عنوان پایان‌نامه
تجزیه و تحلیل تقویت کننده های نوری کریستال فوتونی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-میدان
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 41880;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 1607
- تاریخ دفاع
- ۲۷ مرداد ۱۳۸۸
- دانشجو
- بنفشه اباسهل
- استاد راهنما
- محمود شاه آبادی
- چکیده
- چکیده در این پایان نامه، به فرمول بندی و شبیه سازی تقویت کننده های کریستال فوتونی مبتنی بر چاه های کوانتومی به عنوان محیط های فعال پرداخته شده است. در ابتدا، کریستال های فوتونی به عنوان محیط هایی که قابلیت کنترل سرعت گروه امواج نوری را دارند معرفی شده و با هدف طراحی کریستال های فوتونی، نمودار های پاشندگی آن ها محاسبه و در باره آن ها بحث خواهد شد. از سوی دیگر، چاه های کوانتومی چندگانه مورد مطالعه قرار خواهند گرفت زیرا محیط فعالی که در این کار در نظر گرفته شده این نوع چاه ها هستند. به این منظور، نحوه عملکرد و چگونگی توصیف آن ها با معادلات نرخ ارائه خواهد شد. به منظور مدل سازی محیط فعال با چاه های کوانتومی در فرکانس های نوری، در این جا یک فرمول بندی شبه کلاسیک پیشنهاد شده است که در آن با استفاده از بردار پوینتینگ، دسته معادلات نرخ و معادلات ماکسول به یکدیگر ارتباط داده خواهند شد؛ به طوری که در معادلات نرخ، چگالی فوتون های ایجاد شده در اثر تابش برانگیخته، و در معادلات ماکسول یک چگالی جریان حجمی فرضی، که معرف فوتون های تولید شده است، حضور پیدا می کنند. با استفاده از این فرمول بندی و بکارگیری روش مشتق گیری مکانی شبه طیفی و همچنین مشتق گیری زمانی Runge-Kutta، چندین نمونه از ساختار کریستال فوتونی فعال تحلیل شده اند. بر اساس این تحلیل ها، نشان خواهیم داد که سیگنال عبوری از یک تقویت کننده کریستال فوتونی تحت شرایطی که سرعت گروه سیگنال نوری کم است، بیشتر تقویت خواهد شد. به طور خلاصه باید گفت این مدل قابلیت پیش بینی رفتارهای تقویت کنندگی و نیز لیزری را در ساختارهای نوری فعال داراست.
- Abstract
- Abstract In this thesis, formulation and simulation of photonic-crystal optical amplifiers based on multi-quantum well (MQW) active regions has been presented. Firstly, photonic crystals as structures capable of controlling the group velocity of optical waves have been introduced. Then, with the purpose of designing photonic crystals, dispersion diagrams have been calculated and their basic features have been discussed. Secondly, since in this thesis MQWs are considered as active media, their physics and their rate equations have been studied. In order to model a MQW active region at optical frequencies, a semi-classical formulation have been proposed, where the rate equations and Maxwell’s equations have been interrelated by means of the Poynting vector. The formalism involves the stimulately emitted photon density in the rate equations and a virtual volume current density representing the generated photons in Maxwell’s equations. With the help of this formulation, we have then analyzed a number of active photonic-crystal structures. In order to solve the obtained equations, the involved spatial and temporal derivatives have been replaced by pseudo-spectral and Runge-Kutta’s formulations, respectively. According to these analyses, we have demonstrated that a signal passing through an amplifier showing a lower group velocity will experience a larger amplification. In summary, the proposed model is capable of estimating the amplification, as well as the lasing behavior of active optical structures.
