عنوان

بررسی خواص نوری غیر خطی سیستم های جفت شده کاواک-موجبر بلورهای فوتونی

شماره

‭۱۳۳۳۴پ‬

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

بررسی خواص نوری غیر خطی سیستم های جفت شده کاواک-موجبر بلورهای فوتونی

نام نخستين پديدآور

/بهروز رضائی

نام ناشر، پخش کننده و غيره

فیزیک

متن يادداشت

چاپی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

دکتری

نظم درجات

حالت جامد و الکترونیک

متن يادداشت

مواد گاف فوتونی) معروف به بلورهای فوتونی(، انتظار می رود که انقلابی در زمینه اپتیک مجتمع به وجود آورند .زیرا این سیستم ها می توانند همان کنترل موثری را بر روی تابش امواج الکترومغناطیس داشته باشند که نیمه هادی ها می توانند بر رفتار الکترونها داشته باشند .به خاطر وجود گاف فوتونی در بلورهای فوتونی، این سیستم ها می توانند با معرفی نقص های نقطه ای یا خطی به ترتیب به عنوان کاواک یا موجبر مورد استفاده قرار گیرند .اخیرا، کاواک های بلور فوتونی به دلیل توانایی آنها در ارائه ضریب کیفیت بالا و حجم مد کوچک توجه زیادی را به خود جلب کرده اند .اگر چه بلورهای فوتونی سه بعدی برای ایجاد کاواک های با ضریب کیفیت بالا ایده آل هستند، اما بلورهای فوتونی دو بعدی از نظر ساخت آسان تر بوده و همین امر باعث شده که نامزد مناسبی برای افزایش اثرات غیرخطی باشند .ترکیبی از کاواک ها و موجبرها می تواند دستگاه های نوری جدید، مانند فیلترهای نوری، شکافنده ها و غیره را تولید نماید .از همه مهم تر، دوپایایی نوری که از اهمیت زیادی در کاربردهای پردازش اطلاعات تمام نوری برخوردار است، می تواند در ساختارهای کاواک-موجبر شامل کاواک غیرخطی به دست آید .سه عامل در کاهش شدت آستانه دوپایایی نوری موثر هستند :غیرخطیت ماده( ) ، پارامتر بازخورد غیرخطی ( ) و ضریب کیفیت کاواک .‮‭(Q)‬ برای غیرخطی بودن لازم است که ضریب غیرخطی مواد به کار رفته حتی الامکان زیاد باشد، در حالی که بیشترین مقدار آن برای نیمه هادیها حدود است .البته انواعی از پلیمرها نیز برای این منظور پیشنهاد شده اند که ضریب غیرخطی آنها تا صد برابر مقدار اخیر است ولی به دلیل پایین بودن ضریب شکست ساخت بلور فوتونی با آنها با مشکلاتی همراه است .پارامتر بدون بعد بازخورد غیرخطی، که همپوشانی پروفایل مد تشدید با توزیع فضایی ماده غیرخطی را نشان می دهد، معمولا دارای حداکثر مقدار ‮‭۲/۰‬ است و از این لحاظ یک محدودیت به شمار می رود .بنابر این تنها پارامتر موثر در کاهش شدت آستانه دوپایایی نوری افزایش ضریب کیفیت کاواک می باشد .اخیرا تحقیقات مختلفی برای به دست آوردن کلیدزنی نوری با شدت آستانه کم در ساختارهای کاواک-موجبر با افزایش ضریب کیفیت انجام شده است .در این رساله، ما یک ساختار کاواک-موجبر را در یک بلور فوتونی دو بعدی با شبکه مربعی متشکل از میله های دی الکتریک دایره ای در زمینه هوا ارائه می کنیم .ضریب کیفیت کاواک در این ساختار با استفاده از نرم افزار ‮‭Harminv‬ مبتنی بر روش قطری سازی فیلتر بر اساس نتایج شبیه سازی ‮‭FDTD‬ دو بعدی مورد بررسی قرار گرفته است .ابتدا، ضریب کیفیت ساختار پیشنهادی بر حسب تغییر اندازه و تعداد میله های دی الکتریک بین کاواک و موجبر مورد مطالعه قرار گرفته، سپس به منظور افزایش بیشتر این کمیت، اثر جابجایی موقعیت میله های دی الکتریک بین کاواک و موجبر بر روی آن، با هدف حفظ ضریب عبوری سیستم در یک مقدار معقول، مورد بررسی قرار گرفته است .نتایج محاسبات نشان داده است که جابجایی میله ها تاثیر بسیار زیادی بر روی افزایش ضریب کیفیت سیستم کاواک-موجبر داشته و به عنوان یک روش موثر برای افزایش ضریب کیفیت در این رساله مورد توجه قرار گرفته است .سپس، دوپایایی نوری ساختار طراحی شده با استفاده از روش ‮‭FDTD‬ غیرخطی به طور عددی مورد مطالعه قرار گرفته است .نتایج عددی نشان می دهد که توان کلیدزنی به علت افزایش ضریب کیفیت تا حد زیادی کاهش یافته است

