شبیه سازی فیلترنوری مبتنی بر تشدیدگرهای حلقوی بلورهای فوتونی

شبیه سازی فیلترنوری مبتنی بر تشدیدگرهای حلقوی بلورهای فوتونی

شبیه سازی مقالات ژورنال optic با موضوع فیلترهای نوری مبتنی بر بلورهای فوتونی

یکی از ساختارهای بسیار مناسب در حوزه الکترونیک نوری، بلورهای فوتونی هستند. با توجه به خواص بسیار جالب بلورهای فوتونی، می­توان از این ساختارها برای ساخت افزاره­ های نوری استفاده کرد

فایل حاوی نتایج  شبیه سازی فیلتر با نرم افزار Rsoft و یک فایل word توضیحات راجب فیلترهای نوری مبتنی بر بلورهای فوتونی می باشد.

1. مقدمه

در طول صد سال اخیر، دانشمندان در تلاش بر کنترل خواص الکتریکی مواد بودند. پیشرفت در زمینه نیمه هادی ها، باعث سازماندهی خواص رسانایی مواد مشخصی شد که با انقلاب ترانزیستور در زمینه الکترونیک آغاز شد. در دهه اخیر، هدف بر روی کنترل خواص نوری مواد قرار گرفته است.

امروزه با پیشرفت مخابرات سرعت بالا، تقاضا برای انتقال و پردازش داده ها با سرعت های بالاتر و تکنولوژی مجتمع سازی افزاره ها استفاده از افزاره های تمام نوری در بیشتر زمینه های الکترونیک و مخابرات اجتناب ناپذیر شده است. با توجه به ضعف-های مدارهای مجتمع الکترونیک، مثل سرعت پردازش و انتقال داده ها، اندازه و افزایش فرکانس کاری، دانشمندان این حوزه علمی به فکر جایگزینی مدارات مجتمع نوری به جای مدارات مجتمع الکترونیکی هستند. در مدارهای مجتمع نوری از فوتون به عنوان حامل داده استفاده می شود. به دلایل مختلفی ترجیح می دهیم از مدارات مجتمع نوری به جای مدارات مجتمع الکترونی استفاده کنیم، این دلایل عبارتند از : سرعت پردازش و انتقال بالاتر داده ها، مدارات بسیار کوچکتر، بازه فرکانس کاری بسیار بالاتر و نویز پذیری بسیار کمتر داده ها و...

ایده مدارهای مجتمع نوری در اوایل دهه 1970 بوجود آمد که از نتایج موفق مدارهای مجتمع الکترونیکی الهام گرفته بود. مجتمع سازی می تواند موجب کاهش هزینه بسته بندی، افزایش بودجه توان، توسط کم کردن تلفات تزویج نوری و کاهش توان مصرفی شود. مدارهای مجتمع نوری شامل یکپارچگی انواع مختلفی از افزاره ها هستند در حالی که مدارهای الکترونیکی شامل پیوند چندین ترانزیستور شبیه هم است. افزاره های الکترونیک نوری برای کاربرد ارتباطات نوری معمولا یک وظیفه خاص را فراهم می کنند مثلا منبع نور (لیزر)، مولد سیگنال (مدولاتور)، آشکارساز سیگنال (دیود نوری) و غیره. مدار مجتمع نوری بصورت یکپارچه چندین وظیفه را بر روی تراشه الکترونیک نوری یکسان مجتمع سازی می کند که می تواند منجر به مدار الکترونیک نوری پیچیده شود. مدارهای مجتمع الکترونیک نوری نوید استفاده در شبکه های مخابرات نوری را بدلیل اندازه فشرده، هزینه کمتر، قابلیت اطمینان و مشخصات رفتاری خوبشان داده اند.

