دانشگاه شیراز 

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

 پایان­نامه­ی کارشناسی ارشد در رشته ­ی

 مهندسی برق- مخابرات میدان

 مجتمع سازی مدارهای نوری با استفاده از توری های نوری

 استادان راهنما

دکتر فرزاد مهاجری

دکتر علیرضا غروی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

هدف این پایان نامه کوپل نور بین لایه های تخت موجبری جهت ساخت اتصالات نوری مجتمع بود.موادی که جهت پیاده سازی این ساختار مجتمع نوری مورد استفاده قرار گرفت پلیمر های آزو بودند که این موادبه علت ارزان بودن، سهولت روش ساخت،دو شکستی بودن و غیره… قابلیت ساخت انواع ادوات مدار مجتمع نوری را دارا می باشند . یکی از این ادوات توری های نوری می باشند که کاربرد گسترده ای در بحث کوپلر های نوری دارند. از میان انواع این توری ها، توری های حجمی براگ با توجه به بازدهی بالایی که دارند به عنوان کاندیدای اصلی جهت ساخت این نوع کوپلرها انتخاب گردید. ساختن این توری ها بر روی پلیمرهای آزو بر مبنای تشکیل الگوی تداخلی دو بیم همدوس لیزر با طول موج 532 نانومتر صورت می گرفت.به علت ساخت آسانتر ، ابتدا فرم افقی توری های مورب را ساختیم و به بررسی رفتار این ساختار پرداختیم که منجر به ساخت یک مولتی پلکسر مجتمع نوری گردید.بعد از آن به سه روش 1- کج کردن فیلم 2- آینه های ناهمگون3-ایجاد توری خارج از محور تقارن چیدمان به ساخت توری های مورب عمودی پرداختیم. سپس با روش های بررسی پاسخ فرکانسی، به تست ساختار های ایجاد شده پرداختیم. بعلاوه بوسیله روش های مشاهده مستقیم وMoving grating  به بررسی چگونگی تغییرات مکانی ضریب شکست توری های مورب عمودی  جهت درک بهتر عملکرد آن ها پرداختیم.

کلید واژه: مدارهای مجتمع نوری، توری براگ، پراش، موجبرهای نوری، کوپلر نوری، پلیمر آزو.

فهرست مطالب

 عنوان                                                              صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1- اهمیت مدارهای مجتمع نوری و اتصالات نوری.. 2

1-2- معرفی توری های نوری و استفاده از آنها به عنوان کوپلر های نوری.. 3

1-3- معرفی اجمالی پلیمرها به عنوان یکی از مواد مورد استفاده در این ساختارها 4

1-4- اهداف تحقیق.. 7

 فصل دوم: پیشینه پژوهش

2-1- توری پراش…. 9

2-1-1- پراش…. 9

2-1-2- مشخصات توری پراش…. 10

2-1-3- انواع توری های پراش…. 10

2-2- انواع مختلف اتصالات نوری.. 14

2-2-1- اتصالات نوری فضای آزاد. 14

2-2-2- اتصالات نوری زیرلایه- مد. 15

2-2-3- اتصالات نوری موج هدایت شده در فیلم نازک… 16

2-3- انواع مختلف کوپلر ها برای هدایت موج در اتصالات نوری.. 17

2-3-1- کوپلرهای منشوری.. 17

2-3-2- کوپلرهای بازتابی.. 18

عنوان                                  صفحه

2-3-3- کوپلرهای پراشی.. 18

2-4- بررسی کلی موجبرهای دی الکتریک…. 20

2-4-1- موجبر تخت… 21

2-5- بازتابنده های براگ… 30

2-6-مولکولهای آزو 32

2-5-1- تحرک و بازآرایی نوری مولکولهای آزو 38

 فصل سوم: نحوه انجام پروژه

3-1- تهیه و آماده‌سازی فیلم‌های پلیمری.. 44

3-2- اندازه گیری پارامتر های فیلم پلیمری ایجاد شده با استفاده از
روش کوپلینگ منشوری.. 47

