بررسی موجبرهای نوری در کریستالصهای فوتونی به روشFDTD
First Statement of Responsibility
/اکبر مولایی
.PUBLICATION, DISTRIBUTION, ETC
Name of Publisher, Distributor, etc.
: فیزیک
NOTES PERTAINING TO PUBLICATION, DISTRIBUTION, ETC.
Text of Note
چاپی
DISSERTATION (THESIS) NOTE
Dissertation or thesis details and type of degree
کارشناسی ارشد
Discipline of degree
حالت جامد و الکترونیک
Date of degree
۱۳۸۹/۱۱/۲۵
Body granting the degree
تبریز
SUMMARY OR ABSTRACT
Text of Note
در سالصهای اخیر بلورهای نوری به خاطر خواص جالبشان در کنترل انتشار امواج الکترومغناطیسی مورد توجه زیادی قرار گرفتهصاند .به طوریکه از آنصها در ساخت قطعات نوری خصوصا در مدارهای مجتمع نوری استفادهصهای زیادی شده است .بلورهای نوری، ساختارهای دیصالکتریک متناوب هستند که بطور مصنوعی ساخته میصشوند و در تشابه با نیمهص هادیها دارای یک ناحیه ممنوعه فرکانسی میصباشند که نوار گاف فوتونی نامیده میصشوند .خواص جالب بلورهای فوتونی ناشی از وجود همین ناحیه ممنوعه فرکانسی است .هرگاه تناوب ضریب دیصالکتریک در دو جهت باشد بلور فوتونی دو بعدی است، که از یک سری میلهصهای دیصالکتریک که در یک زمینهصی دیصالکتریک با ضریب دیصالکتریک متفاوت قرار داده شدهصاند تشکیل یافته است .با ایجاد نقص در بلور فوتونی که به معنی برهم زدن تناوب ساختار است، میصتوان مدهای منتشر شوندهصای را در گاف فرکانسی ایجاد کرد .یک نوع از این نقصصها نقص خطی است که از تغییر پارامترهای فیزیکی یک ردیف از میلهصهای دیصالکتریک بدست میصآید .متداولصترین کاربرد این نقصصهای خطی استفاده از آنها به عنوان موجبرهای بلور فوتونی میصباشد .با ایجاد یک نقص خطی مدی درون نوار ممنوعهصی فرکانسی ظاهر میصشود که به آن مد موجبری گفته میصشود .در این پایانصنامه با استفاده از روش تفاضلات محدود در حوزه زمان FDTD انتشار امواج الکترومغناطیسی در درون موجبرهای بلور فوتونی با استفاده از نرم افزار Rsoft مورد مطالعه قرار گرفته است .همچنین میزان عبور امواج الکترومغناطیسی از این موجبرها با استفاده از این روش محاسبه شده است .سپس از روش ابر سلول بر پایه بسط موج تخت ساختار نوار برای بلورهای فوتونی دو بعدی شامل نقص خطی محاسبه شده است .تغییرات مد موجبری و میزان عبور امواج الکترومغناطیسی برای یک بلور فوتونی دو بعدی، با شبکه مربعی و مثلثی، مورد بررسی قرار گرفته است .در هر دو شبکه مربعی و مثلثی میلهصها هندسه دایروی یا مربعی داشته، و در این ساختارها خط نقص با تغییرات اندازه میله ها ایجاد شده است .نتایج نشان میصدهد که میزان عبور امواج الکترومغناطیسی و پهنای مد موجبری به نوع شبکه، هندسه میله ها و مشخصات نقص بستگی دارد .یکی دیگر از ساختارهایی که میزان عبور امواج الکترومغناطیسی در آن مورد بررسی قرار گرفته است، موجبر بلور فوتونی خمیده ۶۰ درجه با آرایه مثلثی از حفرهصهای هوا در یک زمینه سیلیکون است .نتایج نشان میصدهد که با ایجاد تغییراتی در قسمت تیزی خمیدگی میصتوان پهنا و میزان عبور امواج الکترومغناطیسی را بهبود بخشید .برای بیان کاربردی دیگر از موجبرهای بلور فوتونی که از یک شبکه مربعی با میلهصهای سیلیکون در زمینه هوا ساخته شده است، اندازه شعاع یک ردیف از میله ها به طور متناوب بزرگ و کوچک شده است .محاسبات نشان می دهد که در این حالت بازه خاصی از فرکانس های مد موجبری فیلتر شده است
Text of Note
In recent years, photonic crystals have attract lots of attentions, because of their interesting properties to control the propagation of electromagnetic waves. Hence, they have been used to fabricate optical devices especially, optical integrated circuits. Photonic crystals are periodic arrangement of layers with different raffractive indices which are made artificially. In analogy with semiconductors, they have frequency band gaps, named photonic band gap and it is the cause of interesting properties of photonic crystals. When the periodicity of the reffractive index of layers is in two directions, the photonic crystal named two dimensional. The two dimensional photonic crystals are constructed from dielectric rods positioned in a dielectric background medium which its reffractive index is diffrente from the refractive index of rods. By creating a defect inside the photonic crystal, the periodicity of the structure is removed and so the defect mode is created inside the frequency band gap. One kind of these defects is the linear defect which is obtained by changing the physical parameters of a line of dielectric rods. The most common application of these linear defects is the photonic crystals waveguides and their corresponding modes named waveguide mode. In this thesis, by using the finite difference time domain method propagation of electromagnetic waves in the photonic crystal waveguides has been studied. Also, by using this method the rate of electromagnetic transmission has been calculated. Then, by using the super cell method which is based on plane wave expansion method, we have calculated the two dimensional photonic crystal band structure with line defect.The variation of guided mode and the rate of electromagnetic waves transmission for a two dimensional photonic crystal, with square and triangular lattice, is investigated. In both of square and triangular lattice, the rods have circular or squre geometry. In these structures, the line defect is created by varying the magnitude of the rodes. The results show that the transmission rate of electromagnetic waves and the width of the guided mode, is depending on the type of the lattice, geometry of the rods and the defect characteristic.The transmission rate is also investigated in a photonic crystal waveguide 60 degrees bend, with triangular array of air holes in the silicon background. Results show that it is possible to optimize the width and the rate of electromagnetic waves, by changing the sharp part of the bend.To express another application of the photonic crystal waveguide, which is made of square lattice with silicon rods in air background, the magnitude of the radius rods of the line defect increases and decreases alternately. In this case, the calculation shows that the specific frequency range of guided mode has been filtered