МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ПОЛНОСТЬЮ ОПТИЧЕСКОМ ЛОГИЧЕСКОМ КОМПАРАТОРЕ НА ОСНОВЕ ФОТОННОГО КРИСТАЛЛА GaAs

Аннотация

Фотонные кристаллы – полупроводниковые структуры с фотонной запрещенной зоной – вызывают большой интерес у научного сообщества. Они представляют собой новый класс опти- ческих материалов, обладающих пространственной периодической модуляцией диэлектрической проницаемости с периодом, близким к длине волны излучения. Интерес к этим структурам объяс- няется их значимостью для фундаментальных исследований взаимодействия излучения с вещест- вом и потенциалом создания оптоэлектронных устройств следующего поколения. В данной рабо- те представлены результаты моделирования компактного оптического логического компаратора на фотонном кристалле GaAs, работающем во втором окне прозрачности оптического волокна (длина волны 1.3 мкм). Модельный компаратор представляет собой среду с двумя входными и двумя выходными оптическими каналами. При вводе излучения в один из входов компаратора со- ответствующий выходной канал пропускает излучение, символизируя логическую единицу. В слу- чае отсутствия сигналов на входных каналах либо ввода сигналов в оба входа, оба выходных кана- ла не пропускают излучение, символизируя логические нули. Каналы в компараторе создаются с помощью пересекающихся волноводов, сформированных в двумерном фотонном кристалле GaAs, который состоит из набора цилиндрических кристаллов (столбцов) GaAs с диаметром от 130 до 170 нм, встроенных в вакуумную среду с периодом от 450 до 750 нм. Для обеспечения затухания электромагнитных волн, вводимых в компаратор в оба входных канала, в месте пересечения вол- новодов встроены дефектные столбцы GaAs с меньшим диаметром. Проведено исследование влияния диаметра столбцов и периода между столбцами фотонного кристалла GaAs на законо- мерности распространения электромагнитного излучения в среде оптического компаратора. На основании анализа отношения уровней интенсивности сигналов на входах и выходах устройства, установлено, что оптимальный диаметр столбцов GaAs и расстояние между ними, при которых структура в наибольшей степени соответствует требованиям работы оптического логического компаратора, составляет 155 и 600 нм соответственно.