عنوان
دست‌ورزي باريكه‌هاي نوري با مدوله‌سازهاي غيرفعال مبتني بر OAM و فعال با ليتيوم نايوبيت لايه نازك (TFLN)
نويسنده اصلي
سلطاني، افسون
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مهندسي برق
مقطع تحصيلي
دكتري
چكيده
در ميان افزاره‌هاي مجتمع نوري، مدوله‌سازهاي نوري را مي‌توان يكي از ضروري‌ترين افزاره‌ها در هر سامانه نوري به شمار آورد. مدوله‌ساز نوري افزاره‌اي براي دست‌ورزي ويژگي‌هاي باريكه‌هاي نور مانند توان نوري، فاز، قطبش و غيره است. فرآيند مدوله‌سازي را مي‌توان با استفاده از افزاره‌هاي فعال يا غيرفعال انجام داد. يك مدوله‌ساز فعال از سيگنال الكتريكي براي مدوله‌سازي باريكه‌هاي نور استفاده مي‌كند. در مقابل، مدوله‌سازهاي غيرفعال مدوله‌سازي را بدون استفاده از هر گونه ميدان خارجي انجام مي‌دهند.
علاوه بر ويژگي‌هاي شناخته شده‌ي نور، تكانه‌ي زاويه‌اي مداري (OAM) نيز به عنوان درجه جديدي از آزادي براي مدوله‌سازي باريكه‌هاي نور در سامانه‌هاي مخابرات نوري قابل استفاده است. از آنجا كه تعداد حالت‌هاي OAM از نظر تئوري نامتناهي است، به‌طور بالقوه در افزايش عملكرد سامانه‌هاي مخابراتي تأثير به‌سزايي دارد. در سال‌هاي اخير، استفاده از OAM به پيشرفت‌هاي قابل توجهي هم در مخابرات كلاسيكي و هم در مخابرات كوانتومي منجر شده است. اين پيشرفت‌ها، ضرورت مدوله‌سازي باريكه‌هاي نور با استفاده از OAM در سامانه‌هاي مخابراتي را آشكارتر كرده است. از همين رو، در اين رساله سعي شده است تا مقدمه‌اي جامع بر OAM و كاربرد آن در مخابرات نوري ارائه شود. همچنين، به‌منظور تحقق مدوله‌سازي باريكه‌هاي نور با استفاده از OAM، مدوله‌سازي غيرفعال مدهاي OAM در ساختارهاي تداخلي چند مدي (MMI) مورد بررسي قرار گرفته است. اين ساختارها از افزاره‌هاي مجتمع غيرفعال با توانايي‌‌‌هاي جالب توجه‌اند كه تاكنون براي كاربردهاي OAM مورد استفاده قرار نگرفته‌اند. بررسي رفتار باريكه‌هاي حامل OAM در ساختارهاي MMI دوبعدي نشان مي‌دهد كه اين ساختارها در طول مشخصي، به‌طور ذاتي، به عنوان معكوس‌گر بار توپولوژيكي براي مدهاي مرتبه‌ي زوج OAM عمل مي‌كنند و در همان طول مدهاي مرتبه‌ي فرد را بدون تغيير عبور مي‌دهند. با توجه به اهميت ويژگي كشف شده و كاربرد آن در مخابرات كلاسيكي براي همتافتگري/واتافتگري، سودهي و مرتب‌كنندگي مدها و همچنين، در مخابرات كوانتومي براي رمزنگاري امن داده، افزاره‌اي مجتمع با هدف دارا بودن ويژگي ذكر شده براي مدهاي مرتبه‌ي فرد، نيز ارائه شده است. نتايج شبيه‌سازي‌ها نشان مي‌دهد تبديل مدي در ساختارهاي MMI با خلوص بالايي امكان‌پذير است (تا 94٪ براي مدهاي مرتبه اول و 92٪ براي مدهاي مرتبه دوم).
در مورد مدوله‌سازي فعال، مدوله‌سازهاي الكترواپتيك (EOM) كه به عنوان ستون فقرات ارتباطات جديد شناخته مي‌شوند، مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. يكي از محبوب‌ترين مواد مورد استفاده در افزاره‌هاي الكترواپتيك، ليتيوم نايوبيت (LN) است. مدوله‌سازهاي معمولي مبتني بر LN معمولاً بر روي بلورهاي توده‌‌اي LN كه از اندازه مد نوري بزرگ يا محصورسازي نوري ضعيف رنج مي‌برند، پياده‌سازي مي‌شوند. امروزه، LN لايه نازك (TFLN) با ضخامت كنترل شده، اين فرصت را براي توليد مدوله‌سازهايي با محصورسازي مدي تنگ و افت كم در پيكربندي‌هاي بسيار فشرده‌تر فراهم كرده است. در همين راستا، در اين رساله به بيان خلاصه‌اي جامع در مورد ويژگي‌هاي LN و همچنين، EOM هاي مبتني بر TFLN و روش‌هاي ساخت آن پرداخته شده است. همچنين با بازنگري روابط رياضي مربوط به آنها، فرمول‌بندي تعميم‌يافته‌اي براي طراحي و ساخت اين مدوله‌سازها معرفي شده است. علاوه‌براين، مرور جامعي از منابعي كه تا كنون، ساخت EOM هاي مبتني بر TFLN را ارائه كرده‌اند، همراه با مقايسه‌ي عملكرد آنها با يكديگر، ارائه شده است و بر اساس آن، طرح‌هاي رايجي كه گروه‌هاي تحقيقاتي مختلف براي طراحي آنها استفاده مي‌كنند، استخراج شده است. پس از آن، ملاحظات طراحي اين مدوله‌سازها معرفي شده و تأثير هر يك از آنها با استفاده از نتايج حاصل از شبيه‌سازي مورد بحث قرار گرفته است.
شماره ركورد
219333
گرايش رشته تحصيلي
مخابرات
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان