طراحی و تحلیل تقویت کننده رامان مبتنی بر ریزحلقه در بستر کریستال فوتونی

استفاده از پدیده رامان برای دست یابی به تقویت کننده های پالس سیگنال در طول موج های مخابراتی امروزه بسیار مورد توجه است. ظهور این پدیده غیرخطی نوری به توان بالای نور در داخل محیط رامان نیازمند است. افزایش چگالی توان پمپ توسط ساختارهای ریزحلقه به علت خاصیت تشدیدکنندگی ، می تواند توان پمپ ورودی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. کریستال های فوتونی نیز با امکان تحدید نور توسط گاف فوتونی و تمرکز نور در داخل محیط بهره رامان، میزان تلفات انتشاری و توان پمپ ورودی را کاهش می دهند. از سوی دیگر کاهش سرعت گروه در کریستال های فوتونی، زمان اندرکنش نور و ماده را افزایش می دهد و بهره رامان بزرگ تری را حاصل می کند. مزیت دیگر کریستال های فوتونی، انعطاف پذیری در طراحی به کمک تغییر پارامترهای هندسی برای بهبود عملکرد ساختار است. در این پژوهش تقویت کننده های رامانی طراحی می کنیم که با بهره گیری از مزایای ساختارهای ریزحلقه و کریستال های فوتونی، با توان پمپ ورودی اندک بهره رامان بزرگ، عرض باند تقویت بالا و نرخ بیت مناسب را هم زمان حاصل می کنند. نخست عملکرد تقویت کننده های رامان مستقیم را با استفاده از ساختار کریستال فوتونی و ساختار پیشنهادی کریستال فوتونی ترکیبی و بهره گیری از تغییر پارامترهای هندسی و استفاده از مواد اپتوفلوییدی تا حد امکان بهتر می کنیم و بهره رامان و عرض باند تقویت را افزایش می دهیم. سپس با بهره گیری از خواص کریستال فوتونی یک بعدی و دو بعدی، ساختارهای تقویت کننده رامان حلقوی را طوری طراحی می کنیم که مسیر ورود پمپ و سیگنال به ساختار متفاوت باشد. به این ترتیب با داشتن ضریب تزویج بحرانی برای پمپ، توان پمپ ورودی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهیم و پالس سیگنال بدون ایجاد نویز ناشی از تزویج از میان پمپ تقویت شده عبور می کند. از ساختارهای تقویت کننده مستقیم بهبود یافته در بخش اول در این بخش بهره می گیریم. افزایش تعداد حلقه ها با طراحی مناسب می-تواند عملکرد تقویت کننده رامان را به میزان قابل توجهی بهتر کند به طوری که با توان متوسط پمپ ورودی w 5/0 و طول تقویت µm 150، بهره رامان db 79/26 و عرض باند تقویت nm 33/10 حاصل شده است. برای شبیه سازی تقویت کننده رامان در این نوشته از معادلات ماکسول بهره می گیریم. سپس معادلات ماکسول را به روش تفاضل محدود در حوزه زمان fdtd)) دو بعدی و با شرایط مرزی جاذب لایه کاملاً منطبق pml)) و با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی جذب دو فوتونی، جذب حامل آزاد، کِر و مدولاسیون فاز خودی حل می کنیم.