Thiết kế buồng cộng hưởng quang học cho hệ dao động quang điện tử

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: HỆ PHÁT DAO ĐỘNG QUANG ĐIỆN TỬ VÀ BỘ QUANG HỌC

1.1. Hệ phát dao động quang điện tử OEO

1.2. Cấu tạo, nguyên lý và đặc tính quan trọng

1.2.1. Bộ trễ quang học

1.2.2. Bộ trễ quang học sử dụng sợi quang

1.2.3. Bộ trễ quang học sử dụng các buồng cộng hưởng WGM

1.3. CÁC ĐẶC TÍNH VÀ ỨNG DỤNG CỦA TINH THỂ QUANG TỬ

1.3.1. Phương trình truyền sóng trong tinh thể quang tử

1.3.2. Vùng cấm quang tử

1.3.3. Dựa theo sự nhiễu xạ ánh sáng trên gương Bragg

1.3.4. Dựa theo lý thuyết biến phân

1.3.5. Dựa theo sự tương quan giữa vùng cấm electron trong chất bán dẫn và vùng cấm quang tử trong tinh thể quang tử

1.3.6. Cấu trúc vùng của tinh thể quang tử 2D

1.3.7. Sai hỏng điểm: Buồng cộng hưởng tinh thể quang tử

1.3.8. Sai hỏng đường: Mạch dẫn sóng tinh thể quang tử

1.3.9. Sợi tinh thể quang tử

1.4. PHẦN MỀM TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG

1.4.1. Phần mềm mô phỏng MPB

1.4.2. Phương pháp mở rộng sóng phẳng (PWE)

1.4.3. Xây dựng file ctl để khảo sát bài toán mô phỏng

1.4.4. Phần mềm mô phỏng MEEP

1.4.5. Phương pháp sai phân hữu hạn trong miền thời gian (FDTD)

1.4.6. Xây dựng file ctl để khảo sát tinh thể quang tử

1.5. KHẢO SÁT VÀ TỐI ƯU HÓA CÁC ĐẶC TÍNH QUANG HỌC CỦA BUỒNG CỘNG HƯỞNG TINH THỂ QUANG TỬ WGM

1.5.1. Tối ưu hóa các thông số mạng

1.5.2. Xác định cấu trúc vùng của tinh thể quang tử không sai hỏng

1.5.3. Buồng cộng hưởng tinh thể quang tử WGM (Tinh thể quang tử có sai hỏng lục giác H2)

1.5.3.1. Cấu trúc vùng và sự phân bố điện trường trong sai hỏng H2

1.5.3.2. Độ truyền qua T và hệ số Q của sai hỏng H2 trước khi hiệu chỉnh

1.5.3.3. Tinh thể quang tử sai hỏng H2 sau khi hiệu chỉnh

1.5.3.4. Hiệu chỉnh tính đối xứng của sai hỏng

1.5.3.5. Hiệu chỉnh bán kính các lỗ lân cận của sai hỏng

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

DANH MỤC CÁC BẢNG

MỞ ĐẦU

I. Giới thiệu về hệ dao động quang điện tử và buồng cộng hưởng quang học

Luận văn tập trung vào thiết kế buồng cộng hưởng quang học cho hệ dao động quang điện tử (OEO), một hệ thống quan trọng trong việc tạo ra tín hiệu vi sóng chất lượng cao. Buồng cộng hưởng quang học đóng vai trò trung tâm trong việc cải thiện hiệu suất của hệ OEO bằng cách tăng hệ số phẩm chất Q và giảm nhiễu pha. Luận văn sử dụng tinh thể quang tử để thiết kế buồng cộng hưởng, nhằm tối ưu hóa các đặc tính quang học và nâng cao hiệu suất của hệ OEO.

1.1. Hệ dao động quang điện tử OEO

Hệ OEO là một hệ thống chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành tín hiệu vi sóng, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng truyền thông và radar. Buồng cộng hưởng quang học trong hệ OEO giúp tăng thời gian trễ ánh sáng, từ đó cải thiện chất lượng tín hiệu. Luận văn đề xuất sử dụng tinh thể quang tử thay thế cho các buồng cộng hưởng truyền thống, nhờ khả năng tạo ra hệ số Q cao và mất mát thấp.

1.2. Tinh thể quang tử và ứng dụng

Tinh thể quang tử là vật liệu có cấu trúc tuần hoàn, tạo ra vùng cấm quang tử và cho phép ánh sáng truyền qua tại các tần số cộng hưởng. Luận văn nghiên cứu cộng hưởng quang học trong tinh thể quang tử để thiết kế buồng cộng hưởng tối ưu. Các phương pháp mô phỏng như FDTD và PWE được sử dụng để phân tích và tối ưu hóa cấu trúc tinh thể quang tử.

II. Phương pháp nghiên cứu và mô phỏng

Luận văn sử dụng các phần mềm MEEP và MPB để mô phỏng và phân tích cộng hưởng quang học trong tinh thể quang tử. Phương pháp FDTD được áp dụng để tính toán sự phân bố điện trường và hệ số Q, trong khi PWE được sử dụng để xác định cấu trúc vùng cấm quang tử. Các kết quả mô phỏng giúp tối ưu hóa cấu trúc buồng cộng hưởng, đặc biệt là với sai hỏng lục giác H2.

2.1. Phần mềm MEEP và MPB

MEEP là công cụ mô phỏng dựa trên phương pháp FDTD, cho phép phân tích sự lan truyền sóng điện từ trong tinh thể quang tử. MPB sử dụng phương pháp PWE để tính toán cấu trúc vùng cấm quang tử. Hai phần mềm này được kết hợp để tối ưu hóa cấu trúc buồng cộng hưởng và đánh giá hiệu suất của hệ OEO.

2.2. Tối ưu hóa cấu trúc tinh thể quang tử

Luận văn tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc tinh thể quang tử với sai hỏng lục giác H2. Bằng cách điều chỉnh kích thước và vị trí các lỗ khí, hệ số Q của buồng cộng hưởng được nâng cao lên đến 16000. Kết quả mô phỏng cho thấy sự cải thiện đáng kể trong hiệu suất của hệ OEO.

III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Luận văn đã thành công trong việc thiết kế buồng cộng hưởng quang học dựa trên tinh thể quang tử, với hệ số Q cao và mất mát thấp. Các kết quả mô phỏng cho thấy khả năng ứng dụng của buồng cộng hưởng này trong việc cải thiện chất lượng tín hiệu vi sóng của hệ OEO. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc phát triển các hệ thống truyền thông và radar hiện đại.

3.1. Cải thiện hệ số Q

Bằng cách tối ưu hóa cấu trúc tinh thể quang tử, luận văn đã nâng cao hệ số Q của buồng cộng hưởng lên 16000. Điều này giúp giảm nhiễu pha và tăng độ ổn định của tín hiệu vi sóng, mang lại hiệu suất cao cho hệ OEO.

3.2. Ứng dụng trong truyền thông

Buồng cộng hưởng quang học dựa trên tinh thể quang tử có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền thông, radar và liên kết vệ tinh. Kết quả nghiên cứu mở ra hướng phát triển mới cho các công nghệ truyền thông hiện đại.

Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý Kỹ Thuật: Thiết Kế Buồng Cộng Hưởng Quang Học Cho Hệ Dao Động Quang Điện Tử