Performance of 2D photonic crystal fiber on optical waveguide algorithm

• Autorzy: Karamifard Mozhdeh , Garoosi Hamed , Hosseini-Jebelli Seyed Mahdi

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.11.29

Warianty tytułu

PL

Wydajność światłowodu fotonicznego 2D w algorytmie falowodu optycznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The photonic crystal fibers (PCFs) are designed based on optical material by periodic changes in its dielectric constant, in which a wide platform of applications in numerous domains has been provided. Many optical communication devices that are designed on the PCFs have reported high throughput in their showing, by making a significant contribution in compactness, miniature sizes and fast switching, which compose of alternate high and low refractive index materials. In this study, the PCF and the effects of translational symmetry on their properties are introduced. Two dimensional photonic crystals (2D-PC) are studied in detail, and a new method for scattering photons off finite and infinite PCFs is developed. In this regard, the conventional fabrication methods of PCFs have been studied and a new technique for vertical etching of Polyethylene Terephthalate (PET) by ultraviolet radiation has been introduced as a powerful and economical method to implement these structures. Also, the potential of the method for fabricating higher precision and smaller dimensions has been examined. To ensure the accuracy of the proposed method, simulation was carried out using Matlab software, in which the magnitude of the light source and then the angular impact of the UV irradiation beams are investigated. In this study, the finite difference time domain (FDTD) method is accomplished for analysis of photonic-band gap (PBG) -based polarization.

PL

Światłowody fotoniczne (PCF) są projektowane w oparciu o materiał optyczny poprzez okresowe zmiany jego stałej dielektrycznej, co zapewnia szeroką platformę zastosowań w wielu dziedzinach. Wiele optycznych urządzeń komunikacyjnych zaprojektowanych na PCF odnotowało wysoką przepustowość podczas ich wyświetlania, wnosząc znaczący wkład w zwartość, miniaturowe rozmiary i szybkie przełączanie, które składają się z naprzemiennych materiałów o wysokim i niskim współczynniku załamania światła. W tym badaniu przedstawiono PCF i wpływ symetrii translacyjnej na ich właściwości. Szczegółowo badane są dwuwymiarowe kryształy fotoniczne (2D-PC) i opracowywana jest nowa metoda rozpraszania fotonów na skończonych i nieskończonych PCF. W związku z tym zbadano konwencjonalne metody wytwarzania PCF i wprowadzono nową technikę pionowego trawienia politereftalanu etylenu (PET) za pomocą promieniowania ultrafioletowego jako wydajną i ekonomiczną metodę wdrażania tych struktur. Zbadano również potencjał metody do wytwarzania wyrobów o większej precyzji i mniejszych gabarytach. Aby zapewnić dokładność proponowanej metody, przeprowadzono symulację z wykorzystaniem oprogramowania Matlab, w którym bada się wielkość źródła światła, a następnie kątowe oddziaływanie wiązek promieniowania UV. W tym badaniu metoda domeny różnic skończonych w dziedzinie czasu (FDTD) została wykorzystana do analizy polaryzacji opartej na fotonicznej przerwie wzbronionej (PBG).

Słowa kluczowe

EN

photonic crystal fiber; PCF; triangular lattice array; polyethylene terephthalate; PET; FDTD method

PL

fotoniczne włókno krystaliczne; PCF; trójkątna siatka kratowa; politereftalan etylenu; PET; metoda FDTD

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 11
• Strony: 170--174
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys.

Twórcy

autor

Karamifard Mozhdeh

• Department of Physics, Aliabad Katoul Branch, Islamic Azad University, Aliabad Katoul, Iran

• https://orcid.org/0000-0002-4367-975X

autor

Garoosi Hamed

• Babol Noshiravani University of Technology, Babol, Iran

autor

Hosseini-Jebelli Seyed Mahdi

• Department of Electrical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran

