بررسی تزویج نوری میکروکاواک با موجبر خطی در یک بلور فوتونی دو بعدی

بلورهای فوتونی به دلیل توانایی بی نظیر در کنترل خواص نوری، توجه زیادی را در هر دو حوزه مفاهیم فیزیکی و کاربردهای عملی به خود معطوف کرده اند. کاواک ها و موجبرها که از اجزای اصلی مدارهای نوری ساخته شده بر پایه بلورهای فوتونی هستند، حاصل اعمال نقص های کنترل شده در بلورهای فوتونی می باشند. یک کاواک بلور فوتونی با اعمال نقص نقطه ای و یک موجبر نوری بلور فوتونی با اعمال نقص خطی در ساختار شبکه بلور حاصل می شوند. علاوه بر این در سال 1999 موجبر جدیدی به نام موجبر کاواک های تزویج شده معرفی گردید؛ مکانیسم موجبری در این دسته از موجبرها بر تزویج ضعیف بین کاواک های با فاکتور کیفیت بالا، که بطور متناوب در ساختار بلور فوتونی ایجاد شده اند، استوار بود. سیستم های نوری مبتنی بر ترکیب موجبرها و کاواک ها از شاخه های مهم تحقیقاتی در بلورهای فوتونی محسوب می شوند. هر چند ساختارهای کاواک-موجبر کاربردهای زیادی در مدارهای نوری دارند، اما ممکن است عملکرد این مدارها توسط بازده تزویج بین کاواک و موجبر محدود شود. در این پژوهش تزویج نوری بین کاواک و موجبر، با هدف بهبود بازده تزویج مورد بررسی قرار گرفت. تمامی محاسبات مربوط به ساختار باند بلورهای فوتونی، توسط بسته نرم افزاری mpb و شبیه سازی های مربوط به محاسبه توزیع میدان، فاکتور کیفیت و در نتیجه بازده تزویج توسط بسته نرم افزاری meep انجام گرفته است. در این پایان نامه تزویج نوری دو نوع ساختار کاواک-موجبر بلورهای فوتونی دو بعدی با تقارن شبکه مربعی، به صورت تئوری مورد مطالعه قرار گرفت. ابتدا تزویج نوری بین یک کاواک مشدد و یک موجبر نقص خطی بررسی شد. در این مورد با تغییرات جزئی در ساختار موجبر بلور فوتونی بازده تزویجی بالاتر از 95% حاصل شد. هر چند این بازده از نظر تئوری بسیار ایده ال بود اما چون تطابق فرکانسی بین مد کاواک و منحنی پاشندگی موجبر در لبه های نوار بریلوئن حاصل می شد، این نتیجه از نظر کاربردی مطلوب نبود. بررسی موجبر کاواک های تزویج شده نشان داد که این موجبرها سرعت گروه کمتر و در ناحیه بردار موجی وسیع تر را نسبت به موجبر نقص خطی بدست می دهند و در نتیجه می توانند انتخابی مناسب جهت تزویج با کاواک های مشدد باشند. پس به عنوان دومین ساختار کاواک-موجبر، تزویج نوری بین یک کاواک مشدد و یک موجبر کاواک های تزویج شده مورد مطالعه قرار گرفت. شبیه سازی های عددی نشان داد که اگر کاواک مشدد و کاواک های سازنده موجبر مانند هم باشند، بازده تزویج بهینه خواهد شد؛ زیرا تطابق فرکانسی مناسب و در ناحیه بردار موجی وسیع بین مد کاواک و منحنی پاشندگی موجبر اتفاق خواهد افتاد. این نتیجه از نظر تحقیقات کاربردی حائز اهمیت است.