Bộ lọc định tuyến kênh sử dụng lỗ khuyết đơn trong phiến dẫn sóng tinh thể quang tử 2d

Mục Lục DANH MỤC HÌNH VẼ TTQ LỜI MỞ ĐẦU Với phát triển vô mạnh mẽ công nghệ thông tin nói chung kỹ thuật viễn thông nói riêng, nhu cầu dịch vụ viễn thông phát triển nhanh tạo áp lực ngày cao việc dung lượng thông tin ngày tăng lên Và việc chế tạo áp dụng thành công việc truyền tin tính chất quang xem thành công lớn nhà khoa học Tuy mạng thông tin quang số hạn chế chất lượng truyền dẫn băng thông, khoảng cách, chất lượng dịch vụ… Vì nhiều sáng tạo giải pháp đời, ví dụ giải pháp ghép kênh theo bước sóng WDM, đa kênh theo bước sóng DWDM cho phép ghép nhiều bước sóng sợi quang, tăng dung lượng đường truyền mà không cần tăng thêm sợi quang Tuy để có hệ thống quang tốt tất yếu phải có phát triển cải tiến tốt tất thành phần hệ thống, lọc quang mắt xích quan trọng Vì vậy, qua môn học Thông Tin Quang đồng ý Cô T.S Hoàng Phương Chi, chúng em định chọn đề tài cho tập lớn môn là: “Tìm hiểu lọc định tuyến kênh sử dụng lỗ khuyết đơn phiến dẫn sóng tinh thể quang tử 2D” thông qua báo “Channel Drop Filter Using a Single Defect in a 2-D Photonic Crystal Slab Waveguide” Masahiro Imada, Susumu Noda, Member, IEEE, Alongkarn Chutinan, Masamitsu Mochizuki, and Tomoko Tanaka Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Cô T.S Hoàng Phương Chi ân cần bảo chúng em suốt thời gian học trình làm tập lớn môn Thông Tin Quang Do kiến thức hạn hẹp thời gian tìm hiểu không nhiều, nên tập lớn không tránh khỏi sai sót, thiếu sót Chúng em mong nhận góp ý Cô để tập lớn hoàn thiện hơn! TTQ NỘI DUNG I Tổng quan lọc quang tinh thể quang tử Tinh thể quang tử 1.1 Giới thiệu Tinh thể quang tử (photonic crystals - PCs) cấu trúc tuần hoàn không gian vật liệu với số điện môi khác xếp xen kẽ nhau, có chiết suất thay đổi theo chu kỳ thang chiều dài so sánh với bước sóng ánh sáng sử dụng Các photon chuyển động tinh thể qua vùng có chiết suất cao xen kẽ với vùng có chiết suất thấp Đối với photon tương phản chiết suất giống tuần hoàn mà electron bị tác dụng qua tinh thể điện tử Do tính tuần hoàn dẫn đến PCs xuất vùng cấm quang: tức có dải tần số photon truyền qua cấu trúc PCs chặn ánh sáng với bước sóng nằm vùng cấm quang, cho phép bước sóng khác truyền qua tự Bằng ngăn chặn cho phép ánh sáng truyền qua tinh thể quang tử việc điều khiển bước sóng ánh sáng thực Sự truyền sóng điện từ bên môi trường tuần hoàn nghiên cứu Lord Reyleigh năm 1887 Đây cấu trúc 1D có tuần hoàn chiết suất thiết lập theo hướng đồng theo hai hướng lại Năm 1987, hai nhà khoa học Eli Yablonovitch Sajeev John đưa cấu trúc điện môi tuần hoàn 2D 3D: Tinh thể quang tử 2D cấu trúc tuần hoàn dọc theo hai trục đồng dọc theo trục thứ ba Cấu trúc tinh thể quang tử có vùng cấm quang mặt phẳng xy, đồng dọc theo trục z Trong vùng cấm quang, trạng thái phép tồn ánh sáng tới bị phản xạ ngược trở lại mặt phân