طراحی و شبیه سازی کریستال فوتونی برای مدولاسیون دامنه نور بر اساس خاصیت غیرخطی
چکیده
مدولاتورها و سویچ های تمام نوری از مهمترین قطعات نوری در سیستم های مخابرات نوری محسوب می شوند که امکان کنترل مشخصات سیگنال نوری را با استفاده از یک موج نوری دیگر در مقیاس بسیار کوچک و سرعت بالا فراهم می نمایند. در سال های اخیر روش های متنوعی به منظور پیاده سازی این قطعات پیشنهاد شده است که در آن ها مشخصات انتشاری قطعه نوری با استفاده از مواد غیرخطی نوری مدوله می گردد. از سوی دیگر، کریستال فوتونی انتخاب مناسبی برای طراحی و ساخت مدارات مجتمع نوری محسوب می گردند. این قطعات به صورت ساختارهای متناوب از مواد دی الکتریک ویژگی های نوری خاصی از جمله باند ممنوعه ی فوتونی قابل تنظیم را دارا می باشند. ویژگی نور کند در قطعات موجبر کریستال فوتونی بعنوان راهکاری برای افزایش تعامل نور و ماده شناخته شده و امکان پیاده سازی قطعات نوری غیرخطی را در مقیاس کوچک و توان نوری کم به خوبی فراهم می آورد. در این پایان نامه دو ساختار کریستال فوتونی به منظور پیاده سازی مدولاسیون دامنه سیگنال نوری طراحی و شبیه سازی شده است. در قطعه ی اول، امکان پیاده سازی مدولاسیون فاز نور در موجبرهای کریستال فوتونی با اثر غیرخطی مرتبه ی سوم (اثر kerr) بررسی گردیده است. سپس با اعمال اثر kerr برروی یکی از بازوهای ساختار تداخلی ماخ – زندر، اطلاعات برروی فاز سیگنال نوری قرار گرفته است. در ادامه از جابه جایی فاز متناظر با اطلاعات به منظور مدوله نمودن دامنه سیگنال نوری بهره گرفته شده است. در پایان یک مدولاتور دامنه نوری بر اساس مدل ذکر شده برای عملکرد در طول موج سیگنال نوری mµ 1/55 شبیه سازی و تحلیل شده است. برای تغییر ضریب انکسار 5/0=n? در بازوی غیرخطی طول مدولاتور دامنه ی نور mµ 68/5 بدست آمده است. نسبت جداسازی سیگنال های نوری در درگاه خروجی به ازای بیشترین و کمـترین (0=n?) مقدار تغییر ضریب انکسار در موجبـر غیر خطـی به اندازه ی db 59/6 بدست آمده است. در قطعه ی دوم علاوه بر یک کوپلر جهتدار کریستال فوتونی یک مسیر موجبری جداگانه ای با اثر kerr به منظور هدایت سیگنال کنترلی ارائه شده است. با انتشار سیگنال کنترلی در موجبر غیرخطی واقع در بین موجبرهای کوپلر جهتدار، مشخصه ی ضریب انکسار ناحیه ی کوپلینگ تغییر می یابد. با تغییر ضریب انکسار ناحیه ی موجبر کنترلی مودهای انتشاری جابه جا می شوند. بر اساس مودهای جابه جا شده مقادیر مناسب برای طول ناحیه ی کوپلینگ و توان سیگنال کنترلی به منظور پیاده سازی مدولاتور تمام نوری تخمین زده می شود. در نهایت یک مدولاتور کوپلر جهتدار کریستال فوتـونی برای عملکــرد در طول مـوج سیگــنال نوری mµ 1/55 و سیگنال کنترلی با طول موج mµ 1/3 پیشنهاد و شبیه سازی شده است. با فرض بیشـینه ی تغییرات ضریب انکسـار به مـیزان 1/0=n? طـول ناحـیه ی کوپلینگ به اندازه ی mµ 94/5 محاسبه شده است. نسبت جداسـازی سیگـنال نوری در پورت خروجی کوپلر جهتدار برای حالات روشـن و خامـوش به مقدار db67 بدست آمده است. در نهایت عملکرد ساختار پیشنهادی بعنوان یک مدولاتور دامنه نشان داده شده است