Hầu hết các hệ dao động quang điện tử đều sử dụng các đặc tính truyền dẫn của một bộ biến điệu quang học cùng với một bộ quang học để chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu vô tuyến hay tín hiệu vi sóng ổn định.
Ánh sáng từ một nguồn laser đƣợc đƣa vào bộ biến tín hiệu quang, một phần tín hiệu quang đi ra khỏi hệ ở cổng quang, một phần tiếp tục đƣợc chuyển đến bộ quang học, sau đó là bộ tách sóng, bộ khuếch đại tín hiệu, một phần tín hiệu đƣợc lấy ra ở cổng điện, một phần tín hiệu tiếp tục đƣợc lọc, sau đó sẽ đƣa trở lại bộ biến điệu quang học trong chu kỳ mới.
Chất lƣợng tín hiệu đƣợc tạo ra từ hệ dao động quang điện tử chịu nhiều yếu tố tác động, trong đó yếu tố đóng vai trò lớn là hoạt động của bộ quang học – thiết bị quyết định hệ số chất lƣợng Q ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng phổ tín hiệu (độ nhiễu pha, khoảng cách giữa các giá trị tần số của các mode trong phổ tín hiệu).
Hình 1.13 Hệ dao động quang điện tử đơn vòng [1]
Hệ quang học đầu tiên ra đời với bộ quang học đƣợc sử dụng là một sợi quang học. Trong đó, hệ số chất lƣợng Q tỉ lệ thuận với thời gian mà photon lan truyền trong sợi quang Q=2 , với thời gian truyền trong bộ quang học, tần số dao động, c là tốc độ ánh sáng và n là chiết suất của chất làm sợi quang, L là chiều dài của sợi quang. Bên cạch đó: khoảng cách giữa các giá trị tần số của các mode trong phổ tín hiệu đƣợc tính toán theo công thức =1/ = c/nL [14]. Ta thấy, nếu giá trị của hệ số chất lƣợng Q cao thể hiện chất lƣợng tín hiệu tốt thì khoảng cách giữa các tín hiệu trong phổ tín hiệu sẽ nhỏ gây khó khăn trong hoạt động của bộ lọc tín hiệu.
Hình 1.14 Hệ dao động quang điện tử đa vòng [1]
Chính vì vậy, sau đó, ngƣời ta tiến hành nghiên cứu và sử dụng mạch đa vòng với hai sợi quang làm hai nhiệm vụ khác nhau: tăng hệ số Q và tăng khoảng cách giữa các giá trị tần số trong phổ tín hiệu. Nhƣng với cả hai cuộn dây trên, hệ dao động quang điện tử hoạt động với chất lƣợng tốt xong kích thƣớc quá lớn, và sự phụ thuộc vào nhiệt độ hoạt động còn cao nên không phù hợp cho việc tích hợp lên các mạch quang học.
Hƣớng nghiên cứu tiếp theo đƣợc mở ra với những bộ cộng hƣởng quang học siêu nhỏ thay thế cho những sợi quang học đã sử dụng trƣớc đó: bộ cộng hƣởng quang học đĩa điện môi, bộ cộng hƣởng quang học vòng điện môi. Các bộ cộng hƣởng dạng đĩa và dạng vòng cấu tạo từ CaF2 và MgF2 có hệ số chất lƣợng Q tƣơng đƣơng nhau.
Với yêu cầu của một bộ quang học đó hệ số chất lƣợng Q cao, tín hiệu rõ ràng, sắc nét. Tinh thể quang tử sai hỏng là một cấu trúc có khả năng giam giữ ánh sáng trong một vùng không gian xác định – vùng sai hỏng, photon bị giam giữ ít bị rò rỉ, thời gian tồn tại của photon trong vùng bị giam giữ lớn, cƣờng độ ánh sáng đƣợc khuếch đại lên nhiều lần tƣơng đƣơng với hệ số chất lƣợng Q cao. Vì vậy, tinh thể quang tử sai hỏng là lựa chọn thích hợp để ứng dụng trong bộ quang học của hệ dao động quang điện tử. Khóa luận này sẽ khảo sát tính chất quang học của bộ cộng hƣởng tinh thể quang tử sai hỏng trên nền vật liệu Silic với nhiều ƣu điểm: vật liệu Si rẻ, dễ sử dụng, kích thƣớc nhỏ, dễ tích hợp lên các mạch quang điện tử.
Cụ thể hơn, tinh thể quang tử sai hỏng H2 là đối tƣợng nghiên cứu chính của đề tài. Tác giả sẽ trình bày những khảo sát đầy đủ các tính chất cơ bản của cấu trúc này nhƣ là: cấu trúc vùng cấm quang tử, phân bố điện từ trƣờng, phổ truyền qua, và định lƣợng hệ số chất lƣợng Q của mode cộng hƣởng tại vị trí sai hỏng. Tất cả kết quả sẽ đƣợc trình bày chi tiết ở chƣơng 3 của khóa luận.
CHƢƠNG 2
PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ
PHẦN MỀM MÔ PHỎNG TINH THỂ QUANG TỬ