تصميم دوائر منطقية ضوئية باستخدام الموجهات البلازمونية
Design of All-Optical Logic Circuits Using Plasmonic Waveguides
- الباحث
- سيف حسام عبد الواحد
- المشرف
- احمد غانم وداي - سنان ماجد عبد الستار
- الجامعة
- الجامعة التكنولوجية
- الكلية / القسم
- قسم الهندسة الكهربائية / هندسة الالكترونيك والاتصالات
- الشهادة
- دكتوراه
- السنة
- 2023
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- Plasmonic waveguides;All-optical logic gates;Nano-resonators;Hybrid plasmonic waveguide
الملخص
الموجات السطحية هي موجات كهرومغناطيسية تنتشر على طول السطح الفاصل بين المعدن والعازل. تكسر الموجات السطحية شروط حدود الحيود وتمكن الضوء من الانتشار في الهياكل ذات الطول الموجي النانوي. وهذا يفتح المجال للاجهزة الكهربائية الضوئية. تتمثل العيوب الرئيسية للموجات السطحية التي تتحرك في الموجهات البلازمونية (PWs) في فقدان الانتشار وانخفاض شدة الضوء. باستخدام مزيج من الموجه البلازموني والموجه العازل (DW) يمكن التغلب على عيوب الموجات السطحية؛ ويتم تقديم الموجه البلازموني الهجين (HPW) تقترح هذة الاطروحة سبع بوابات منطقية ضوئية بالكامل تعتمد على مرنانات وخطوط نانوية هجينة مربعة الشكل، تم تصميمها وتحليلها Gare باستخدام طريقة العناصر المحدودة (FEM) مع استخدام برنامج COMSOL ذي الحزمة 5.5 .تم تحديد قيمة عتبة الإرسال (Tinreshold) لتكون 6%30 وطول موجة الرنين هو 1310 نانومتر. يتم تنفيذ جميع GUI gall الهجينة في هيكل واحد 400 x 400 نانومتر”، ويتم قياس الأداء وفقًا لقيم الإرسال (TV) عند منفذ الإخراج مقابل نطاق الطول الموجي من 800 نانومتر إلى 2000 ،ie st نسبة التباين (CR) وعمق التضمين (MD) ، وخسائر الإدراج (IL) . تتجاوز قيمةالارسال TV 90100 في خمس بوابات، 146 % عند بوابات NOT و (718771 و202.3 % عند بوابات OR و KNORs AND .تم تصميم ودراسة تسع دوائر ضوئية تعتمد على HPWs تم إنشاء نصف الجامع الضوئيء؛ ونصف الطارح؛ والجامع الكامل في تصميم بأبعاد 850 x 400 نانومتر”. تتجاوز dad الارسال 0100,؟ في الجامع الكامل والجامع النصفي بنسبة 202.6 9 لكل منهما. عمق تضمين الجامع الكامل هو 99.99 9"0. تتطلب دائرة المعدد الهجين هيكلا واحد بقياس 400 x 400 نانومتر2 مما يوفر أفضل إرسال بنسبة 202.3 90 و 9099.75 كعمق تضمين، في حين يتم تنفيذ المقارن بواسطة ثلاثة هياكل بمساحة إجمالية تبلغ 1300 x 400 نانومتر2 و 9202.6 كأفضل قيمة ارسال 5 %99.99 كعمق تضمين في حالة المساواة. يتم تنظيم دائرة المشفر الضوئي ب 920 x 400 نانومتر 2 الحد الأقصى الذي تم الوصول إليه كقيمة ارسال هو 68.4 90، وعمق تضمين- 9092.34 و11.1 ديسيبل لنسبة التباين. يشغل المحول الضوئي حجم 1750 x 400 نانومتر2. تتجاوز قيمة الارسال 0 في البت الاكبر للمحول ،(MSB) مع %202.6 و46 ديسيبل كنسبة تباين. يبلغ حجم هيكل النطاط الضوئي 400 x 400 نانومتر2. تبلغ قيمة خسائر الادراج TL -1.4 ديسيبلء و نسبة تباين قدرها 5 ديسيبل، و عمق تضمين قدره 197.67 يحتوي النطاط الضوئي نوع '1 على IL بقدر -2.07 ديسيبل، CRs قدره 11.2 ديسيبل، 5 MD قدره 7095.29.
Abstract
Surface waves are electromagnetic waves propagating along the interface between a metal and an insulator. Surface waves break the limits of diffraction and enable light to propagate in sub-wavelength structures. That opens the field of electro-opto devices. The main drawbacks of surface waves that move in the Plasmonic Waveguides (PWs) are the propagation loss and low amount of light confinement. By using a combination of the plasmonic waveguide and a Dielectric Waveguide (DW), the defect of the surface waves can be enhanced, and the Hybrid Plasmonic waveguide (HPW) is introduced. This work proposes seven all-optical logic gates based on hybrid plasmonic squared-shaped nanoring resonators and stripes, designed and numerically analyzed using Finite Element Method (FEM) with the COMSOL software package version 5.5. The transmission threshold value (Tthreshold) is selected to be 30 %, and the resonance wavelength is 1310 nm. All the hybrid gates are performed in a single structure of 400 × 400 nm2, and the performance is measured according to the values of transmission (TV) at the output port versus a wavelength range from 800 nm to 2000 nm, Contrast Ratio (CR), Modulation Depth (MD), and Insertion Loss (IL). The T value exceeds 100 % in five gates, 146 % at NOT and NAND gates and 202.3 % at OR, AND, and XNOR gates. Nine all-optical circuits based on HPWs have been designed and studied. Optical Half Adder, Half Subtractor, and Full Adder have been established in a layout with 850 × 400 nm2. The TV exceeds 100% in the Full and Half Adder with 202.6 % each. MD of the Full Adder is 99.99 %. A hybrid plasmonic 2 × 1 Multiplexer circuit requires a single structure with a measurement of 400 × 400 nm2 delivering the best transmission of 202.3 % and 99.75 % as an MD, while the Comparator performed by three structures with a 1300 × 400 nm2 overall size offering a 202.6 % as the best TV and 99.99 % MD in the Equality situation. The optical 4 × 2 Encoder is organized with 920 × 400 nm2. The maximum TV reached is 68.4 %, the MD is 92.34 %, and the 11.1 dB for CR. Optical 4-bit Binary-to-Gray Converter occupied a size of 1750 × 400 nm2. The TV exceeds 100 % in the Converter's Most Significant Bit (MSB), with 202.6 % and 46 dB as a CR. The structure of the optical flip flops has dimensions of 400 × 400 nm2. The D-flip flop had an IL of -1.4 dB, a CR of 7.45 dB, and an MD of 97.67 %. The T-flip flop had an IL of -2.07 dB, a CR of 11.2 dB, and an MD of 95.29 %.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.