۱۳۸۸۹پ
per
بررسی تاثیر نوع شبکه و هندسه میله ها روی پدیده خودموازی سازی نور در یک بلور فوتونی دوبعدی
QC
/سلیم ملاپور
: فیزیک
، ۱۳۹۳
، پروانه جودت
چاپی
کارشناسی ارشد
فیزیک حالت جامد
۱۳۹۳/۱۰/۲۰
تبریز
در سال‌صهای اخیر بلورهای فوتونی به خاطر خواص جالبشان در کنترل انتشار امواج الکترومغناطیسی توجه زیادی را جلب کرده اند .به طوری که از آنها در ساخت قطعات فوتونی خصوصا در مدارهای مجتمع فوتونی استفاده های زیادی شده است .کاربردهای بلور فوتونی به دو عامل وجود گاف در ساختار نواری فوتونی و پاشندگی تنظیم پذیر در داخل بلور بلور فوتونی بستگی دارد .عامل اول طراحی موجبر ها و فیلترهای فرکانسی را ممکن می سازد و عامل دوم، باعث ایجاد پدیده های مرتبط با پاشندگی در بلورهای فوتونی است .در سال های اخیر پدیده های مرتبط با پاشندگی در بلورهای فوتونی مورد توجه قرار گرفته اند .از جمله این پدیده ها می توان به شکست منفی، پدیده ابر منشور و خودموازی سازی اشاره کرد .خودموازی سازی پدیده ای است که نور یا موج الکترومغناطیسی پس از ورود به داخل بلور فوتونی، به صورت موازی و بدون پراش قابل توجهی منتشر می شود .در این پایان نامه، پدیده خودموازی سازی نور در بلورهای فوتونی دوبعدی مورد مطالعه قرار گرفته است .نکته مهم در بررسی این پدیده، اتنخاب یک فرکانس مناسب است که شرایط لازم برای موازی شدن را داشته باشد .این فرکانس از کنتورهای هم فرکانسی به دست می آید .برای محاسبه کنتورهای هم فرکانسی، از روش عددی بسط موج تخت و برای محاسبه میدان ها و شبیه سازی مسیر انتشار نور، از روش تفاضلات محدود در حوزه زمان با شرط مرزی برنگر استفاده کرده ایم .نتایج نشان می دهند که با انتخاب یک فرکانس مناسب، نور توسط بلور فوتونی از یک نقطه به نقطه دیگر انتقال داده می شود، بدون اینکه اتلاف قابل توجهی در شدت آن بوجود آید .در شبکه مربعی از میله های دی الکتریک با شعاع a۳۵/۰ و ثابت دی الکتریک۵۶/۱۱ ، فرکانس موازی شونده برای قطبشTM ، c/a۱۹۶/۰ و برای قطبشTE ، c/a۳۱/۰ محاسبه شده است .نسبت شدت نور به شدت نور ورودی در فواصل۱۰ ،۲۰ ، ۳۰ برابر ثابت شبکه، به ترتیب۹/۰ ، ۸۸/۰ و ۸۴/۰ به دست آمده است که نشان دهنده انتقال بالای انرژی است .همچنین با افزایش شعاع میله های دی الکتریک، مقادیر فرکانسهای موازی شونده، کوچکتر می شوند و بر عکس .نقص های خطی کارایی خوبی به عنوان شکافنده نور موازی شده، نشان می دهند .شدت پرتوهای شکافته شده با تغییرات شعاع نقص خطی، تغییر می کنند به طوریکه در شبکه مربعی از میله های دی الکتریک با شعاعa۳۵/۰ ، به ازای شعاع نقص=a۲۵/۰ r_d ، نسبت شدت پرتوهای شکافته شده به شدت نور فرودی، ۴۳/۰ و ۳۸/۰ و به ازای=a۱۵/۰ r_d ، به ترتیب ۱۸/۰ و ۵۶/۰ به دست آمده است .با به کار بردن میله هایی از جنس نیمرسانا در ساختار شکافنده، نوع متفاوتی از شکافنده نور بررسی شده است که در آن شدت پرتوهای شکافته شده، وابسته به دماست .بررسی کنتورهای هم فرکانسی در ساختار متشکل از میله های دی الکتریک بیضی شکل نشان می دهند که با چرخش تدریجی میله های دی الکتریک، جهت انتشار نور نیز به صورت تدریجی تغییر می کند .با انتخاب یک ساختار بزرگ مقیاس در ابعادa۲۱ a۷۱ و چرخش تدریجی میله ها به میزان ۹۰ درجه، نور در مسیر سهمی شکل حرکت می کند .بررسی شبکه مستطیلی نشان می دهد کنتور های هم فرکانسی در شبکه مستطیلی در مقایسه با شبکه مربعی، شکل کاملا متفاوتی دارند .در شبکه مستطیلی با ثابت های شبکه a وa۲=b ، و با میله های دایره ای شکل، نور موازی شونده، در یک راستا منتشر می شود اما در راستای عمود بر آن، وارد ساختار نمی شود و به یک ناحیه باریک محدود می شود .به عبارت دیگر، در شبکه مستطیلی، خودموازی سازی فقط در یک جهت روی می دهد .همچنین، فرکانس های واقع در نوار دوم، علیرغم موازی شدن، به میزان کمی در داخل ساختار پخش می شوند.
