تحلیل و شبیه سازی ساختار فیبر کریستال فوتونی

فناوری کریستال فوتونی از پدیده های جدید در ساخت فیبرهای نوری است. یکی از این کاربردهای آن ساخت فیبر کریستال فوتونی است. در واقع این نوع فیبر از یک تک ماده در مغزی و غلاف ساخته شده که درغلاف، حفره ها در امتداد محور فیبر در اطراف مغزی به طور منظم یا نامنظم قرار گرفته اند . این فیبر برای نخستین بار در سال 1996 در دانشگاه bathتوسط j .c .knightو همکارانش ساخته شد. مهم ترین خواص این فیبر ها عبارتند از : موجبری تک مد با باند پهن فیبرهای کریستال فوتونی، داشتن یک و یا چند نوار ممنوعه انرژی است که در جهت و بسامد خاصی نور را از خود عبور نمی دهد، پاشیدگی قابل تنظیم و حتی پاشیدگی صفر و منفی را نام برد، عملکرد تک مد در بازه وسیعی از طول موج ها . برای بررسی و تحلیل فیبر حفره دار ابتدا باید مشخصات هندسی حفره ها کاملا" مشخص باشد. در فیبر حفره دار دو مشخصه برای فیبر وجود دارد: قطر حفره ها و فاصله بین حفره ها. نسبت این دو درصد وجود هوا در غلاف فیبر را نشان می دهد و از آن به عنوان کسر پر شدگی هوا نام برده می شود. برای داشتن نوار ممنوعه این درصد باید بالا باشد. در این پایان نامه به طور کلی روش های مختلف تحلیل فیبرهای کریستال فوتونی مورد بحث و بررسی قرار می گیرند. این روش ها از لحاظ محدوده کاربرد، میزان دقت، پیچیدگی پیاده سازی و کارآمدی در مدل سازی فیبرهای کریستال فوتونی بررسی و مقایسه می گردند. سپس، روش ضریب شکست موثر را به عنوان ابزاری مناسب برای بررسی کلی فیبر و درک گستره تلفات یا ضریب شکست انتخاب می کنیم. و بر این اساس نتایج قابل توجهی حاصل شده و با نتایج بدست آمده از سایر روش ها مورد مقایسه قرار گرفته است. هدف این پایان نامه تحلیل و شبیه سازی ساختار فیبرهای کریستال فوتونی و پارامترهای آن بوده که به روش ضریب شکست موثر انجام شده چون این روش اطلاعات کاملی در مورد ساختار و پارامتر های مهم فیبر به ما خواهد داد. هم چنین در تمامی شبیه سازی ها، فاصله بین حفره ها 2.3µm ثابت در نظر گرفته شده است و قطر حفره ها با توجه به پارامترهای مورد شبیه سازی شده متغیر هستند. در ابتدا ما یک شکل (برش عرضی شبکه فیبر کریستال فوتونی ) را در نظر میگیریم و بعد با یک سلول شش ضلعی با دایره تقریب می زنیم که با نرم افزار comsol شکل را شبیه سازی می کنیم سپس فیبر کریستال فوتونی را با یک فیبر ضریب پله ای معادل سازی می کنیم و در ادامه با نرم افزار matlab مقادیر مختلف ضریب شکست را برای طول موج های مختلف شبیه سازی و ضریب شکست ماده بدون پاشیدگی و با پاشیدگی ماده سیلیکا را شبیه سازی و مقایسه میکنیم. سپس بسامد قطع نیز برای فیبر کریستال فوتونی حساب خواهد شد و انواع پارامترهای فیبر اعم از : پاشیدگی ، پاشیدگی موجبر، پاشیدگی رنگی، گشودگی عددی و اندازه لکه شبیه سازی خواهند شد. و در پایان انواع تلفات فیبر که شامل : تلفات اتصال و تلفات خمشی است در طول موج های مختلف، برای فیبرهای کریستال فوتونی بررسی خواهند شد. هم چنین با تغییر پارامترهای هندسی فیبر مثل اندازه حفره و می توان پاشش را به صفررساند. با افزایش اندازه حفره پاشیدگی کل، افزایش می یابد. بنابراین پاشش غیر عادی فیبرهای کریستال فوتونی نتیجه طبیعی هندسه فیبر است. در بررسی انواع تلفات در این نوع فیبرها دریافتیم که هندسه فیبر مهم ترین پارامتر در تعیین تلفات در فیبرهای کریستال فوتونی است.