تحلیل الکترواپتیکی مدولاتورهای نوری مبتنی بر ساختار تداخل سنج ماخ-زندر (mzi) و مشدد حلقوی بر روی زیر لایه ی inp

در دنیای امروز گسترش دستگاه های ارتباط جمعی و نیاز روز افزون جامعه ی بشری به برقراری ارتباطی متنوع، سریع و کم هزینه، از یکسو و سرعت و پهنای باند گسترده ی ادوات نوری از سویی دیگر، سبب توسعه ی سیستم های مخابرات نوری شده است. لذا طراحی، شبیه سازی و ساخت ادوات نوری بیش از پیش مورد توجه محققان در این عرصه قرار گرفته است. مدولاتورهای نوری هم به عنوان جز لاینفک سیستم های مخابرات نوری وظیفه مدوله سازی سیگنال پیام بر روی سیگنال نوری را بر عهده دارد. تا کنون انواع مختلفی از مدولاتورهای نوری طراحی و ساخته شده اند. مدولاتورهای میکروحلقه که از موادی نظیر سیلیکون، پلیمر و مواد iii-v ساخته می شوند دارای ولتاژ کلیدزنی پایین ابعاد میکرومتری و نسب جدایی (er ) بالا می باشند، اما پهنای باند زیادی را برای ما تامین نمی کنند، ولی در عوض مدولاتورهای مبتنی بر تداخل سنج ماخ-زندر (mzi ) که از موادی نظیر سیلیکون، پلیمر، لیتیوم نایوبیت، گالیم آرسناید و اینیدیم فسفاید ساخته می شوند، پهنای باند وسیع و تلفات اندکی دارند ولی ولتاژ کلیدزنی بالا و ابعاد میلیمتری آنها، استفاده از این نوع مدولاتورها را در مدارات مجتمع نوری با محدودیت مواجه کرده است. در این پایان نامه سه نوع مدولاتور الکترواپتیکی مبتنی بر mzi، مشدد حلقوی و بلور فوتونی بر روی زیر لایه ی inp طراحی و شبیه سازی شده است. در این روش با توجه به محدودیت های سخت افزاری که در تحلیل سه بعدی مدولاتور وجود دارد سعی شده ابتدا در سطح مقطع عرضی با حل معادلات پواسن و پیوستگی، تغییرات غلظت حامل ها و میدان الکتریکی استخراج گردد و ضریب شکست موثر محاسبه شود. سپس تغییرات ضریب شکست موثر به سطح مقطع طولی برای حل معادلات ماکسول و محاسبه ی پارامترهایی نظیر انتشار نور، انتقال و پهنای باند مورد استفاده واقع شود. مدولاتور mzi طراحی شده دارای طولی معادل با 2 mm و ولتاژ کلیدزنی-4.5 v می باشد. در ساختار ارائه شده برای مدولاتور مبتنی بر مشدد حلقوی که دارای ابعادی در حدود 20*17 um2 می باشد با ولتاژی معادل با -7 v به نسبت تفکیک 50 db و پهنای باندی برابر با 115 ghz در پنجره ی 1.55 um می توان دست یافت. نتایج شبیه سازی مدولاتور مشدد حلقوی مبتنی بر بلور فوتونی حاکی از آن است که مدولاتور مذکور با ابعادی معادل با 10.25*10 um^2 و ولتاژ -7 v توانسته نسبت تفکیک 48 db و پهنای باندی بیش از 1 thz را ارائه دهد.