cách môi trường cấu trúc tinh thể quang tử Không giống trường hợp tinh thể TTQ quang tử 1D, tinh thể quang tử 2D ngăn chặn ánh sáng truyền tới từ hướng mặt phẳng Tinh thể quang tử 3D cấu trúc có tuần hoàn chiết suất theo ba hướng Cấu trúc tinh thể quang tử 3D biết đến nhiều tự nhiên đá quý Opal Các loại đá quý biết đến tính chất quang độc đáo chúng quay viên đá có màu sắc khác Hình Cấu trúc tinh thể quang tử 1D, 2D 3D Bản chất tượng quan sát nhiễu xạ sóng điện từ, chu kỳ không gian cấu trúc tinh thể phải có kích cỡ với bước sóng sóng điện từ (tức vào cỡ vài trăm nm cho tinh thể quang tử làm việc với ánh sáng) Đấy khó khăn kỹ thuật cho việc chế tạo tinh thể quang tử nhân tạo 1.2 Ứng dụng Các tinh thể quang tử ứng dụng để điều khiển lan truyền ánh sáng Các tinh thể quang tử chiều dùng rộng rãi quang học màng mỏng; tạo lớp phủ lên bề mặt thấu kính hay gương để tạo độ phản chiếu thấp hay cao tuỳ ý; hay sơn đổi màu in ấn bảo mật Các tinh thể quang tử hai chiều ba chiều dùng nghiên cứu khoa học Ứng dụng thương mại tinh thể quang tử hai chiều sợi tinh thể quang tử, thay cho sợi quang học truyền thống thiết bị quang học phi tuyến dùng với TTQ bước sóng đặc biệt (ở vật liệu truyền thống suốt không khí hay chất khí) Tổng quan lọc quang 2.1 Định nghĩa Bộ lọc thiết bị cho phép kênh bước sóng qua, khóa tất kênh bước sóng khác Nguyên lý lọc giao thoa tín hiệu, bước sóng hoạt động lọc cộng pha nhiều lần qua nó, kênh bước sóng khác, ngược lại triệt tiêu pha Tùy thuộc vào khả điều chỉnh kênh bước hoạt động, người ta chia lọc làm loại: lọc cố định( fixed filter) lọc điều chỉnh được( tunable filter) Hình Sơ đồ khối lọc (a) Bộ lọc cố định bước sóng λk (b) Bộ lọc điều chỉnh bước sóng khỏang Δλ + Yêu cầu lọc: Hiện nay, có nhiều công nghệ chế tạo lọc Tuy nhiên, yêu cầu chung tất công nghệ là: - Bộ lọc tốt phải có giá trị suy hao xen IL thấp - Bộ lọc phải không phụ thuộc nhiều vào trạng thái phân cực tín hiệu đưa vào TTQ - Dải thông hoạt động lọc phải không nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ môi trường Bộ lọc phải đảm bảo khoảng nhiệt độ hoạt động (thường khoảng 100C, độ dịch dải thông hoạt động phải không vượt khoảng cách hai kênh bước sóng hoạt động gần - Khi ứng dụng ghép nối tiếp nhiều lọc hệ thống WDM, băng thông hoạt động bị thu hẹp lại Để hạn chế tối đa điều này, lọc phải có hàm truyền đạt khoảng bước sóng hoạt động phẳng - Hàm truyền đạt lọc phải có độ dốc lớn để tránh giao phần vạt hai bước sóng lân cận, gây xuyên nhiễu kênh - Giảm chi phí sản xuất Vấn đề lại phụ thuộc vào công nghệ chế tạo Tuy nhiên, vấn đề đặt lên hàng đầu ta có hai lựa chọn Thứ dùng công nghệ ống dẫn sóng, cho phép sản suất vi mạch tích hợp quang (bù lại hoạt động phụ thuộc vào trạng thái phân cực sóng quang) Thứ hai dùng công nghệ sản xuất thiết bị quang, khó khăn tích hợp mạch có nhiều ưu điểm không phụ thuộc vào trạng thái phân cực