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.
