الاستقطاب في الدوائر الضوئية المتكاملة

ملخص الدراسة:

تنبع أهمية دراسة الاستقطاب فى الدوائر الضوئية المتكاملة من تزايد استخدامها فى الشبكات الضوئية خاصة تلك التى تعتمد على تعدد الأطوال الموجية. لذلك تزداد أهمية دراسة التأثر بالاستقطاب نتيجة الإجهادات الميكانيكية و عدم تماثل الشكل. يعد اختلاف معامل الانكسار تبعا للاتجاه ذو تأثير كبير على أداء الدوائر الضوئية المتكاملة خاصة فى السرعات العالية و التى تتطلب تداخل موجات ذات استقطاب متعامد.

هذا و ينتج اختلاف معامل الانكسارمع الاتجاه بصورة طبيعية عن الشكل الغير متماثل للبلورات كما يمكن له أن يحدث بواسطة مؤثرات خارجية مثل عدم تماثل شكل موجه الموجات أو الاجهاد الناتج عن عمليات تبادل الأيونات في عملية التبادل الايوني الحراري حيث يؤدي هذا الاجهاد الى تغير معامل الانكسار تبعا للاتجاه فى موجه الموجات أحادى البعد و موجه الموجات ثنائى البعد.

نتيجة لهذا فان نمذجة الاستقطاب و التحكم فيه يعد هدفا هاما في الدوائر الضوئية المتكاملة و يخاصة تلك اللازمة للشبكات الضوئية المستقبلية. و قد كان هذا هو الدافع الرئيسي لتلك الرسالة حيث بدأ البحث باجراء بعض القياسات المعملية لاستنتاج الفروق فى معامل الانكسار نتيجة لاختلاف الاستقطاب الضوئ في موجهات الموجات المسطحة المصنعة باستخدام التبادل الايوني الحراري علي الزجاج كما تم قياس مقرن موجات مصنع على الزجاج و بيان تأثير الاستقطاب عليه.

       و عليه تمت دراسة تأثير الاجهادات الناتجة عن تبادل الأيونات على مقرن الموجات الموجه و تأثير الاستقطاب عليه و تم بناء نموذج رياضى يمكن من دراسة تأثيرات الاستقطاب على أداء الدوائر الضوئية المتكاملة و ذلك بالاعتماد علي معامل الانكسار المؤثر كما تمت مطابقة النتائج التى تم التوصل اليها باستخدام هذا النموذج مع تلك التي نحصل عليها باستخدام طريقة العناصر المحدودة و كذلك باستخدام طريقة انتشار الأشعة. كذلك فقد تم دراسة تأثير الاجهادات الناتجة عن عملية تبادل الأيونات على أداء موزع الاستقطاب المصنع بواسطة هذه الطريقة و تم اقتراح تصميم لمقرن موجات لا يعتمد على الاستقطاب.

كذلك فقد تم اقتراح تصميم لمحول استقطاب يمكن تصنيعه بواسطة التبادل الأيونى على الزجاج و عمل وجه جانبى مشطوف. تم تحليل المحول المقترح بواسطة نظام العناصر الحدودة حيث أدى التصميم المقترح الى تحويل الاستقطاب بزاوية 90 درجة باستخدام مقطع واحد مع زاوية شطف مرتفعة تبلغ حوالى 40 درجة. كذلك فقد تم اقتراح تصميم آخر يعتمد على استخدام كل من تأثير الشكل الفراغى و تأثير الاجهادات الناتجة عن تبادل الأيونات.

هذا وتتكون الرسالة من أربعة أبواب رئيسية. تبدأ الرسالة بمقدمة عن أهمية الاستقطاب فى الدوائر الضوئية المتكاملة ثم يقدم الباب الأول وصف انتشار الموجات فى الاوساط الغير متماثلة ضوئيا وكذلك فى موجه الموجات أحادى البعد في حالة اختلاف معامل الانكسار مع الاتجاه.

 يصف الباب الثانى التقنيات المختلفة لمحولات الاستقطاب مثل استخدام عدة مقاطع طولية أو استخدام موجه موجات مائل أو استخدام موجه موجات منحنى أو رنان حلقى أو استخدام التأثير الكهربائى الضوئى في موجهات الموجات.

 يوضح الباب الثالث النموذج الرياضى المقترح لحساب تأثر طول الاقتران فى مقرن الموجات نتيجة لتغير معامل الانكسار تبعا للاتجاه مع مقارنة النتائج التى تم التوصل اليها مع تلك الناتجة عن استخدام طريقة العناصر المحدودة و كذلك باستخدام طريقة انتشار الأشعة ثم يتم دراسة تأثير الاجهادات الناتجة عن عملية تبادل الأيونات على أداء موزع الاستقطاب المصنع بواسطة هذه الطريقة.

 يقدم الباب الرابع مقترحين لمحول استقطاب يتم تصنيعه بواسطة تبادل الأيونات على الزجاج حيث يتم تحويل كامل لاتجاه الاستقطاب بواسطة مقطع واحد.

 و فى الخاتمة يتم ابراز النتائج التى تم التوصل اليها في خلاصة البحث مع بيان الاضافات الممكنة اليه فى المستقبل.

As integrated optical components are increasingly applied into optical networks, their polarization sensitivity due to mechanical stress or geometrical induced anisotropy can be crucial. This is particularly true for Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) applications .

In this study, the effect of birefringence on slab waveguides and directional couplers are experimentally illustrated. The effective index method is used to obtain quantitative results evaluating the effect of birefringence on both the effective index and the coupling length of a symmetric directional coupler.

This study presents two designs for polarization converters on glass. The first structure is based on a polished slanted waveguide. The second structure makes use of both geometric birefringence and stress-induced birefringence due to ion-exchange. The suggested designs are analyzed for performance and wavelength dependence.