sóng quang, ghép sóng từ sợi quang thiết bị dễ dàng TTQ Hình (a) Các thông số đặc trưng lọc (b) Ðộ gợn sóng lọc 2.2 Các thông số - Bước sóng trung tâm: phải bước sóng tuân theo tiêu chuẩn ITU-T Độ rộng băng thông (Pass Bandwidth): độ rộng hàm truyền đạt mức suy hao xen cách đỉnh 0,5 dB Trong số trường hợp, người ta xét băng thông qua dB, dB Đặc tính quan trọng laser trường hợp không lý tưởng phát tín hiệu có bước sóng dao động định so với - bước sóng trung tâm qui định theo chuẩn ITU-T Độ rộng băng chặn (Stop Bandwidth): độ rộng hàm truyền đạt mức suy hao xen cách đỉnh 20 dB Dải chặn lọc phải nhỏ tốt để - tránh tượng xuyên nhiễu kênh Độ cách li (Isolation): để công suất kênh bước sóng xuyên nhiễu - sang kênh bước sóng lân cận Độ gợn sóng (Ripple): độ chênh lệch đỉnh – đỉnh phạm vi kênh - bước sóng Hệ số sử dụng băng thông BUF (Bandwidth-utilization Factor): tỉ số độ rộng kênh truyền LW (Linewidth) ánh sáng phản xạ mức suy hao xác định Bộ lọc lí tưởng phải có BUF = Trên thực tế, IL = -25 dB BUF = 0.4 Nếu lọc thuộc loại điều chỉnh bước sóng được, thêm đặc tính là: Khoảng điều chỉnh bước sóng động: khoảng bước sóng mà phạm vi hoạt động lọc Số kênh bước sóng xử lý: tỉ lệ khoảng điều chỉnh bước sóng động khoảng cách kênh bước sóng Thời gian điều chỉnh: thời gian điều chỉnh kênh bước sóng hoạt động khác TTQ Tỉ lệ nén biên SSR (Sidelobe Suppression Ratio): khoảng cách giá trị công suất đỉnh so với giá trị công suất lớn biên Độ phân giải: độ dịch bước sóng nhỏ lọc nhận biết 2.3 Cách tử Cách tử dùng để mô tả thiết bị mà hoạt động dựa tượng giao thoa tín hiệu quang xuất phát từ nguồn quang có độ lệch pha tương Phân biệt với cách tử vật chuẩn (etalon) thiết bị nhiều tín hiệu quang tạo nhờ hốc cộng hưởng (single cavity) lặp lại tia ngang qua Sóng ánh sáng có lan truyền theo hướng z với tần số góc ω số pha β có độ dịch pha (ωt-βz) Do độ dịch pha tương đối hai sóng phát sinh từ nguồn tạo cách cho chúng truyền qua hai đường khác Trong WDM cách tử dùng tách kênh để tách bứơc sóng ghép kênh để kết hợp bước sóng Hình hai ví dụ cách tử: mặt phẳng cách tử (grating plane), khe (slit) cách Khoảng cách hai khe kế cận gọi pitch Do khe nhỏ nên theo hiệntượng nhiễu xạ (diffraction) ánh sáng truyền qua khe lan toả hướng Trên mặt phẳng ánh xạ (imaging plane) quang sát tượng giao thoa cộng hưởng (constructive interference) triệt tiêu bước sóng điểm khác nhau, cách tử gọi cách tử nhiễu xạ (diffraction grating) TTQ Hình (a) cách tử truyền dẫn (transmission gratings), (b) cách tử phản xạ (reflection gratings) Hình Nguyên tắc hoạt động cách tử truyền dẫn Cách tử phản xạ hoạt động TTQ Tương tự, chênh lệch độ dài tia khúc xạ góc θd với khe kế cận là: AB − CD = a[sin(θi) − sin(θd)] Nguyên lý hoạt động: Theo hình ta có chênh độ dài tia khúc xạ góc θd với khe kế cận là: AB − CD = a[sin(θi) − sin(θd)] Giao thoa xây dựng (constructive interference) xảy