تحلیل و طراحی یک سوئیچ تمام نوری مبتنی بر بلورهای نوری به منظور استفاده در گیت های منطقی
چکیده
بلورهای نوری محیطی با خواص نوری متناوب هستند که از لایه های مواد دی الکتریک متناوب به صورت یک، دو و یا سه بعدی تشکیل شده اند. یکی از خواص مهم این ساختارها، کنترل عبور نور به علت وجود باند ممنوعه نوری و نیز وجود نقص هایی در آن ها است. نقص در بلورهای نوری در اثر تغییراتی در ساختار دی الکتریک های بلور است که خود می تواند یک، دو و یا سه بعدی باشد. اگر در بلورهای نوری نمودار فرکانس بر حسب بردار موج را که از حل معادلات ماکسول به دست می آید، رسم کنیم، مشاهده می شود که این نمودار شامل بازه هایی تهی از مدهای فرکانسی است. به این بازه های تهی باند ممنوعه نوری گفته می شود. باند ممنوعه نوری ناشی از تناوب در دی الکتریک بلور نوری است. هرگاه نوری با فرکانسی در محدوده باند ممنوعه، به بلور اعمال کنیم نور مورد نظر از داخل بلور عبور نخواهد کرد و اگر نور با فرکانسی خارج از باند ممنوعه به بلور نوری اعمال کنیم، عبور خواهد کرد. بلورهای نوری بسیار پاشنده هستند و میزان گذردهی و انعکاس در آن ها به شدت وابسته به طول موج است. با استفاده از رفتاری که این ساختارها از خود نشان می دهند قطعات نوری زیادی طراحی و ساخته شده است. دروازه های منطقی نمونه ای از این قطعات هستند که در کارهای پژوهشی زیادی به آن ها پرداخته شده است. در این تحقیق، تحلیل و شبیه سازی بلورهای نوری به منظور طراحی دروازه های منطقی و نیز مدارهایی در سطح msi صورت پذیرفته است. دروازه های منطقی طراحی شده عبارتند از or و xor و مدار msi عبارت است از یک دی مالتی پلکسر دو به یک. قطعات مذکور به وسیله ی بلورهای نوری دو بعدی با شبکه های مختلف و به صورت میله های سیلیسیومی غوطه ور در هوا و ایجاد نقص-هایی در تناوب آن ها، طراحی و تحلیل شده اند. با استفاده از نقص، کنترل نور در داخل ساختار به وجود می آید و با تداخل های سازنده و یا مخربی که عبور نور در مسیرهای مختلف نقص، ایجاد می کند خروجی های منطقی «یک» و یا «صفر» و در نهایت تابع منطقی به وجود می آید. مزیت این قطعات نسبت به انواع مشابه الکترونیکی، تلفات کم، سرعت بالا (در حد سرعت نور)، ساختار ساده و توان مصرفی بسیار پایین هستند که در این پژوهش بررسی شده اند. برای شبیه سازی این ساختارها از نرم-افزار r-soft استفاده شده است که با دو روش تفاضل محدود در حوزه ی زمان و بسط امواج تخت، به ترتیب برای محاسبه توزیع میدان الکتریکی و محاسبه ی باند نوری، محاسبات لازم را انجام می دهد.