شبیه سازی و طراحی کاواک بلور فوتونی h0

بلورهای فوتونی دوبعدی تیغ ه‏ای بستر گسترده‏ ای برای ساخت مدارهای مجتمع فوتونی است. با ترکیب کاواک‏ ها و موجبرهای ریز و کم تلفات می‏ توان خطوط تاخیر، مدولاتور، فیلتر و لیزرهایی با بازده بالا برای پردازش سیگنال‏ های نوری ساخت. در این پایان‏ نامه یک کاواک با استفاده از بلور فوتونی دوبعدی تیغ ه‏ای طراحی و شبیه‏ سازی شد. روش تحلیل و شبیه‏ سازی‏ ها مبتنی بر روش سه بعدی تفاضل متناهی در حوزه زمان (3d-fdtd) است. هدف از طراحی کاواک، دست‏یابی به ضریب کیفیت زیاد و حجم مد کوچک بوده است. ضریب کیفیت زیاد و حجم مد کوچک باعث افزایش واکنش بین نور و ماده می‏ شود. همچنین به این دلیل که کاواک‏ ها عناصر انتخابگر طول‏ موج (یا فرکانس) هستند، ضریب کیفیت زیاد در کاواک‏ ها نشان دهنده قدرت انتخاب طول‏ موج (فرکانس) نیز است. این مشخصه‏ ها در لیزرها و c-qed‏ها نقش مهمی را ایفا می‏ کنند. c-qed مطالعه‏ ی برهمکنش بین نور محبوس شده درون یک کاواک با اتم یا ذره های دیگر تحت شرایطی که فوتون ها طبیعت کوانتومی دارند، است. برای رسیدن به ضریب کیفیت زیاد و حجم مد کوچک دو ساختار در این پایان‏ نامه بررسی شد. هر دو ساختار، کاواک بلور فوتونی تیغه‏ ای h0 می‏باشد. در ساختار اول بهبود ضریب کیفیت با تغییر شکل دادن دوحفره نزدیک به کاواک انجام شد. این تغییر در جهت کاهش حجم حفره استوانه‏ ای، از شکل دایروی به بیضوی انجام شد و ضریب کیفیت کاواک از 1.2x10^5 به 1.6x10^5 افزایش یافت در حالی که حجم مد از 0.24 به 0.22 کاهش یافت. در ساختار دوم، با ثابت نگه داشتن تمامی مقادیر ساختار اول، دو حفره دیگر (مجاور حفره‏ های نزدیک به کاواک) از شکل دایروی به بیضوی تغییر شکل داده شد. در این ساختار، تغییر شکل در جهت افزایش حجم حفره‏ های هوا انجام شد. ضریب کیفیت در این ساختار از 1.6x10^5 به 2x10^5 افزایش یافت. حجم مد تغییر چندانی نداشته و در محدوده0.22 بوده است. همچنین اثر جابجایی حفره‏ های سازنده کاواک بلور فوتونی تیغه‏ ای h0 بر طول موج تشدید و ضریب کیفیت بررسی شده است. در بررسی، یک رفتار غیر قابل پیش‏ بینی در طول موج تشدید مشاهده شد که این رفتار با تحلیل الگوی میدان الکتریکی در برش مقطعی تیغه، توجیه شد.