بررسی تاثیر نوع شبکه و هندسه میله ها روی پدیده خودموازی سازی نور در یک بلور فوتونی دوبعدی

چکیده در سال های اخیر بلورهای فوتونی به خاطر خواص جالبشان در کنترل انتشار امواج الکترومغناطیسی توجه زیادی را جلب کرده اند. به طوری که از آنها در ساخت قطعات فوتونی خصوصا در مدارهای مجتمع فوتونی استفاده های زیادی شده است. کاربردهای بلور فوتونی به دو عامل وجود گاف در ساختار نواری فوتونی و پاشندگی تنظیم پذیر در داخل بلور بلور فوتونی بستگی دارد. عامل اول طراحی موجبر ها و فیلترهای فرکانسی را ممکن می سازد و عامل دوم، باعث ایجاد پدیده های مرتبط با پاشندگی در بلورهای فوتونی است. در سال های اخیر پدیده های مرتبط با پاشندگی در بلورهای فوتونی مورد توجه قرار گرفته اند. از جمله این پدیده ها می توان به شکست منفی، پدیده ابر منشور و خودموازی سازی اشاره کرد. خودموازی سازی پدیده ای است که نور یا موج الکترومغناطیسی پس از ورود به داخل بلور فوتونی، به صورت موازی و بدون پراش قابل توجهی منتشر می شود. در این پایان نامه، پدیده خودموازی سازی نور در بلورهای فوتونی دوبعدی مورد مطالعه قرار گرفته است. نکته مهم در بررسی این پدیده، اتنخاب یک فرکانس مناسب است که شرایط لازم برای موازی شدن را داشته باشد. این فرکانس از کنتورهای هم فرکانسی به دست می آید. برای محاسبه کنتورهای هم فرکانسی، از روش عددی بسط موج تخت و برای محاسبه میدان ها و شبیه سازی مسیر انتشار نور، از روش تفاضلات محدود در حوزه زمان با شرط مرزی برنگر استفاده کرده ایم. نتایج نشان می دهند که با انتخاب یک فرکانس مناسب، نور توسط بلور فوتونی از یک نقطه به نقطه دیگر انتقال داده می شود، بدون اینکه اتلاف قابل توجهی در شدت آن بوجود آید. در شبکه مربعی از میله های دی الکتریک با شعاع a35/0 و ثابت دی الکتریک 56/11، فرکانس موازی شونده برای قطبش tm، c/a196/0 و برای قطبش te، c/a31/0 محاسبه شده است. نسبت شدت نور به شدت نور ورودی در فواصل 10، 20، 30 برابر ثابت شبکه، به ترتیب 9/0، 88/0 و 84/0 به دست آمده است که نشان دهنده انتقال بالای انرژی است. همچنین با افزایش شعاع میله های دی الکتریک، مقادیر فرکانسهای موازی شونده، کوچکتر می شوند و بر عکس. نقص های خطی کارایی خوبی به عنوان شکافنده نور موازی شده، نشان می دهند. شدت پرتوهای شکافته شده با تغییرات شعاع نقص خطی، تغییر می کنند به طوریکه در شبکه مربعی از میله های دی الکتریک با شعاع a35/0، به ازای شعاع نقص a25/0 r_d=، نسبت شدت پرتوهای شکافته شده به شدت نور فرودی، 43/0 و 38/0 و به ازای a15/0 r_d=، به ترتیب 18/0 و 56/0 به دست آمده است. با به کار بردن میله هایی از جنس نیمرسانا در ساختار شکافنده، نوع متفاوتی از شکافنده نور بررسی شده است که در آن شدت پرتوهای شکافته شده، وابسته به دماست. بررسی کنتور های کنتور های هم فرکانسی در ساختار متشکل از میله های دی الکتریک بیضی شکل نشان می دهند که با چرخش تدریجی میله های دی الکتریک، جهت انتشار نور نیز به صورت تدریجی تغییر می کند. با انتخاب یک ساختار بزرگ مقیاس در ابعاد a21× a71و چرخش تدریجی میله ها به میزان 90 درجه، نور در مسیر سهمی شکل حرکت می کند. بررسی شبکه مستطیلی نشان می دهد کنتور های هم فرکانسی در شبکه مستطیلی در مقایسه با شبکه مربعی، شکل کاملا متفاوتی دارند. در شبکه مستطیلی با ثابت های شبکه a و a2=b، و با میله های دایره ای شکل، نور موازی شونده، در یک راستا منتشر می شود اما در راستای عمود بر آن، وارد ساختار نمی شود و به یک ناحیه باریک محدود می شود. به عبارت دیگر، در شبکه مستطیلی، خودموازی سازی فقط در یک جهت روی می دهد. همچنین، فرکانس های واقع در نوار دوم، علیرغم موازی شدن، به میزان کمی در داخل ساختار پخش می شوند.