khi: a[sin(θi)-sin(θd)] = mλ Với m: bậc cách tử Khi θi=0 viết lại sau: asin(θd) = mλ Trên thực tế, lượng tập trung bậc θi= θd bước sóng Năng lượng ánh sáng bậc vô ích bước sóng không tách rời Do cần thiết kế cách tử khác gọi blazing Hình Cách tử blazing với góc blaze α Năng lượng giao thoa tối đại tương ứng với góc blaze cực đại 2.4 Cách tử Bragg - Ðịnh nghĩa: Cách tử Bragg sử dụng rộng rãi hệ thống thông tin quang Mọi biến đổi tuần hoàn môi trường truyền sóng (thường biến đổi tuần hoàn chiết suất môi trường) hình thành cách tử Bragg TTQ 10 hình 14.a Hình thể rõ mô hình phiến tinh thể quang tử, đường truyền sóng, lỗ khuyết vùng rò Ở đây, mô tả ngắn gọn mô hình dải hình 14.b, mô tả chi tiết mô hình ghi lại [12] Các vùng màu xám thể mô hình phiến tinh thể quang tử, truyền vào bên phiến tinh thể quang tử Đường dày cứng cho thấy đường bao vùng rò vùng không rò Tất mẫu đường bị rò khỏi phiến Một vùng cấm quang tử tồn tần số khoảng 0.256 0.320 (c/a), c vận tốc ánh sáng môi trường chân không Một mô hình dải phóng to phía bên phải hình 14.b mô tả mẫu đường dẫn sóng bên khe Những đường mỏng, bị gãy thể mô hình dẫn sóng bị rò, đường mỏng, cứng mô hình dẫn sóng không bị rò Ống dẫn sóng không suy hao khoảng tần số từ 0.27 đến 0.28 (c/a), tương ứng với chiều dài bước sóng có mức truyền cao thấy hình 13b Đường dày cứng nằm ngang cho biết mẫu tần số lỗ khuyết xác định Bán kính lỗ khuyết 0.58a, bán kính thiết kế nằm khoảng tần số không suy hao đường dẫn sóng Mô hình lỗ khuyết mở rộng vùng rò mô hình chắn tình trạng rò Vì vậy, photons truyền qua đường dẫn sóng có tần số giống với mô hình lỗ khuyết bị giữ lại khớp nối, khớp nối phát xạ chúng vào không gian tự do, mô tả hình 14.a Ở đây, điều đáng ý trình giữ lại giải phóng photons xảy lỗ khuyết gần với ống dẫn sóng Mức hiệu trình phát xạ định mối liên hệ giữ lại quang học mặt phẳng chiều thẳng đứng, bàn luận phần V Việc điều chỉnh phát xạ chiều dài bước sóng mong đợi tần số mô hình lỗ khuyết thường cho phụ thuộc vào bán kính lỗ khuyết TTQ 23 3.3 Chế tạo thiết bị Chúng phát triển hai loại thiết bị Một thiết bị mà lỗ khuyết có khác bán kính lỗ khuyết định dạng để chứng minh hàm kênh thả sử dụng lỗ khuyết phát xạ bước sóng dựa điều chỉnh thay đổi bán kính lỗ khuyết Loại hai thiết bị mà lỗ khuyết đơn định dạng để kiểm tra tính chất thiết bị Quy trình chế tạo diễn sau Đầu tiên, lớp InGaAsP (lamda g = 1.1 µm) có độ dày 0.5 µm trồng chất InP ghép pha kim loại hữu dạng hơi( metal-organic vapor phase epitaxy) Cấu trúc mạng tam giác chiều có ống dẫn sóng hình đường thẳng góc khuyết phân lập có bán kính khác góc khuyết đơn rút thuật in thạch dùng chùm electron( lithography)(ELIONIC ELS-3700)… Hằng số mạng bán kính ống không khí (atom- nguyên tử) thiết kế cho theo thứ tự 0.42 µm 0.13 µm Chúng sử dụng chùm electron chống lại tích cực (ZEP-520), có lượng phát xạ 62µC/cm2 Mẫu chống cự chuyển