متن يادداشت

Photonic band gap materials (also known as photonic crystals) are expected to revolutionize the fields of integrated optics and micro-photonics due to an efficient control of the electromagnetic radiation they provide, in such a way as semiconductors control the behaviors of the electron. Due to existence of photonic band gap in photonic crystals(PCs), they can be used as cavities or waveguides by introducing point or line defects in such systems, respectively. Recently, PC cavities have been received much attention due to their ability to present a high quality (Q) factor and small mode volume. Although the three-dimensional (3D) PCs are ideal for creating high-Q cavities, but two-dimensional (2D) ones are easier to fabricate, which makes them suitable candidate for enhancement of nonlinear effects. The combination of PC cavities and waveguides can generate new optical devices, such as optical filters, splitters and so on. More importantly, the optical bistability, which is of great importance for all-optical information processing applications, could be achieved in coupled cavity-waveguide structures containing nonlinear cavity. Three factors are effective in reducing the threshold intensity of optical bistability: nonlinearity of the material ( ), nonlinear feedback parameter ( ) and Q-factor of cavity. It is necessary that nonlinear coefficient of utilized materials to be large as possible, while it's highest amount for semiconductors is approximately . Of course, some kinds of polymers have been proposed for this purpose, in which their nonlinear coefficient is one hundred times the current amount, but due to their low refractive index the fabrication of photonic crystals with this materials associated with some problems. Dimensionless parameter, which shows the overlap of the resonator's mode profile with spatial distribution of nonlinear material, usually has a maximum value of 0.2 and is considered a limitation in this regard. Thus, the only effective parameter in reducing the threshold intensity of optical bistability is the enhancement of cavity Q-factor. Several investigations have recently been performed to obtain low threshold optical switching in cavity-waveguide structures by enhancement of Q-factor. In this thesis, we present a cavity-waveguide structure in a 2D PC with square lattice composed of circular dielectric rods in air background. The Q-factor is analyzed by 2D FDTD method using the Harmonic inversion code based on the filter diagonalization method. Firstly, besides varying the size and number of dielectric rods between cavity and waveguides, we further increase the Q-factor of the proposed structure by shifting their positions with the goal of maintaining the transmission coefficient in reasonable value. Numerical results show that the shift of dielectric rods has a dramatic effect on increasing the quality factor of cavity-waveguide system and it has been considered as an effective method to increase the quality factor in this thesis. Next, we study numerically optical bistability of the designed structure using the nonlinear FDTD method. Numerical results show that the switching power has been reduced greatly as a result of increased Q-factor

مستند نام اشخاص تاييد نشده

رضائی، بهروز

مستند نام اشخاص تاييد نشده

سلطانی والا، علی، استاد راهنما

مستند نام اشخاص تاييد نشده

کلافی، منوچهر، استاد راهنما

مستند نام اشخاص تاييد نشده

کورت، حمزه، استاد مشاور

يادداشت عمومي

سیاه و سفید

وضعیت فهرست نویسی

نمایه‌سازی قبلی