3-3- ساخت توری به روش تداخلی.. 54

3-4- روش نوشتن توری های کج افقی (slant grating) 58

3-5- روش ایجاد توری های مورب عمودی.. 60

3-5-1- ایجاد توری های مورب عمودی به روش آینه های ناهمگون.. 61

3-5-2- ایجاد توری های مورب عمودی به روش کج کردن فیلم.. 63

3-5-3- ایجاد توری های مورب عمودی با روش کج کردن
هولوگرام نسبت به فیلم.. 64

3-6- تشکیل الگو های پراش نور در ساختار های متناوب… 68

3-7- بررسی فرم تغییر ضریب شکست بر حسب مکان با روش Moving grating. 70

3-8- روش مشاهده ساختارهای ایجاد شده بوسیله  میکروسکوپ… 73

 عنوان                                                                      صفحه

فصل چهارم: بحث و نتایج

4-1- مقدمه. 75

4-2- نوشتن توری های کج افقی در صفحه فیلم پلیمری و بررسی رفتار آنها 76

4-3- ساخت یک add/drop multiplexer بوسیله توری های کج  افقی.. 79

4-4- بررسی ساخت توری مورب عمودی به روش کج کردن فیلم.. 81

4-5- بررسی ساخت توری مورب به روش آینه های ناهمگون.. 83

4-6- نتایج بررسی فرم تغییرات ضریب شکست با مکان.. 85

4-7- نتایج ساخت فیلم های پلیمری با ضخامت بیشتر. 91

4-8- تک مد کردن فیلم پلیمری ضخیم.. 93

4-9- پیشنهادات… 94

  منابع و مراجع.. 95

1-1- اهمیت مدارهای مجتمع نوری و اتصالات نوری

با پیشرفت روز افزون بشر و نیاز او به ارتباطات بیشتر گسترش صنعت مخابرات گزینه ای گریز ناپذیر به نظر  می رسد. محدودیت اصلی سیستم های مخابراتی کنونی که مبتنی بر شبکه های فیبر نوری هستند، محدودیت سرعت پردازش سیستم های الکترونیکی نسبت به قابلیت انتقال بسیار سریع داده ها با استفاده از شبکه های فیبر نوری است. این مشکل در طی دو دهه پیش محدودیت زیادی در سیستم ها به حساب نمی آمد که علت اصلی آن کم بودن نسبی تقاضای کاربران در برابر سرعت سیستم ها بود. با افزایش روز افزون کاربران اینترنتی و افزایش بسیار زیاد تقاضا برای پهنای باند وسیع تر در شبکه، مدارات الکترونیکی دیگرجواب گو نخواهند بود و عاملی برای محدود شدن سرعت بسیار بالای انتقال اطلاعات با استفاده از شبکه فیبر نوری هستند.

ساخت مدارات مجتمع نوری[1] که توانائی پردازش سیگنالهای نوری را به صورت مستقیم(پردازش های تمام نوری)[2] و بدون تبدیل به سیگنالهای الکترونیکی داشته باشند    می تواند به نحو چشمگیری باعث افزایش سرعت وبازدهی سیستم های مخابراتی گردد[1و2]. مسئله اساسی و مهم در طراحی مدارات مجتمع نوری توانائی ساخت ادوات نوری مانند لیزرها، فیلترهای نوری، موجبر های نوری[3] به صورت مجتمع در سطح یک بستر نیمه هادی و یا یک فیلم پلیمری است. علاوه بر این کنترل مسیر حرکت نور در ساختارهائی با ابعاد بسیار کوچک مانند یک مدار مجتمع از مشکلات فشرده سازی ادوات نوری می باشد.

از دیگر چالش های پیش رو ساخت اتصالات نوری می باشد که یکی از پرکاربردترین ادوات نوری محسوب می شود . کاربرد های اصلی این وسیله نوری ورود و خروج نور به مجموعه ی مدارهای مجتمع نوری و کاربرد دیگر آن کوپلینگ نور بین موجبر های در درون مجموعه مدارهای مجتمع نوری می باشد.

حال ما در این پایان نامه تمرکز خویش را بر کوپلینگ نور در درون مجموعه مدار مجتمع نوری با استفاده از کوپلرهای نوری مبتنی بر توری های نوری معطوف خواهیم کرد.

1-2- معرفی توری های نوری و استفاده از آنها به عنوان کوپلر های نوری

یکی از ساختارهایی که خواص قابل توجه و مفیدی را در مدارهای نوری از خود نشان می دهند  ساختارهای با ضریب شکست متناوب هستند که تحت عنوان کلی فوتونیک       کریستال ها[4]  در جاهای مختلف بیان می شوند . با مطرح شدن فوتونیک کریستالهاو بواسطه خواصی که این ساختار ها دارند، تلاش برای حل بسیاری از مسائل ذکر  شده با استفاده از فوتونیک کریستالها آغاز شد[3و4و5].