đổi để ghép lớp InGaAsP chất InP phản ứng ion khắc axit (SAMCO RIE-10N) sử dụng khí CH4/H2 tỉ lệ 1:3 Điều kiện để khắc axit sau Công suất cao tần 200W, áp suất 60 mtorr Tiếp theo, chất InP lớp mẫu InGaAsP khắc cách chọn lọc dung dịch HCl- H2O tỉ lệ 3:1 giải pháp để tạo thành cấu trúc phiến Chiều dài ống dẫn sóng thiết kế khoảng 200 µm, tinh thể quang tử hai chiều có 15 chu kì định dạng hai mặt ống dẫn sóng Cuối cùng, cắt hai mặt ống dẫn sóng tinh thể quang tử hai chiều Hình 15 cho ta thấy ảnh chụp kính hiển vi điện tử thiết bị chế tạo Ở hình 15 cấu trúc phiến định dạng thành công cách khắc chọn lọc Hơn nữa, hai lỗ khuyết với với bán kính khác thấy gần ống dẫn sóng Sự khác biệt bán kính lỗ khuyết i j 3% đến 4% với j>i TTQ 24 Hình 15 Ảnh chụp kính hiển vi điện tử thiết bị chế tạo Cấu trúc phiến hai chiều kẹp vào lớp vỏ không khí Một ống dẫn sóng thẳng hai lỗ khuyết độc lập định dạng mặt phiến Hình 16 Hình ảnh thực tế TTQ 25 3.4 Thực nghiệm 3.4.1 Biểu diễn hàm lọc kênh định tuyến sử dụng lỗ khuyết ống dẫn sóng tinh thể quang tử 2D Đầu tiên để chứng minh hàm lọc kênh định tuyến, đo đồ thị xạ thiết bị, nhiều lỗ khuyết có bán kính khác hình thành Sóng ánh sáng từ laser điều chỉnh ( phạm vi điều chỉnh: 1,51-1,63µm ) đầu vào từ phía cạnh ống dẫn sóng quang sử dụng sợi quang có thấu kính hội tụ Hình 16 cho thấy đồ thị trường gần thiết bị quan sát từ bên thiết bị Khi cấp vào sóng ánh sáng có bước sóng 1,5453µm cho ống dẫn sóng từ cạnh, sóng ánh sáng phát từ lỗ khuyết j theo hướng thẳng đứng Khi thay đổi bước sóng tới 1.5659µm, lỗ khuyết j trở nên tối sóng ánh sáng phát từ lỗ khuyết i Những kết sóng ánh sáng truyền qua ống dẫn sóng bị suy hao lỗ khuyết ống dẫn sóng tinh thể quang tử 2D bước sóng phát xạ phụ thuộc vào bán kính lỗ khuyết 3.4.2 Sự điều chỉnh bước sóng phát xạ TTQ 26 Hình 17 Phổ phát xạ đo theo hướng thẳng đứng từ lỗ khuyết đơn với bán kính 0.57a Hình 18 Sự phụ thuộc bước sóng phát xạ theo bán kính lỗ khuyết Hình 19 Hệ số Q số thiết bị TTQ 27 Hình 20 Ảnh chụp kính hiển vi điện tử mô tả mặt cắt lỗ khuyết Tiếp theo, đo tinh thể quang tử 2-D có lỗ khuyết để tìm hiểu đặc điểm tượng Chúng ta chuẩn bị vài thiết bị có bán kính lỗ khuyết khác tính khoảng cách tâm lỗ khuyết ống dẫn sóng Hình 17 cho thấy phổ phát xạ đo theo hướng thẳng đứng từ lỗ khuuyết ( bán kính lỗ khuyết 0.57a, khoảng cách tâm lỗ khuyết ống dẫn sóng dòng, khoảng cách dòng căn3/2a) Một đỉnh có bước sóng trung tâm 1,563µm dòng chiều rộng 4,1 nm trình bày Dựa kết này, hệ số Q lỗ khuyết ước tính xấp xỉ khoảng 400 Việc ước tính lý thuyết hệ số Q thiết bị trình bày phần Hình 18 cho thấy phụ thuộc bước sóng phát xạ theo bán kính lỗ khuyết Bước sóng phát xạ lỗ khuyết giảm bán kính tăng Điều bán kính lỗ khuyết tăng, số khúc xạ hiệu lỗ khuyết trở nên nhỏ hơn, để bước sóng cộng hưởng lỗ khuyết trở nên nhỏ Các kết lý thuyết tính toán phương pháp sai phân hữu