Skip to main content
SUPERVISOR
Abolghasem Zeidaabadi Nezhad,Amir Borji
ابوالقاسم زیدابادی نژاد (استاد مشاور) امیر برجی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fatemeh Fani Sani
فاطمه فانی ثانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Electromagnetic Analysis of 2D Photonic Band-Gap Waveguides
During the past few decades applications of photonic crystals have been rapidly expanding. Photonic crystals are periodic dielectric or metallic structures that are designed to control and manipulate the propagation of light. As in normal crystal lattice where the periodic arrangement of atoms lead to energy band-gap, the periodic distribution of dielectric or metallic inclusions creates frequency ranges in which propagation of electromagnetic waves is rohibited. It means the wave whose frequency falls within the band gap, regardless of its wave number, exponentially decays in photonic crystal. The properties which control the behavior of light become photonic crystal be widely used in future optical circuits and devices such as modulators, optical couplers, semi-conductor lasers, and filters and so on. The aim of this thesis is to specify the properties and band diagram of photonic waveguides. At first the characteristics of two dimensional (2D) photonic crystals in the polarization of TE and TM are obtained. It is denoted that the band structure depends on the specific geometry and composition of the photonic crystal such as the lattice size, the shape and size of lattice elements, and the contrast in refractive index. Various analytical or computational techniques have been developed to formulate the electromagnetic scattering, guiding, and coupling problems in periodic structures. We apply Plane-Wave Expansion (PWE) method to modeling the properties of photonic crystals and related optical devices. In PWE method, Maxwell's equations are transformed into the eigenvalue problem from which dispersion characteristics of the periodic structure are extracted. Calculating photonic band structures of periodic systems containing dispersive and highly absorptive material which has frequency dependent dielectric function with or without imaginary part, led to the generalize eigenvalue problem. To calculate the photonic band structure of these systems we employ a standard linearization technique which solves the general nonlinear eigenvalue problem by diagonalization of an equivalent, enlarged matrix. The use of complex dielectric function results in complex frequencies that the imaginary part determines the lifetime of the wave. Even though 3D photonic crystals can have complete band gaps and can confine light in all three dimensions but the hardship of their fabrication led to use of simple struct Keywords: Photonic crystal, Photonic Band Gap, Plane-Wave Expansion (PWE), Supercell.
کاربرد بلورهای فوتونی در طول دهه ی گذشته به سرعت در حال گسترش بوده است. بلور فوتونی در مقایسه با شبکه بلور معمولی که بصورت آرایه ای از اتم ها ساخته می شود، به کار می رود. توزیع تناوبی عایق ها در مکان که همان بلور فوتونی است همانند چیدمان منظم اتم ها در بلور معمولی که باعث ایجاد گاف انرژی می شود، محدودة فرکانسی ایجاد می کند که در آن انتشار امواج الکترومغناطیسی امکان پذیر نیست. به این ناحیه گاف فوتونی گفته می‌شود. در گاف فوتونی هیچ مودی نمی تواند منتشر شود به عبارت دیگر اگر موج منتشر شده در بلور فوتونی دارای فرکانسی در گاف فوتونی باشد بدون در نظر گرفتن عدد موج آن، این موج در بلور فوتونی به صورت نمایی میرا می شود. این خاصیت گاف فوتونی در ساخت بسیاری از ادوات نوری مانند مدولاتورها، کوپلرها، فیلترهای طول موج، مواد جاذب و غیره استفاده می شود. در این پایان نامه هدف تحلیل موجبرهای مبتنی بر گاف فوتونی است. برای این منظور ابتدا به تشریح بلورهای فوتونی دو بعدی می پردازیم و نمودارهای پاشندگی بلور فوتونی دو بعدی از عناصر عایق و یا فلزی را برای پلاریزاسیون های TE و TM ارائه می کنیم. بدست آوردن منحنی های پاشندگی بلورهای فوتونی دو بعدی با ضریب نفوذپذیری الکتریکی مستقل از فرکانس با استفاده از روش PWE انجام می شود. در روشPWE با بسط فوریه میدان های الکتریکی یا مغناطیسی و ضریب نفوذپذیری الکتریکی و قرار دادن آنها در معادلات ماکسول به همراه شرایط مرزی متناوب، به حل یک مسئله مقدار ویژه پرداخته می شود. مشاهده می شود که اندازه و شکل عناصر در بلور فوتونی و همچنین نسبت ضریب نفوذپذیری الکتریکی عایق ها به پس زمینه، در اندازه گاف فوتونی و فرکانس های ابتدا و انتهای آن تأثیرگذار است. در نظر گرفتن عناصر پاشنده مانند عناصر فلزی یا نیمه هادی در بلور فوتونی، به عبارتی در نظر گرفتن ضریب نفوذپذیری الکتریکی وابسته به فرکانس، باعث ایجاد منحنی های پاشندگی متفاوت و جالبی می شود. برای مدل کردن ضریب نفوذ پذیری الکتریکی بلور فوتونی با عناصر فلزی تقریب Drude که برای توضیح رفتار فلز در محدوده وسیعی از فرکانس ها است به کار گرفته می شود. فرمول بندی PWE برای در نظر گرفتن تلفات در ضریب نفوذ پذیری الکتریکی فلزی با آنچه برای ضریب نفوذ پذیری الکتریکی فلزی بی اتلاف فرمولبندی می شود، متفاوت است. تلفات در ضریب نفوذ پذیری الکتریکی موجب بوجود آمدن باندهای فرکانسی مختلط می شود ونشان داده می شود که برای تلفات کم، قسمت حقیقی نمودار پاشندگی با حالت بی اتلاف تقریباً مشابهند. مشابه قسمت موهومی عدد موج که متناسب با ضریب تضعیف است، قسمت موهومی فرکانس را می توان به عنوان طول عمر بیان کرد. مسئله بدست آوردن منحنی‌های پاشندگی برای محیط پاشنده با اتلاف نمی‌تواند به فرم حل یک مسئله مقدار ویژه استاندارد در آید بلکه به یک مسئله مقدار ویژه غیر خطی تعمیم یافته مبدل می‌شود. استفاده از روش خطی سازی منجر به قطری کردن ماتریس معادل بزرگتر با مقادیر ویژه مختلط می‌شود. کلمات کلیدی 1-بلور فوتونی 2-گاف فوتونی 3-روش PWE 4-موجبربا دیواره تناوبی 4-نمودار پاشندگی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی