوپلر جهتي را به سوييچ الكترواپتيك كند نور تبديل مي كنيم. سوييچ طراحي شده، تا زمان ارايه اين پايان نامه، از كوتاه ترين سوييچهاي كريستال نوري كند نور است، و همچنين از پايداري حرارتي در بازه 25 تا 85 درجه برخوردار بوده، ولتاژ فعال سازي آن از ساير سوييچ هاي گزارش شده، كمتر است و سرعت سوييچينگ بيشتري از سوييچ ترمواپتيك رقيب دارد. در قسمت بعدي پايان نامه، بررسي تاثير نور كند در دي مالتي پلكسر نوري نشان مي دهد كه نور كند عملكرد آن را بهبود مي دهد. يك مثال از اين تاثير، افزايش دو برابري دامنه ميدان دي مالتي پلكس شده و افزايش دوبرابري Q، در يك دي مالتي پلكسر تشكيل شده از نقص نقطه اي در مجاورت موجبر كند نور است. در آخر به نتيجه¬گيري و پيشنهاداتي براي ادامه كار مي پردازيم. واژه هاي كليدي: نور كند، كريستال فوتوني، ادوات نوري، پاشندگي

1396/01/19

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract Ultra-fast optical components an​d integrated photonic devices can realize high speed communication networks. Slowing down the light speed is a smart solution for compactness of the photonic components an​d realizing faster optical devices. In this thesis, we review some methods an​d effects of slow light in telecommunication. Since the photonic crystals are one of the best structures for photonic devices fabrications, the slow light in photonic crystals is studied deeply. Some of the slow light based components are reviewed. An innovative method for slowing down the light in slotted photonic crystal waveguide is introduced. The results shows high group index with very low group dispersion velocity over a wide bandwidth. Group index-Bandwidth product of the proposed slow ligh waveguide is more than previously introduced methods by other authors. Group index stability over wide temperature range (25oC to 85oC) is another advantage of our proposed slow light waveguide compared with other previously introduced slow light waveguides. In other slow light waveguides, only several degrees of temperature changes cause a big change in group index. The design of the photonic crystal directional coupler will be disused later an​d the effects of slow light for shortening the length of directional coupler will be studied. Then the most compact an​d temperature independent electro-optic switch based on slotted silicon photonic crystal coupler will be proposed. Very low activation voltage (1.52 V), very good stability over wide range of temperature (25oC to 85oC), an​d of course higher speed than his competitor, the thermo-optic switches, are some of the advantages of the proposed switch. The effects of the slow light on performance of optical de-multiplexer will be studied an​d the thesis will be closed with summary an​d conclusions. Keywords: Slow Light, Photonic crystals, photonic devices, dispersion