طراحی و شبیه سازی فیبر کریستال فوتونی به منظور کمینه کردن همزمان پاشیدگی و تلفات تحدید

در سال های اخیر سامانه های مخابرات فیبر نوری نقش بسیار چشم گیر و مهمی در شبکه های مخابراتی به عهده دارند. به طور پیوسته تحقیقات گسترده ای در زمینه بهبود عملکرد آن ها صورت می گیرد و همواره، روش ها و فن آوری هایی جدیدی معرفی می شوند. یکی از این فن آوری های جدید و مهم، ابداع فیبرهای کریستال فوتونی (pcf) است. این نوع فیبرها دارای ویژگی های منحصربه فردی از قبیل عملکرد تک مود وسیع، پاشیدگی رنگی انعطاف پذیر در محدوده طول موج گسترده، خاصیت غیرخطی قابل کنترل و اثر دوشکستی بالا است. برای سامانه های انتقال اطلاعات نوری، وجود فیبرهای کریستال فوتونی پاشیدگی تخت، در محدوده ی وسیع طول موج ضروری است. در فیبرهای کریستال فوتونی مرسوم با قطرحفره های هوای یکسان درناحیه غلاف، می توان شیب پاشیدگی را با کاهش نسبت بین اندازه حفره ها d و ثابت شبکه ?، کم کرد اما این امر باعث بالارفتن تلفات تحدید می شود. فیبرهای کریستال فوتونی را می توان به دو گروه اصلی فیبرهای هدایت نمایه و فیبرهای شکاف باند فوتونی تقسیم کرد. در این پایان نامه به منظور کاهش همزمان پاشیدگی و تلفات تحدید، چهار فیبر کریستال فوتونی هدایت نمایه پیشنهاد شده است. ساختار شبکه فیبرهای کریستال فوتونی پیشنهادی اول و دوم، مثلثی است. طراحی اول با 6 حلقه حفره هوا در طول موج 1.55µm پاشیدگی -0.000467ps/nm.km از خود نشان می دهد. طراحی دوم با 7 حلقه حفره هوا برای محدوده ی وسیع تری از طول موج ها (1.1-1.7 µm) مناسب بوده و پاشیدگی آن بین 2.3-2.35 ps/nm.kmاست. فیبر پیشنهادی سوم، ساختار شبکه مربعی و 5 حلقه حفره هوا دارد و منحنی پاشیدگی آن در محدوده ی وسیعی از طول موج ها بین -1 و2.6 ps/nm.km نوسان می کند. چهارمین فیبر کریستال فوتونی دارای ساختار هشت ضلعی با ناحیه مغزی ناخالص شده است. فیبرهای کریستال فوتونی هشت ضلعی به علت داشتن حفره های هوای بیشتر در ناحیه غلاف نسبت به فیبرهای کریستال فوتونی شش ضلعی مشابه، تلفات تحدید کمتری از خود نشان می دهند. در تمام طراحی ها، تلفات تحدید از مرتبه db/km6-10 یا 7-10 است. در فرآیند ساخت عملی فیبرهای کریستال فوتونی، نوسان حفره های هوا به خصوص در حلقه های درونی تر اجتناب ناپذیر است. از این رو در طراحی فیبرهای کریستال فوتونی، بررسی حساسیت منحنی های پاشیدگی و تلفات تحدید نسبت به خطای ساخت پارامترهای ساختاری فیبر، اهمیت ویژه دارد. برای طراحی های دوم و سوم خطای فرایند ساخت بررسی شده است. در مجموع، بهترین نتیجه به دست آمده مربوط به فیبر کریستال فوتونی با ساختار هشت ضلعی است. در این طرح، پاشیدگی در محدوده طول موج 1.25-1.65µm تغییراتی بین 0±0.1 ps/nm.km دارد و تلفات تحدید آن برای طول موج های کوچک تر از 1.65µm، کمتر از 7×10-7 db/km است. این طرح، با وجود پاشیدگی صفر فوق تخت و تلفات تحدید پایین در محدوده ی طول موج وسیع، محیطی ایده آل برای انتقال پهن باند در مخابرات است.