 این ساختارهای متناوب پس از مطرح شدن و گذراندن تحقیقات اولیه کاربردهای فراوانی پیدا کردند از جمله در ساخت فیبرهای نوری و فیلتر های نوری و درکاواک لیزرها بعنوان آینه و در ساختن اتصالات نوری …که پیاده سازی این قطعات قبل از آن به راحتی استفاده از فوتونیک کریستال ها نبود. یکی از راه های ساخت اتصالات نوری به خصوص استفاده از توری های نوری می باشد. توری نوری فوتونیک کریستالی است که ضریب شکست آن فقط در یک جهت دارای تناوب است. اتصالات نوری یا به زبان دیگر کوپلر های نوری که توسط توری های نوری ساخته میشوند بسیار متنوع میباشند.که در فصول بعد به تفصیل در مورد آنها بحث خواهیم کرد.

1-3- معرفی اجمالی پلیمرها به عنوان یکی از مواد مورد استفاده در این ساختارها

azobenzene یک ترکیب شیمیائی متشکل از دو حلقه فنیل است که از طریق یک پیوند دوگانه N=N به هم متصل هستند[6]. اصطلاح آزو برای دسته وسیعی از ملکولها به کار برده می شود که همگی آنها دارای هسته مشترک azobenzene هستند. از جمله مهمترین خواص ملکولهای azobenzene و مشتقات آن ایزومراسیون نوری[5] است. این ملکولها دارای دو ایزومر متفاوت به نامهای trans و Cis هستند. در شکل (1-1) تصویر این دو ایزومر دیده می شود.

دو ایزومر ملکول آزو و طیف جذبی آنها[6]

 تفاوت مواد پلیمری حاوی این ملکولها مربوط به گروه های ملکولی است که از طریق حلقه های بنزنی به ساختار متصل می شوند و خواص ملکولی راتحت تاثیر خود قرار می دهند. از جمله مهمترین خواصی که تحت تاثیر قرار می گیرد طیف جذبی ملکول است که در ادامه در مورد آن توضیح داده خواهد شد. همانطوری که در شکل(1-1) دیده می شود عاملی که باعث تبدیل این دو ایزومر به هم می شود می تواند نور با طول موج مناسب و یا گرمای محیط باشد. ایزومر trans به خاطر شکل ملکولی که دارد از لحاظ ترمو دینامیکی پایدار تر ایزومر دیگر می باشد. برای تبدیل ایزومر پایدار trans به Cis یک سد انرژی معادل 500KJ/mol که مانع از تبدیل آن به ایزومر دیگر می شود و بنابراین زمانی که ملکول در حالت آرامش باشد و تحت تابش نور متناسب با طیف جذبی قرار نداشته باشد، ملکول در حالت پایدار خود یعنی ایزومر trans قرار می گیرد. نمودار انرژی این دو ایزومر نسبت به هم در شکل (1-2) نشان داده شده است.

ترازهای انرژی نسبی دو ایزومر ملکول آزو[6]

همانطوری که در بالا اشاره شد گروه های آزو قابلیت ایزومراسیون نوری را دارا هستند و امروزه از این خاصیت آنها به صورت گسترده در زمینه فوتونیک استفاده می شود. ایزومراسیون نوری یک مسیر دو طرفه در تبدیل ایزومرها به حساب می آید. تحریک نوری باعث برانگیخته شدن ملکولهای آزو به یک حالت بالاتر انرژی می شود. در زمان بازگشت ملکول به حالت پایه بر اساس یک ضریب احتمالی کوانتومی ملکول در یکی از حالت های Trans و یا Cis قرار می گیرد. به عنوان مثال اگر ملکولی در حالت trans تحت تابش نور با طول موج مناسب قرار گیرد، ممکن است به ایزومر Cis تبدیل شود ویا ممکن است در همان حالت قبلی خود باقی بماند. البته اگر ملکولی در حالت Cis قرار گرفت از طریق ایزومراسیون گرمایی خود را به حالت trans بر می گرداند. پدیده مهمی که در پلیمر های در بر دارنده ملکول های azo اتفاق می افتد، پدیده جهت گیری نوری ملکول ها است. لازم به توضیح است همانگونه که در بالا اشاره شد ملکول پایه azobenzene در پلیمر های نوری: اولا حاوی گروههای ملکولی دیگری است که از طریق حلقه های فنیل به آن متصل شده اند و کنترل کننده طیف جذبی ملکول هستند. در شکل(1-3) اثر اتصال گروههای ملکولی مانند amino وnitro در طیف جذبی نشان داده شده است. به این ملکول ها رنگدانه[6] نیز گفته می شود.

برای دانلود پایان نامه اینجا را کلیک کنید.

لینک بالا اشتباه است

برای دانلود متن کامل اینجا کلیک کنید

       

:: بازدید از این مطلب : 523