hạn miền thời gian trình bày hình, kết đo phù hợp với kết tính toán Sự khác giá trị tuyệt đối kết đo kết tính toán cho lỗi ước lượng số khúc xạ InGaAsP lỗi ước lượng bán TTQ 28 kính lỗ khuyết Kết cho thấy cách rõ ràng bước sóng phát xạ chọn lựa dựa lỗ khuyết có bán kính lỗ nhân tạo Hình 19 cho thấy hệ số Q vào thiết bị có bán kính khoảng cách tâm lỗ ống dẫn sóng khác Ở hệ số Q xấp xỉ 500; nhiên, hệ số Q lỗ khuyết có bán kính 0,61a gần gấp đôi so với lỗ khuyết khác Tính toán lý thuyết, thảo luận phần tiếp theo, phụ thuộc hệ số Q vào cấu trúc hình học không lớn Chúng tin bất thường bất đồng phần tử chế tạo lỗ khuyết, phía bên phải hình 20 3.4.3 Hiệu suất phát xạ Việc đo hiệu suất phát xạ từ lỗ khuyết khó khăn vào tham số chưa biết tồn Ví dụ như, công suất sóng ánh sáng truyền ống dẫn sóng hiệu suất mối nối cạnh đầu vào Tuy nhiên, ước tính hiệu suất dựa đồ thị trường gần quan sát từ phía thiết bị hình Hình sóng ánh sáng không phát từ lỗ khuyết cạnh ống sáng bước sóng sóng ánh sáng đầu vào không với bước sóng cộng hưởng lỗ khuyết, điều sóng ánh sáng truyền ống dẫn sóng không bị mắc kẹt lỗ khuyết Thay vào đó, sóng ánh sáng phân tán rìa ống dẫn sóng Tuy nhiên, thay đổi bước sóng tới bước sóng cộng hưởng lỗ khuyết, cạnh ống dẫn sóng trở nên tối lỗ khuyết trở nên sáng sóng ánh sáng bị mắc kẹt phát từ lỗ khuyết Kết rõ ràng hiệu suất đáng xem xét Chúng tin hiệu suất thực tế lỗ khuyết xấp xỉ khoảng vài chục phần trăm Tính toán lý thuyết hiệu suất phát xạ trình bày phần TTQ 29 Hình 21 Sự phụ thuộc hiệu suất phát xạ vào hệ số Qin/Qv Trong phần này, chúc ta thảo luận đặc điểm lỗ khuyết đơn, hiệu suất phát xạ hệ số Q đặc điểm vô quan trọng liên quan mật thiết với Biểu đồ 21 cho thấy phụ thuộc hiệu suất phát xạ vào hệ số Q tính toán dựa phương pháp phân tích ghép nối Trục hoành biểu đồ 21 biểu diễn tỉ số Qin/Qv Tại Qin Qv tham chiếu tới hệ số Q mặt phẳng phương thẳng đứng tương ứng Biểu đồ 21 hiệu suất đạt 50% Qin= Qv giảm chênh lệch Qin Qv tăng Ở xem xét đặc điểm hình học thiết bị yêu cầu thỏa mãn điều kiện Qin=Qv để đạt hiệu suất phát xạ tối đa Qin Qv tính toán dựa vào chế độ lỗ khuyết tinh thể quang học chiều điện môi mỏng Toàn hệ số Q lỗ khuyết xác định công thức: U(t)= U(0) exp[-w(o)t/Q] (1) Trong U tổng lượng lỗ khuyết Q tính trực tiếp phương pháp 3DFDTD (miền thời gian hữu hạn chiều) Từ (1) hệ số Q biểu diễn dạng: Q=w(o)U(t)/P(t) (2) Trong P(t) công suất đầu từ lỗ khuyết xác định công thức: P(t)= - dU(t)/dt Khi P(t) chia thành phần, Pin(t) (cho phương TTQ 30 mặt phẳng nằm ngang quan sát hình 10) Pv(t) (cho phương thẳng đứng), Qin Qv biểu diễn sau:Qin = w(o) U(t)/Pin(t) (3) Qv = w(o) U(t)/Pv(t) (4) Như vậy, ta có phương trình sau: Qin/Qv = Pv(t)/Pin(t) (5) Q, Qin Qv có mối liên hệ biểu diễn qua công thức: 1/Q = 1/Qin + 1/Qv (6) Hình 22 Cấu trúc khu vực xunh quanh lỗ khuyết ống dẫn sóng cho tính toán lý thuyết Pin Pv TTQ 