Κατέβασμα παρουσίασης
Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε
1
ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΠΤΙΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΦΩΤΟΝΙΚΩΝ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ Οι φωτονικοί κρύσταλλοι αποτελούν πρόσφατα αντικείμενο έντονης έρευνας και αναμένεται να βρουν πολυάριθμες εφαρμογές τα επόμενα χρόνια. Ως φωτονικό κρύσταλλο χαρακτηρίζουμε κάθε περιοδική (κρυσταλλική) συστοιχία από διηλεκτρικά υλικά με διαφορετικούς δείκτες διάθλασης. Ανάλογα με την φύση της περιοδικότητας οι φωτονικοί κρύσταλλοι κατηγοριοποιούνται σε μονοδιάστατους (1D), δισδιάστατους (2D) και τρισδιάστατους (3D) όπως φαίνεται και στο σχήμα 1. Οι φωτονικοί κρύσταλλοι αποτελούν το οπτικό ανάλογο των συνήθων κρυστάλλων, κατά το οποίο το περιοδικό «δυναμικό» οφείλεται στο πλέγμα των διηλεκτρικών υλικών που αποτελούν τον κρύσταλλο. Με κατάλληλη επιλογή των υλικών τα φωτόνια παρουσιάζουν παρόμοια συμπεριφορά με τα ηλεκτρόνια των συνήθων κρυστάλλων και επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο του φωτός. Οι φωτονικοί κρύσταλλοι έχουν επομένως την ιδιότητα να συγκεντρώνουν το φως σε μία μικρή περιοχή εξαιτίας της μεγάλης διαφοράς των δεικτών διάθλάσης των υλικών της δομής. Αφαιρώντας μία σειρά υλικών κατασκευάζουμε ένα κυματοδηγό ο οποίος μπορεί να οδηγεί το φως και (εξαιτίας της μεγάλης διαφοράς των δεικτών διάθλασης) να διαθέτει γωνίες όπως δείχνει και το σχήμα 2. Σχήμα 1: Φωτονικοί κρύσταλλοι α) Μονοδιάστατοι, β) Δισδιάστατοι και γ) Τρισδιάστατοι ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ - ΧΡΗΣΗ ΦΩΤΟΝΙΚΩΝ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ Οι δισδιάστατοι φωτονικοί κρύσταλλοι, σχήμα 3(α), προσφέρουν περιορισμό της οπτικής ισχύος σε δύο διαστάσεις κατασκευάζονται πιο εύκολα από τους τρισδιάστατους. Οι τρισδιάστατοι φωτονικοί κρύσταλλοι, σχήμα 3(β), επιτρέπουν τον περιορισμό του φωτός και στις τρεις διαστάσεις και αυξάνουν περαιτέρω την πυκνότητα ολοκλήρωσης. Σχήμα 3: Παραδείγματα υλοποίησης φωτονικών κρυστάλλων σε δύο και τρεις διαστάσεις. Σχήμα 4: Ένα παράδειγμα οπτικού φίλτρου με τη χρήση τεχνολογίας οπτικών κρυστάλλων (α)(β)(γ) Σχήμα 2: Ένα παράδειγμα κυματοδηγού ο οποίος παρουσιάζει απότομη στροφή (90 ο ) Χρησιμοποιώντας φαινόμενα οπτικής σύζευξης μπορούμε να σχεδιάσουμε και οπτικά φίλτρα όπως φαίνεται στο σχήμα 4. Ανάλογα με την συχνότητα του, το φως κατευθύνεται είτε στην πάνω η στην κάτω έξοδο του φίλτρου. Ο ισχυρός περιορισμός του φωτός ευνοεί και την ανάπτυξη μη γραμμικών φαινομένων στους κυματοδηγούς φωτονικών κρυστάλλων. Τα μη γραμμικά φαινόμενα βρίσκουν εφαρμογή σε διάφορες λειτουργίες όπως η μετατροπή μήκους κύματος, η αμιγώς οπτική αναγέννηση σήματος και η κατασκευή οπτικών λογικών πυλών. Σημαντικό πλεονέκτημα των φωτονικών κρυστάλλων ως προς την εκμετάλλευση των μη γραμμικών φαινομένων είναι η μείωση της απαιτούμενης ισχύος. ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΖΕΥΚΤΗ ΦΩΤΟΝΙΚΩΝ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ Η τεχνολογία φωτονικών κρυστάλλων επιτρέπει την κατασκευή οπτικών συζευκτών πολύ μικρών διαστάσεων. Στα πλαίσια της έρευνας αναπτύχθηκαν κατάλληλα εργαλεία (στηριζόμενα στις μεθόδους Finite Difference Time Domain – FDTD και Finite Elements - FEM) για την προσομοίωση φωτονικών κρυστάλλων. Στο σχήμα 5 φαίνεται ένα στιγμιότυπο από την προσομοίωση (FDTD) ενός οπτικού συζεύκτη (coupler). Η διάταξη αυτή είναι χρήσιμη για την πολυπλεξία και αποπολυπλεξία του σήματος. Σχήμα 5: Ένα παράδειγμα προσομοίωσης ενός διαχωριστή ισχύος (splitter). Κύριες Δημοσιεύσεις M. Mamalis, D. Varoutas, A. Chipouras and Th. Kamalakis, "Simple Design Of Photonic Crystal MMI Couplers", WSEAS Trans Comm., Vol.2, pp 334-337, Jul 2003 «ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΦΩΤΟΝΙΚΩΝ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ» Επιστημονικός Υπεύθυνος: Θ. Σφηκόπουλος Κύριοι Ερευνητές: Θ. Καμαλάκης, Δ. Βαρουτάς, Μ. Μάμαλης και Ι. Γκότσης (α) (β) N. Electric Field x(μm) x(m) Xy(m) Χρηματοδότηση Η έρευνα χρηματοδοτείται μερικώς από το έργο ΠΥΘΑΓΟΡΑΣ του ΕΠΕΑΕΚΙΙ
Παρόμοιες παρουσιάσεις
