بررسی استفاده از بلورهای فوتونی به عنوان موجبرهای کاهش دهنده سرعت نور

علیرضا جدی طهرانی

چکیده

بلورهای فوتونی ساختارهای دی الکتریک متناوبی هستند که بصورت مصنوعی ساخته شده و قادر به کنترل کامل انتشار نور می باشند. در واقع هدف اصلی در مطالعه بلورهای فوتونی بررسی انتشار امواج الکترومغناطیسی در این بلورها می باشد. بلورهای فوتونی دارای ساختار نواری می-باشند که از مشخصه های بلور بوده و شامل نوارهای فرکانسی مجاز و ممنوعه است. چنانچه تناوب ضریب دی الکتریک در دو جهت باشد بلور فوتونی دو بعدی است، که از یک سری میله های دی-الکتریک که در یک زمینه ی دی الکتریک همگن با ضریب دی الکتریک متفاوت قرار داده شده اند تشکیل شده است. با ایجاد تغییر در ویژگی های فیزیکی میله های دی الکتریک موجود در یک بلور فوتونی دو بعدی نقص های مختلف حاصل می شوند. یک گونه از این نقص ها نقص خطی است که از تغییر ویژگی های فیزیکی یک ردیف از میله های دی الکتریک بدست می آید. متداول ترین و پر اهمیت-ترین کاربرد این نقص های خطی استفاده به عنوان موجبر های بلور فوتونی می باشد. با ایجاد یک نقص خطی مدی درون نوار ممنوعه ی فرکانسی ظاهر می شود که به مد موجبری موسوم است و بیانگر ویژگی های فیزیکی نقص خطی از نظر کنترل و هدایت نور در فرکانس های مختلف می باشد. یکی از ویژگی های منحصر به فرد نور سرعت بالای آن می باشد. اما در این میان، کاهش سرعت نور نیز به طور جداگانه مزایایی دارد که بسیاری از محققین را بر آن داشته که به بررسی جوانب آن بپردازند. نور کند را می توان در مواردی از قبیل ایجاد سوئیچ های نوری، ذخیره سازی اپتیکی و تأخیر زمان اپتیکی به کار برد. در این پایان نامه ابتدا ویژگی های موجبرهای بلور فوتونی را مورد مطالعه قرار داده ایم. سپس با استفاده از روش ابر سلول بر پایه روش بسط موج تخت ساختار نوار مربوط به بلورهای فوتونی دو بعدی شامل نقص خطی را بدست آورده ایم. آنگاه با محاسبه ی شیب منحنی مد موجبری موجود در نوار ممنوعه فرکانسی، سرعت گروه را بدست آورده ایم. بعد از آن با ایجاد تغییرات گوناگون در قسمت های مختلف ساختار شبکه های بررسی شده، منحنی مد موجبری را بهینه کرده ایم. در نهایت به نور کند در پهنای نوار فرکانسی وسیع دست یافته ایم. برای مد te در یک بلور فوتونی دو بعدی با تقارن شبکه مثلثی که از حفره های هوا در زمینه-ی سیلیکون تشکیل شده است،ابتدا با تغییر هم زمان شعاع حفره های همسایه اول و دوم نقص خطی، سرعت گروه های و را به ترتیب در پهنای نواری و بدست آورده ایم. سپس در همان ساختار با جابجا کردن حفره های همسایه اول و دوم نقص خطی به طور هم زمان توانسته ایم سرعت گروه های و را به ترتیب در پهنای نواری و بدست آوریم. همچنین برای مد te در یک بلور فوتونی دو بعدی با تقارن شبکه مثلثی که از حفره های هوا در زمینه ی سیلیکون تشکیل شده است، با جابجا کردن حفره های همسایه اول، دوم و سوم نقص خطی به طور هم زمان تأثیر جابجایی حفره های همسایه سوم نقص خطی را نیز مورد مطالعه قرار داده ایم. که در نتیجه ی آن سرعت گروه های و را به ترتیب در پهنای نواری و را بدست آورده ایم.

اساتید راهنما و مشاور

جمال بروستانی، علی سلطانی والا