(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 كلی موجبرهای دی الكتریك…. 20

2-4-1- موجبر تخت… 21

2-5- بازتابنده های براگ… 30

2-6-مولكولهای آزو 32

2-5-1- تحرك و بازآرایی نوری مولكولهای 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 بهره گرفتن 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 بهره گرفتن از شبکه های فیبر نوری است. این مشکل در طی دو دهة 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 بهره گرفتن 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 بهره گرفتن 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 بهره گرفتن 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 حلقة فنیل است که از طریق یک پیوند دوگانة N=N به هم متصل هستند[6]. اصطلاح آزو برای دستة وسیعی از ملکولها به کار برده می شود که همگی آنها دارای هسته مشترک azobenzene هستند. از جملة 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]