Skip to main content
SUPERVISOR
Zaker hossein Firoozeh,Abolghasem Zeidaabadi Nezhad
ذاکرحسین فیروزه (استاد مشاور) ابوالقاسم زیدابادی نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Behnam Saghirzadeh darki
بهنام صغیرزاده دارکی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389
Magneto-photonic crystals (MPCs) are formed when magnetic materials are introduced into photonic crystal structures. It has been shown that MPCs can greatly enhance the magneto-optical (MO) responses such as Faraday rotation and Kerr rotation of an available MO material. The MO bulk materials cannot provide the required responses along with the essential micro dimensions of the integrated photonics. That's why MPCs have received great attentions in their two-decade-old history. The large MO enhancement in MPCs makes them attractive for realizing nano-sized film-type optical devices such as isolators, circulators, magnetic field sensors, MO spatial light modulators and so on, for use in the integrated photonics. Almost all of the theoretical studies on the one-dimensional (1D) MPCs, which are the scope of this thesis, are exclusively carried out using the transfer matrix methods (TMM). The TMM is an exact method but provides little insight into the fundamentals of the performance of MPCs. In fact, the matrix approach provides only exact numerical results and no analytic formulation of the responses, according to the variables of the system, is presented. Almost all of the MPC structures offered to meet some specific features have been designed utilizing trial and error or iterative techniques along with the TMM to evaluate the responses. Therefore introducing an analytical method for investigation and design of MPCs has been interesting. Moreover, the few efforts which have been made so far to introduce an analytical approach to investigate the 1D MPCs, suffer from many restrictions. In this thesis, we introduce an approach based on the temporal coupled mode theory (CMT) to investigate the 1D MPCs. Unlike the TMM, the proposed analytic method provides formalism of the responses and does not suffer from the restrictions of the other analytic methods. Hence, the proposed method is promising for the accurate analysis and the design of MPCs. Utilizing the method, an explicit comprehensive procedure is presented for synthesizing an MPC to generate any desired performance at the central frequency. In order to generate the desired performances precisely and by short structure, a kind of MPC heterostructures is introduced and used in the design process. Meanwhile, the capability of asymmetric structures in the synthesis of MPCs, especially in reducing the structure length relative to the symmetric structures is investigated. Finally, by utilizing the presented analytic approach, we design MO wide-band structures by taking advantage of multiple-cavity MPCs. A procedure is presented for the design of wide-band structures by utilizing the coupled mode equations and taking advantage of the MPC heterostructures. Consequently, wide-band MPCs with flat spectra for the responses including Faraday rotation are presented. The presented structures have few magnetic layers relative to wide-band MPCs introduced by other groups. Keywords: Magneto-photonic crystals; Faraday rotation; Magneto-optics; Coupled mode theory; Transfer matrix method; Synthesis; Band-width
بلور فوتونی مغناطیسی (MPC) گونه ای از بلورهای فوتونی است که در ساختار آن از مواد مغناطیسی استفاده می شود. چنین ساختاری قادر است به وسیله ایجاد تشدیدهای اپتیکی، اثرات مغناطواپتیکیِ مواد سازنده نظیر چرخش فاراده و چرخش کِر را به میزان زیادی افزایش دهد. امروزه MPCها به دلیل نشان دادن اثرات مغناطواپتیکی خطی و غیر خطیِ چشم گیر به ازای طول های از مرتبه ی میکرومتر، یکی از بهترین نامزدها برای استفاده در مدارهای مجتمع به عنوان جایگزین مواد مغناطـواپتیکی حجمـی (با طـول های از مرتبه میلیمتر) هستند. این ویژگی موجب شده که با توجه به کاربردهای گوناگون اثرات مغناطواپتیکی در طراحی افـزاره های مداری از قبیل جداسازها، چرخاننده ها و حسگرهای میدان مغناطیسی، MPCها با عُمری حدود دو دهه، جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص دهند. اکثریت مطلق مطالعات نظری انجام شده روی MPCهای یک بعدی، که موضوع این رساله است، به وسیله روش ماتریس انتقال (TMM) انجام شده است. روش ماتریسی، روشی دقیق است اما درک زیادی در مورد عملکرد ساختار و ارتباط بین متغیرها و پاسخ ها فراهم نمی کند. به عبارتی این روش تنها نتایج عددی دقیق را فراهم می کند و هیچ گونه فرمول بندیِ تحلیلی از نتایج برحسب متغیرها به دست نمی دهد. بسیاری از ساختارهای مبتنی بر MPC که تا به امروز برای مقاصد خاصی پیشنهاد شده اند، با به کارگیری روش های سعی وخطا یا تکرار در کنار TMM و برمبنای بررسی های کیفی، طراحی شده اند و روند طراحی خاصی را طی نمی کنند. از این رو کمبود یک روش تحلیلی برای بررسی و طراحی MPCها کاملا محسوس است. به علاوه، اندک تلاش های انجام شده برای ارائه روابط تحلیلی حاکم بر MPCها که تا به امروز صورت گرفته اند، خود دارای محدودیت های زیادی هستند. از این رو ما در این رساله، روند جدیدی مبـتنی بر نظـریه ی مُدهای جفـت شده (CMT) وابسته به زمان، به منظور ارائه یک روش تحلیلی بدون محدودیت های روش های پیشین، معرفی می کنیم. برخلاف TMM که یک روش عددی است، روش ارائه شده روابطی تحلیلی از پاسخ ها برحسب متغیرهای ساختار ارائه می دهد و در نتیجه، امکان تحلیل دقیق عملکرد و نیز طراحی MPCها را فراهم می کند؛ از این رو در این رساله، از روش ارائه شده برای تحلیل و طراحی MPCهای متقارن و نامتقارن بهـره می گیریم. به منظـور طـراحیِ روش مندِ MPCها با استفاده از روش تحلیلیِ ارائه شده، یک روند صریح برای سنتز MPCها به منظور ایجاد یک عملکرد دلخواه در فرکانس مرکزی معرفی می کنیم. در جهت تحقق عملکردهای مورد نظر به صورت دقیق و به وسیله ساختارهای با طول منـاسب، گونه ای از MPCها با ساختار آمیخته را معرفی کرده و در طراحی به کار می گیریم. در این حین، تاثیر استفاده از ساختارهای نامتقارن در سنتز MPCها به خصوص در کاهش طول ساختار (نسبت به ساختارهای متقارن) برای تحقق یک عملکرد مشخص را مشـاهده می کنیم. در پایان با بهره گیری از روند تحلیلی ارائه شده، مبادرت به طراحی ساختارهای مغناطواپتیکی پهن باند با استفاده از MPCهای چندکاواکی می کنیم. در این راستا، با استفاده از روابط مدهای جفت شده و بهره گیری از MPCهای آمیخته، روشی برای تحقق یک عملکرد پهن باندِ مطلوب ارائه می دهیم. به این ترتیب MPCهای پهن باند با طیف هموار برای پاسخ های ساختار از جمله چرخش فاراده، معرفی می کنیم که دارای تعداد لایه های مغناطیسی اندک و طول مناسب نسبت به MPCهای پهن باند معرفی شده در مطالعات پیشین است. کلمات کلیدی: بلور فوتونی مغناطیسی؛ چرخش فاراده؛ مغناطواُپتیک؛ نظریه ی مُدهای جفت شده؛ روش ماتریس انتقال؛ سنتز؛ پهنای باند

ارتقاء امنیت وب با وف بومی

100%