Bibliografia

• [1] Villeneuve P. R. and Piche M., “Photonic band gaps in two-dimensional square and hexagonal lattices”, Phys. Rev. B, vol. 46, (1992), pp: 4969-4972.
• [2] Sinha R.K., Kalra Y., “Design of optical waveguide polarizer using photonic band gap”, Optics express, vol. 14, no. 22, (2006), pp: 10790-10794.
• [3] Qiu M., “Band gap effects in asymmetric photonic crystal slabs”, Physical Review B, vol. 66, no. 3, 033103, (2002).
• [4] Karamifard M., “Assessment of Photonic Crystal Fibers for Dispersion Factor of Different Structure”, Journal of Applied Dynamic Systems and Control, vol. 5, no. 1, (2022), pp: 21-25.
• [5] Dharchana T., Sivanantharaja A. and Selvendran S., “Design of pressure sensor using 2D photonic crystal”, Advances in Natural and Applied Sciences, vol. 11, no. 7, (2017), pp: 26–30.
• [6] Mallika C. S., Bahaddur I., Srikanth P. C. and Sharan P., “Photonic crystal ring resonator structure for temperature measurement”, Optik, vol. 126, no. 20, (2015), pp: 2252–2255.
• [7] Robinson S. and Nakkeeran R., “Photonic crystal ring resonator-based add drop filters: a review”, SPIE, vol. 52, no. 6, (2013), pp: 1–15.
• [8] Tripathy S. K., Sahu S., Mohapatro C., Dash S. P., “Implementation of optical logic gates using closed packed 2D-photonic crystal structure”, Optics Communications, vol. 285, no. 13, (2012), pp: 3234-3237.
• [9] Sreenivasulu T., Rao V., Badrinarayana T., Hegde G. K. and Srinivas T., “Photonic crystal ring resonator based force sensor: design and analysis”, Optik, vol. 155, (2018), pp: 111– 120.
• [10] Shanthi K. V. and Robinson S., “Two-dimensional photonic crystal based sensor for pressure sensing”, Photonic Sensors, vol. 4, no. 3, (2014), pp: 248–253.
• [11] Hocini A. and Harhouz A., “Modeling and analysis of the temperature sensitivity in two dimensional photonic crystal microcavity”, Journal of Nanophotonics, vol. 10, no. 1, (2016), pp: 016007-016010.
• [12] Radhouene M., Chhipa M. K., Najjar M., Robinson S. and Suthar B., “Novel design of ring resonator based temperature sensor using photonics technology”, Photonic Sensors, vol. 7, no. 4, (2017), pp: 1–6.
• [13] Gharaati A. and Zahraei S. H., “Band structure engineering in 2D photonic crystal waveguide with rhombic cross-section elements”, Advances in Optical Technologies, (2014), doi.org/10.1155/2014/780142.
• [14] Naznin S., Karim S. T., Tisa R. T. and Farhad M. A., “Design and simulation of all optical logic gates based on 2D photonic crystal fiber”, International Conference on Electrical Engineering and Information Communication Technology (ICEEICT), (2015), pp: 1-5. IEEE.
• [15] Divya S., Sivanantharaja A., Selvendran S., “Designing of All Optical NAND Gate Based On 2D Photonic Crystal”, Advances in Natural and Applied Sciences, vol. 11, no. 7, (2017), pp: 36- 40.
• [16] Venkatachalam K., Robinson S. and Sriram Kumar D., “Design and analysis of dual ring resonator based 2D-photonic crystal WDDM”, AIP Conference Proceedings, vol. 1849, Iss. 1, (2017). Doi:10.1063/1.4984163.
• [17] Fakouri-Farid V., Andalib A., “Design and simulation of an all optical photonic crystal-based comparator”, Optik, vol. 172, (2018), pp: 241-248.
• [18] Jayabarathan J. K., Subhalakshmi G., Robinson S., “Performance Evaluation of Two Dimensional Photonic Crystal Based All Optical AND/OR Logic Gates”, Journal of Optical Communications, vol. 42, no. 3, (2018), pp: 397-407. DOI: 10.1515/joc-2018-0105.
• [19] Shaik E. H. & Rangaswamy N., “Design of photonic crystal-based all-optical AND gate using T-shaped waveguide”, Journal of Modern Optics, vol. 63, no. 10, (2016), pp: 941-949.
• [20] Ji X., Lei S., Yu S. Y., Cheng H. Y., Liu W., Poilvert N. & Gopalan V., “Single-crystal silicon optical fiber by direct laser crystallization”, ACS Photonics, vol. 4, no. 1, (2017), pp: 85-92.
• [21] Divya S., Sivanantharaja Avaninathan, Selvendran S., “Designing of All Optical NAND Gate Based On 2D Photonic Crystal,” Advances in Natural and Applied Sciences, vol. 11, no. 7, (2017), pp: 36-40.
• [22] Lakshminarayanan V. & Bhattacharya I., “Advances in Optical Science and Engineering”, Springer Proceedings in Physics, vol. 166, (2014), pp: 533-539.
• [23] Tremblay R., Doyon N. & Beaudoin-Bertrand J., “TE-TM Electromagnetic modes and states in quantum physics”, (2016), arXiv preprint arXiv:1611.01472, Nov.
• [24] Vitiello M. S., Nobile M., Ronzani A., Tredicucci A., Castellano F., Talora V. & Davies A. G., “Photonic quasi-crystal terahertz lasers”, Nature Communications, vol. 5, no. 1, (2014), pp: 1-8.
• [25] Dalir H., Xia Y., Wang Y. & Zhang X., “Athermal broadband graphene optical modulator with 35 GHz speed”, ACS photonics, vol. 3, no. 9, (2016), pp: 1564-1568.
• [26] Arafa S., Bouchemat M., Bouchemat T., Benmerkhi A. and Hocini A., “Infiltrated photonic crystal cavity as a highly sensitive platform for glucose concentration detection”, Optics Communication, vol. 384, (2017), pp: 93–100.
• [27] Ballisti R. & Hafner C., “The multiple multipole method in electro-and magnetostatic problems”, IEEE Transactions on Magnetics, vol. 19, no. 6, (1983), pp: 2367-2370.
• [28] Hafner C., “The generalized multipole technique for computational electromagnetics”, Artech, (1990). Online Available: https://www.researchgate.net/publication/44461509_The_Gene ralized_Multipole_Technique_Computational_Electromagnetics ]