31 Hình 23 Sự phụ thuộc hệ số Q vào bán kính lỗ khuyết khoảng cách từ đến ống dẫn sóng Pin Pv tính tích phân công suất tỏa nhiệt từ mặt miền xung quanh lỗ khuyết ống dẫn song (quan sát hình 22), tính toán dựa theo hàm 3-D FDTD ( miền thời gian hữu hạn chiều) Sau Qin Qv thu từ biểu thức số (5) (6) Q toàn tính theo hình Hình 23 công thức tính Q theo cấu trúc Mặc dù hệ số Q tìm phụ thuộc vào cấu trúc hình học, hầu hết nằm khoảng từ 400 đến 600, gần tương ứng với kết đo hình 19 TTQ 32 Hình 24 Sự phụ thuộc Qin/Qv vào bán kính lỗ khuyết khoảng cách từ đến ống dẫn sóng Tiếp đó, thảo luận phụ thuộc hiệu suất phát xạ vào cấu trúc hình học Hiệu suất phát xạ phụ thuộc vào tỉ lệ Qin/Qv giống mô tả Hình 24 biểu diễn kết tính được, tỉ lệ Qin/Qv thị từ bán kính lỗ khuyết khác khoảng cách lỗ khuyết ống dẫn song Tỉ lệ Qin/Qv tăng khoảng cách lỗ khuyết ống dẫn song tăng đồng thời bán kính lỗ khuyết không đổi Mặt khác, Qin/Qv giảm bán kính lỗ khuyết giảm khoảng cách giữ nguyên Điều giải thích sau, khoảng cách tăng lên bán kính giữ nguyên mối liên kết lỗ khuyết ống dẫn song giảm giới hạn quang tử mặt phẳng vùng cấm quang tử chiều lớn Vì nên kết Qin Qin/Qv lớn Ngược lại bán kính lỗ khuyết giảm khoảng cách giữ cố định, vùng không khí lỗ khuyết nhỏ lại số hiệu suất phát xạ lỗ khuyết tăng Do số TTQ 33 nhiễu xạ đối lập lỗ khuyết lớp không khí vỏ sợi quang trở nên lớn giới hạn quang tử theo phương thẳng đứng lớn Giống kết Qv lớn Qin/Qv nhỏ Đưởng kẻ đậm hình 12 vùng mà Qin Qv Từ kết tính toán, xem xét việc phát bước song điều chỉnh trì Qin=Qv để đạt hiệu suất phát xạ lớn qua việc lựa chọn bán kính lỗ khuyết vị trí Với cấu trúc tại, sử dụng lỗ khuyết đơn để tạo bước song, hiệu suất đầu tối đa theo lý thuyết dự đoán lên tới 50% diễn giải Số phần tram lại bị phản xạ lại đầu vào chuyển đổi đến đầu ống dẫn sống Tuy nhiên, tin cải thiện hiệu suất đạt tới 100% việc cải tiến kĩ thuật lỗ khuyết Ví dụ, đưa vào nhiều lỗ khuyết suy biến để tạo bước song thiết kế lỗ khuyết cho pha song ánh sang phản xạ truyền phát từ lỗ khuyết dịch chuyển cách tương ứng, mục đích để phản xạ truyền dẫn triệt tiêu lẫn từ hiệu suất đạt 100% TTQ 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Masahiro Imada, Susumu Noda, Member, IEEE, Alongkarn Chutinan, Masamitsu Mochizuki, and Tomoko Tanaka, “Channel Drop Filter Using a Single Defect in a 2-D Photonic Crystal Slab Waveguide”, May 2002 [2] S John, “Localization of light,” Phys Today, pp 32–40, May 1991 [3] J D Joannopoulos, P R Villeneuve, and S Fan, “Photonic crystals: Putting a new twist on light,” Nature, vol 386, pp 143–149, 1997 [4] A Mekis, J C Chen, I Kurland, S Fan, P R Villeneuve, and J D Joannopoulos, “High transmission through sharp bends in photonic crystal wave guides,” Phys Rev Lett., vol 77, pp 3787–3790, 1996 [5] S Noda, N Yamamoto, and A Sasaki, “New realization method for three-dimensional photonic