Νανοφωτονικές Διατάξεις Αργού Φωτός Με Εφαρμογή Στις Τηλεπικοινωνίες

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή μελετάει το σχεδιασμό επίπεδων κυματοδηγών φωτονικών κρυστάλλων για τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές. Προτείνεται η μοντελοποίηση των κυματοδηγών φωτονικών κρυστάλλων σύμφωνα με τη μέθοδο επιπέδων κυμάτων, η υλοποίηση της οποίας σε τρεις διαστάσεις περιγράφεται εκτενώς. Μελετάται ο σχεδιασμός των γεωμετρικών χαρακτηριστικών των κυματοδηγών φωτονικών κρυστάλλων και οι βελτιώσεις που μπορεί να επιφέρει σε διάφορα γραμμικά και μη-γραμμικά φαινόμενα, εστιασμένα γύρω από τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές. Παρουσιάζεται η συμπεριφορά του σχεδιασμού των γεωμετρικών χαρακτηριστικών του επίπεδου κυματοδηγού φωτονικών κρυστάλλων ως προς την καθυστέρηση οπτικών παλμών συμπεριλαμβανομένων των γραμμικών απωλειών και των φαινομένων διασποράς. Στη μελέτη συμπεριλαμβάνεται η μελέτη σολιτονιακών παλμών καθώς και η επίδραση της αρχικής τους ισχύος στις επιπτώσεις των φαινομένων διασποράς. Προτείνεται ένας νέος δείκτης βελτιστοποίησης της αποθηκευτικής ικανότητας των κυματοδηγών φωτονικών κρυστάλλων ικανός να συμπεριλάβει φαινόμενα απωλειών και διασποράς που θα υπόκεινται το οπτικό σήμα. Παρουσιάζονται σχεδιασμοί φωτονικών κρυστάλλων με βελτιωμένες επιδόσεις αποθηκευτικής ικανότητας. Επίσης παρουσιάζεται μία συστηματική μελέτη εντοπισμού του βέλτιστου σχεδιασμού συμπεριλαμβάνοντας μέχρι και δέκα σχεδιαστικές παραμέτρους ταυτόχρονα, καταλήγοντας στο βέλτιστο σχεδιασμό για διάφορα εύρη οπτικών σημάτων. Επιπλέον προτείνονται δύο νέοι δείκτες βελτιστοποίησης των επιδόσεων των κυματοδηγών φωτονικών κρυστάλλων ως προς το φαινόμενο της μίξης τεσσάρων κυμάτων. Για το σκοπό αυτό παρουσιάστηκαν ημιαναλυτικές εκφράσεις της απόδοσης του φαινομένου της μίξης τεσσάρων κυμάτων συμπεριλαμβανομένων λοιπών γραμμικών και μη-γραμμικών φαινομένων. Οι νέοι δείκτες βελτιστοποίησης, εκτός από το ευρέως διαδεδομένο δείκτη απόδοσης, συμπεριλαμβάνουν το εύρος ζώνης αλλά και την συχνοτική απόσταση των εμπλεκόμενων κυμάτων. Επίσης ο παράγοντας της οπτικής ισχύος του κύματος αντλίας αλλά και το μήκος του κυματοδηγού συμπεριλαμβάνονται στη διαδικασία σχεδιασμού δίνοντας πιο ρεαλιστικά αποτελέσματα. Παρουσιάζονται βέλτιστοι σχεδιασμοί φωτονικών κρυστάλλων οι οποίοι παρέχουν υψηλές επιδόσεις του φαινομένου της μίξης τεσσάρων κυμάτων, μεταβάλλοντας μέχρι και δέκα σχεδιαστικές παραμέτρους ταυτόχρονα.