Photonic crystal based spectral filter devices for optical communication

Abstract

It is already foreseen that future integrated photonic circuits for ultra fast alloptical signal processing will require various types of functional elements that include spectral managements. Consequently, dynamical manipulations of the photonic crystals play an important role in order to route the optical signal between waveguide channels or may be among layers. Hence, in this study, photonic crystal based spectral filters are proposed for all-optical communication applications. Firstly, grating structures composed with Gaussian beam interference equation and stimulated by nonlinearity phenomenon in photonic crystal are studied. The grating structure exhibiting special features on transmission characteristics are shown. After that, idea is expanded with applying a realistic Gaussian beam source, and transient grating in nonlinear photonic crystal structure is considered. At this point, light wave interaction with nonlinear response time plays a significant role on the signal manipulation. So, the behavior of pulse propagation in the medium having the response of instantaneous nonlinearity (Kerr) is summarized. As a second aspect of this work, the optical resonator, which is essential functional block for filtering, modulating, buffering, switching in integrated optical circuits systems, is presented. Photonic crystal microcavity based dual-mode dual-band bandpass filter is designed and its transmission characteristics are investigated for various configurations. Photonic crystal resonator structure is formed by a point defect microcavity that is constituted with a large and three smaller auxiliary perturbation rods. Degenerate modes at each band may also be excited by changing the structure properties of the perturbation. The proposed photonic crystal spectral filters structure can effectively be used for optical communication applications.

Çok hızlı tamamen optik isaret isleme için gelecek nesil tümlesik fotonik devrelerin spektral yönetimler de dâhil olmak üzere çesitli tipte islevsel elemanları gerektirecegi öngörülmektedir. Bu nedenle, fotonik kristallerin dinamik islemesi dalga kılavuzu kanalları arasında ya da katmanlar arasında optik sinyalin yönlendirilmesi için önemli rol oynamaktadır. Dolayısıyla, bu çalısmada, tamamen optik haberlesme uygulamaları için fotonik kristale dayalı spektral filtreler önerilmistir. lk olarak, Gauss ısın girisim denklemi ile olusan ve fotonik kristalin dogrusal olmayan özelligini ile uyarılan ızgara yapıları incelenmistir. letim karakteristigi üzerine kendine özgü özellikler sergileyen ızgara yapısı gösterilmistir. Daha sonra, gerçege uygun Gauss ısın kaynagı uygulayarak fikir genisletilmis ve dogrusal olmayan fotonik kristal yapısında geçici ızgara ele alınmıstır. Bu noktada, ısık dalgasının dogrusal olmayan cevabı ile etkilesimi sinyal islemesi üzerinde önemli bir rol oynamaktadır. Bu nedenle, anlık dogrusal olmayan (Kerr) yanıta sahip ortamda darbe yayılma davranısı özetlenmistir. Daha sonra çalısmanın diger bir yönü olarak, tümlesik optik devre sistemlerinde filtreleme, modülasyon, bellege alma ve anahtarlama gibi uygulamalar için temel islevsel yapı olan optik rezonatör sunulmustur. Fotonik kristal mikro bosluk tabanlı çift modlu çift bandlı band geçiren filtre tasarlanmıs ve iletim karakteristikleri çesitli konfigürasyonlar için incelenmistir. Fotonik kristal rezonatör yapısı bir büyük ve daha küçük üç yardımcı pertürbasyon çubuklar ile meydana getirilmis noktasal kusur mikro bosluk ile olusturulmaktadır. Her bir banddaki dejenere modlar pertürbasyonun yapı özellikleri degistirilerek uyarılabilmektedir. Önerilen fotonik kristal spektral filtre yapıları optik haberlesme uygulamaları için etkin bir biçimde kullanılabilir.