I. Tổng quan về tinh thể quang tử và cộng hưởng dẫn sóng
Chương này giới thiệu tổng quan về tinh thể quang tử (PCs) và cộng hưởng dẫn sóng (GMRs). Tinh thể quang tử là cấu trúc tuần hoàn của các vật liệu có chiết suất khác nhau, tạo ra vùng cấm quang. Cộng hưởng dẫn sóng là hiện tượng ghép cặp cộng hưởng giữa bức xạ bên ngoài và các mode dẫn sóng trong cấu trúc cách tử. Luận văn tập trung vào tinh thể quang tử một chiều (1D) do tính đơn giản và khả năng ứng dụng cao trong các linh kiện quang tử.
1.1. Khái niệm về tinh thể quang tử
Tinh thể quang tử là cấu trúc tuần hoàn của các vật liệu có chiết suất khác nhau, tạo ra vùng cấm quang. Các photon không thể truyền qua vùng cấm này, cho phép điều khiển ánh sáng. Tinh thể quang tử một chiều (1D) là cấu trúc đơn giản nhất, gồm các lớp vật liệu xen kẽ với chiết suất khác nhau. Cấu trúc này được ứng dụng trong laser, bộ lọc quang học và các linh kiện quang tử khác.
1.2. Cộng hưởng dẫn sóng
Cộng hưởng dẫn sóng (GMRs) là hiện tượng ghép cặp cộng hưởng giữa bức xạ bên ngoài và các mode dẫn sóng trong cấu trúc cách tử. Hiện tượng này dựa trên phản xạ Bragg, xảy ra khi ánh sáng phản xạ hoàn toàn tại một góc và bước sóng cụ thể. GMRs được ứng dụng trong các linh kiện quang tử như điốt phát quang, laser và cảm biến sinh học.
II. Phương pháp tính toán và mô phỏng
Chương này trình bày các phương pháp tính toán và mô phỏng được sử dụng trong luận văn. Lý thuyết dẫn sóng cộng hưởng (RCWT) và phương pháp sai phân hữu hạn trong miền thời gian (FDTD) là hai phương pháp chính được áp dụng để nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng dẫn sóng trong các cấu trúc tinh thể quang tử một chiều.
2.1. Lý thuyết dẫn sóng cộng hưởng RCWT
Lý thuyết dẫn sóng cộng hưởng (RCWT) là phương pháp tính toán chính xác hiện tượng cộng hưởng dẫn sóng trong các cấu trúc cách tử. Phương pháp này cho phép phân tích sự tương tác giữa ánh sáng và cấu trúc cách tử, từ đó xác định các thông số như hệ số phản xạ và truyền qua.
2.2. Phương pháp sai phân hữu hạn trong miền thời gian FDTD
Phương pháp sai phân hữu hạn trong miền thời gian (FDTD) được sử dụng để mô phỏng sự lan truyền của sóng điện từ trong các cấu trúc tinh thể quang tử. Phương pháp này cho phép tính toán các thông số như cường độ điện trường và từ trường tại các thời điểm khác nhau, giúp hiểu rõ hơn về hiện tượng cộng hưởng dẫn sóng.
III. Cộng hưởng dẫn sóng trong cấu trúc đơn cách tử và ghép cặp cách tử
Chương này tập trung nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng dẫn sóng trong các cấu trúc đơn cách tử và ghép cặp cách tử. Các kết quả mô phỏng và tính toán cho thấy sự khác biệt về đặc trưng cộng hưởng giữa hai cấu trúc này, từ đó đề xuất các ứng dụng trong linh kiện quang tử.
3.1. Cộng hưởng dẫn sóng trong cấu trúc đơn cách tử
Cộng hưởng dẫn sóng trong cấu trúc đơn cách tử được nghiên cứu thông qua các thông số như hệ số phản xạ và truyền qua. Kết quả cho thấy hiện tượng cộng hưởng xảy ra tại các bước sóng cụ thể, phụ thuộc vào cấu trúc và vật liệu của cách tử.
3.2. Cộng hưởng dẫn sóng trong cấu trúc ghép cặp cách tử
Cộng hưởng dẫn sóng trong cấu trúc ghép cặp cách tử được nghiên cứu để tìm hiểu sự tương tác giữa hai cách tử. Kết quả cho thấy sự thay đổi đáng kể trong phổ phản xạ và truyền qua, từ đó đề xuất các ứng dụng trong các linh kiện quang tử có hiệu suất cao.
IV. Linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định
Chương này nghiên cứu linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định dựa trên hiện tượng cộng hưởng dẫn sóng trong cấu trúc đơn cách tử. Các kết quả cho thấy khả năng ứng dụng của các linh kiện này trong các mạch vi quang điện tử tích hợp, với tốc độ xử lý nhanh và tiêu thụ ít năng lượng.
4.1. Nguyên lý lưỡng ổn định quang học
Nguyên lý lưỡng ổn định quang học được nghiên cứu để hiểu rõ hoạt động của các linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định. Các linh kiện này có khả năng chuyển đổi giữa hai trạng thái ổn định dưới tác động của ánh sáng, từ đó ứng dụng trong các bộ nhớ quang học và chuyển mạch quang.
4.2. Nâng cao hiệu suất linh kiện quang tử
Các phương pháp nâng cao hiệu suất của linh kiện quang tử được nghiên cứu, bao gồm việc sử dụng màng mỏng kim loại để tăng hệ số phẩm chất và giảm cường độ quang đầu vào. Các kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể trong hiệu suất và độ ổn định của các linh kiện quang tử.