71a and rotating the rods gradually till 90 degree, light propagates in parabola path. Iso-frequency countors of rectangular lattice are different from square lattice. In a rectangular latthce with circular rods and lattice constants a and b=2a, ligh is collimated in specific direction and can not propagate in direction normal it. In other words, in rectangular lattice, self-collimation occurs only in one direction. Also, frequencies lie in the second band, slightly diverge into the structure, despite collimation.In recent years, photonic crystals have attracted alot of attention due to their interesting properties in control of the propagation of electromagnetic waves. Especially they have been used to fabricate the optical integrated circuits. Applications of photonic crystals depend on existence of photonic band gap in band structure and tunable dispersion inside photonic crystal. The former, make possible designing of the waveguides and filters and the latter, make dispersion dependent phenomenon. In recent years, dispersion dependent phenomenon in photonic crystals like super prism effect, negative refraction and self-collimation effect have been investigated. Self-collimation is a phenomenon in wich, light or electromagnetic wave is collimated after entering inside the photonic crystal and propagates without considerable diffraction. In this thesis, the self-collimation effect in 2D photonic crystals is studied. The key point in investigation of this phenomenon is to find an appropriate frequency that can be collimated. This frequency obtained from Iso-frquency contours. We use plane wave expansion method to calculate Iso-frquency contours and Finite Difference Time Domain (FDTD) method with berenger boundary coundition to calculate the electric and magnetic fields and simulate the light propagation path. Results show that, by choosing an appropriate frequency, light is transferred from a point to another point through the photonic crystal without considerable waste in its intensity. In square lattice composed of dielectric rods with radius 0.35a and dielectric constant 11.56, the collimating frequency obtained 0.194c/a for TM polarization and 0.31c/a for TE polarization. The ratio of light intensity into the incident light in distances 10a, 20a and 30a obtained 0.9, 0.88 and 0.84 respectively, that shows high transmission of energy. Also with increasing the dielectric rods radius, collimating frequencies decrease and conversely. Line defects show good efficiency as beam splitter. The intensity of splitted beams changes with changes of defect radius. As though, in square lattice composed of dielecric rods with radius 0.35a, intensity ratio of two splitted beams into incident light is 0.43 and 0.38 for defect radius rd=0.25a and 0.56 and 0.15 for rd=0.15a, respectively. Different type of splitter has been studed, using semicouductor rods in defect, in wich the intensity of splitted beams is temperature dependent. Investigation of iso-frquency countors of the structure composed of elliptical rods show that the light propagation direction changes gradually by gradually rotating of elliptical rods. By using a large scale structure as large as 21a
QC
ملاپور، سلیم
بروستانی، جمال، استاد راهنما
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