در سال های اخیر، ساختارهای بلور فوتونی برای استفاده در سیستم های مخابرات نوری و مدارهای مجتمع در ابعاد نانو بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. بلورهای فوتونی نانو ساختارهای متناوب  متشکل از دو یا چند ماده با ثابت دی الکتریک مختلف هستندکه در نتیجه این تناوب دارای نوار باند ممنوعه ،جایی که انتقال  نور در محدوه  معینی از فرکانس ها مطلقا صفر است، می باشند.  بسته به ساختار ، بلورهای فوتونی می توانند به سه  دسته یک بعدی ، دو بعدی و سه بعدی تقسیم بندی شوند. بلورهای فوتونی دوبعدی با توجه به نوار باند ممنوعه کامل، سهولت در طراحی وساخت بیشترین توجه را نسبت به بلورهای فوتونی یک بعدی و سه بعدی به خود جلب کرده است. در سال 1996 توماس کراوس (Thomas Krauss) اولین بلور فوتونی دوبعدی را برای طول موج های نزدیک مادون قرمز ساخت. این موضوع راه بلور های فوتونی را برای ساخته شدن در مواد نیمه رسانا ، با اقتباس از روش استفاده شده در صنعت نیمه رساناها باز و هموار کرد.

با ظهور بلورهای فوتونی، تحول وسیعی در عرصه و ساخت قطعات نوری در ابعاد نانومتری ایجاد شد . از جمله ادوات نوری که در سال های اخیر بر پایه بلورهای فوتونی، ساخته شده‌اند می‌توان به به مالتی پلکسرها، دی مالتی پلکسرهاجداکنند های پرتو قطبش،تریپلکسرها ، سوئیچ ها ، اتصال دهنده های جهتی، فیلترهای میان گذر،  فیلترهای فرود و فزون نوری/فیلترهای کانال فرودو غیره اشاره کرد.

استفاده از سامانه های مالتی پلکس تقسیم طول موج نوری (که گاهی به آن ها سامانه های انتقال با چندین طول موج هم گفته می شود) دارای رشد بسیار سریعی است بنابر این تقاضا برای فیلترهای فرود/فزون باند باریک و بسیار فشرده را در این سامانه ها افزایش داده است. با استفاده از یک فیلتر کانال فرود، می توان یک کانال با پهنای خط بسیار باریک را انتخاب کرد، بدون اینکه اثری بر روی سایر کانال های عبوری گذاشت. از فیلتر کانال فرود نیز برای افزودن یک کانال طول موج به جریان مالتی پلکس شده اطلاعات، بدون گذاشتن تاثیر بر روی سایر کانال های عبوری، استفاده می شود. دو فیلتر فوق المان های اساسی تحقق بخش های مالتی پلکسر و دی مالتی پلکسر( (WDM به شمار می روند.

در سالهای اخیر  فیلترهای کانال فرود و فیلترهای فرود -فزون نوری مبتنی بر تشدیدگرهای حلقوی بلور فوتونی(PCRR) ارائه شده است. اولین PCRR در ساختارهای بلور فوتونی در کاواک لیزر در شبکه شش گوش توسط کیم وهمکارانش معرفی شد. که طراحی مد انعطاف پذیر و تزویج موثر در آن به بررسی پرداخته شد. بعد از آن مشخصه طیفی PCRR تزویج شده به دو موجبر در شبکه مربعی در ساختار بلور فوتونی بررسی شد. که یک PCRR شبه مربعی بعنوان یک افزاره انتخابگر فرکانس معرفی شد

استفاده از موجبرهایی که به PCRRها تزویج شده اند، ساختارهایی خیلی مفید برای پیاده سازی عملیات فیلترهای فرود-فزون نوری یا فیلترهای کانال فرود در مدارهای مجتمع فوتونی است. این ساختارها شامل یک PCRR هستند که به یک جفت موجبر کوپل شده است. به گونه ای که در حالت تشدید، توان انتقالی در یک موجبر از طریق PCRR می تواند بطور کامل به موجبر دیگر منتقل شود