استفاده از روش رگراسیون خطی جهت ارائه رابطه ریاضی به منظور بررسی باند ممنوعه طول موجی در ساختارهای فوتونی جهت استفاده در طراحی ادوات الکترونیک نوری

مهندسی مخابرات جنوب

دوره 11، شماره 43، فروردین 1401، صفحه 57-68   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/jce.2022.690857

نویسندگان

مژگان جواهرنیا^{* 1}؛ ساحل جواهرنیا²

¹گروه ریاضی، دانشکده علوم پایه، واحد شبستر، دانشگاه آزاد اسلامی، شبستر، ایران

²گروه برق، دانشکده فنی مهندسی، واحد صوفیان، دانشگاه آزاد اسلامی، صوفیان، ایران

چکیده

بلورهای فتونی یکی از رایج ترین ساختارها برای طراحی و پیاده‌سازی مدارهای الکترونیک نوری هستند. باند ممنوعه فوتونی در این ساختارها از اهمیت بالایی برخوردار است. رایج ترین روش های ریاضی برای تحلیل و محاسبه نمودارهای باند فوتونی و استخراج باند ممنوعه فوتونی بلور‌های فوتونی روش بسط امواج تخت است. این روش دارای پیچدگی‌های زیادی است که برای انجام محاسباتش نیاز به نرم افزارهای تجاری مخصوص است. در بلور‌های فوتونی دو بعدی دو پارامتر در باند ممنوعه فوتونی این بلور‌ها تاثیرگذار می‌باشند که ضریب شکست ماده دی‌الکتریک و نسبت شعاع حفره‌ها به ثابت شبکه بلور ( r/a ) هستند. در این مقاله با بهره گیری از ریاضیات و رگراسیون خطی روابط ساده‌تری برای استخراج محدوده باند فوتونی بلور های فوتونی ارائه شده است. مقایسه نتایج بدست آمده از روابط با نتایج بدست آمده با نرم افزار BandSOLVE برای بلور‌های فوتونی نشان می‌دهد که حداکثر اختلاف بین دو روش محاسبه برای fl و fu به ترتیب 007/0 و 028/0 بوده و میانگین اختلاف نیز به ترتیب 004/0 و 01/0 می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

روش بسط امواج تخت؛ رگرسیون؛ فوتونی؛ باند ممنوعه فوتونی؛ ساختار باند

مراجع

[1]         J. Chen, F. Mehdizadeh, M. Soroosh, and H. Alipour-Banaei, “A proposal for 5-bit all optical analog to digital converter using nonlinear photonic crystal based ring resonators,” Opt. Quantum Electron., vol. 53, no. 9, p. 510, 2021,doi:/10.1007/s11082-021-03166-6.

[2]         Z. A. Zaky and A. H. Aly, “Modeling of a biosensor using Tamm resonance excited by graphene,” Appl. Opt., vol. 60, no. 5, pp. 1411–1419, Feb. 2021,doi:/10.1364/AO.412896.

[3]         S. Johnson and J. Joannopoulos, “Block-iterative frequency-domain methods for Maxwell’s equations in a planewave basis,” Opt. Express, vol. 8, no. 3, p. 173, Jan. 2001, doi:/10.1364/OE.8.000173.

[4]         M. Baghbanzadeh and A. Andalib, “A novel proposal for PhC-based OADC for Gray code generation,” Photonics Nanostructures - Fundam. Appl., vol. 43, p. 100847, 2021, doi:/10.1016/j.photonics.2020.100847.

[5]         A. Taflove, Computational Electrodynamics: The Finite-difference Time-domain Method. Artech House, 1995,doi:/10.1007/978-1-4757-5124-6_3.

[6]         D. G. S. Rao, S. Swarnakar, and S. Kumar, “Design of photonic crystal based compact all-optical 2 × 1 multiplexer for optical processing devices,” Microelectronics J., vol. 112, p. 105046, 2021, doi:/10.1016/j.mejo.2021.105046.

[7]         A. Askarian, “Design and analysis of all optical half subtractor in 2D photonic crystal platform,” Optik (Stuttg)., vol. 228, no. April 2020, p. 166126, 2021, doi:/10.1016/j.ijleo.2020.166126.

[8]         M. Zavvari, “Design of Photonic Crystal-Based Demultiplexer with High-Quality Factor for DWDM Applications,” J. Opt. Commun., vol. 0, no. 0, 2017, doi:/10.1515/joc-2017-0058.

[9]         L. Zhu, F. Mehdizadeh, and R. Talebzadeh, “Application of photonic-crystal-based nonlinear ring resonators for realizing an all-optical comparator,” Appl. Opt., vol. 58, no. 30, pp. 8316–8321, Oct. 2019, doi:/10.1364/AO.58.008316.

[10]       R. Talebzadeh, M. Soroosh, Y. S. Kavian, and F. Mehdizadeh, “All-optical 6- and 8-channel demultiplexers based on photonic crystal multilayer ring resonators in Si/C rods,” Photonic Netw. Commun., vol. 34, pp. 248–257, Feb. 2017, doi:/10.1007/s11107-017-0688-x.

[11]       M. Youcef Mahmoud, G. Bassou, A. Taalbi, and Z. M. Chekroun, “Optical channel drop filters based on photonic crystal ring resonators,” Opt. Commun., vol. 285, no. 3, pp. 368–372, Feb. 2012,doi:/10.1016/j.optcom.2011.09.068.

[12]       S. M. Mirjalili and S. Z. Mirjalili, “Asymmetric Oval-Shaped-Hole Photonic Crystal Waveguide Design by Artificial Intelligence Optimizers,” IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., vol. 22, no. 2, pp. 258–264, 2016, doi:/10.1109/JSTQE.2015.2469760.

[13]       H. G. Teo, A. Q. Liu, J. Singh, M. B. Yu, and T. Bourouina, “Design and simulation of MEMS optical switch using photonic bandgap crystal,” Microsyst. Technol., vol. 10, no. 5, pp. 400–406, Aug. 2004, doi:/10.1007/BF02637111.