crystal in optical wavelength region,” Jpn J Appl Phys., vol 35, pp L909–L912, 1996 [6] S Y Lin, J G Fleming, D L Hetherington, B K Smith, R Biswas, K M Ho, M M Sigalas, W Zubrzycki, S R Kurtz, and J Bur, “A three-dimensional photonic crystal operating at infrared wavelengths,” Nature, vol 394, pp 251–253, 1998 [7] O J Painter, J Vuckovic, and A Scherer, “A defect mode of a twodimensional photonic crystal in an optically thin dielectric slab,” J Opt Soc Amer B, vol 16, pp 275–280, 1999 [8] M Imada, S Noda, A Chutinan, T Tokuda, H Kobayashi, and G Sasaki, “Coherent two-dimensional lasing action in surface-emitting laser with triangular-lattice photonic crystal structure,” Appl Phys Lett., vol 75, pp 316–318, 1999 [9] S Noda, N Yamamoto, M Imada, H Kobayashi, and M Okano, “Alignment and stacking of semiconductor photonic bandgaps by wafer-fusion,” J Lightwave Technol., vol 17, pp 1948–1955, Nov TTQ 35 1999 [10] S Noda, K Tomoda, N Yamamoto, and A Chutinan, “Full three-dimensional photonic bandgap crystals at near-infrared wavelengths,” Science, vol 289, pp 604–606, 2000 [11] S Noda, A Chutinan, and M Imada, “Trapping and emission of photons by a single defect in a photonic bandgap structure,” Nature, vol 407, pp 608–610, 2000 [12] A Chutinan and S Noda, “Waveguides and waveguide bends in two-dimensional photonic crystal slabs,” Phys Rev B, vol 62, pp 4488–4492, 2000 [13] O Painter, J Vuckovic, and A Scherer, “Defect modes of a two-dimensional photonic crystal in an optically thin dielectric slab,” J Opt Soc Amer B, vol 16, pp 275–285, 1999 [14] K S Yee, “Numerical solution to initial boundary value problems involving Maxwell’s equations in isotropic media,” IEEE Trans Antennas Propagat., vol AP-14, pp 302–307, May 1966 [15] G Mur, “Absorbing boundary conditions for the finite-difference approximation of the time-domain electromagnetic-field equations,” IEEE Trans Electromagn Compat., vol EMC-23, pp 377–382, Nov 1981 [16] C Manolatou, M J Khan, S Fan, P R Villeneuve, H A Haus, and J D Joannopoulos, “Coupling of modes analysis of resonant channel add–drop filters,” IEEE J Quantum Electron., vol 35, pp 1322–1331, Sept 1999 [17] ‘’ Kỹ thuật thông tin quang 2’’ Th.S Đỗ Văn Việt Em, Học viện công nghệ bưu viễn thông TTQ 36 TTQ 37 ... cho lọc linh kiện chủ chốt chế tạo kết nối chéo bước sóng Hình 12 Một AOTF đơn giản TTQ 17 II Bộ lọc định tuyến kênh sử dụng lỗ khuyết đơn phiến dẫn sóng tinh thể quang tử 2D Bộ lọc định tuyến kênh. .. thống cộng hưởng quang học TTQ 18 Bộ lọc định tuyến kênh sử dụng lỗ khuyết đơn phiến dẫn sóng tinh thể quang tử 2D 3.1 Giới thiệu Trong số thiết bị khác dựa tinh thể quang tử, lọc qung học thành... hàm lọc kênh định tuyến sử dụng lỗ khuyết ống dẫn sóng tinh thể quang tử 2D Đầu tiên để chứng minh hàm lọc kênh định tuyến, đo đồ thị xạ thiết bị, nhiều lỗ khuyết có bán kính khác hình thành Sóng