Optik ekle-çıkar çoklayıcılar
Optic add-drop multiplexers
Yazar: FİKRET GONCA ARAS
Danışman: DOÇ. DR. ELİF ORHAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology

Özet:
Günümüzde internet ve bilgi teknolojileri hızla gelişmekte veri, video, ses ve görüntü trafiği sürekli artmaktadır. Bu nedenle bilgisayar ağlarında taşınan veri miktarı da üstel bir biçimde artmaktadır. Bu durum, sürekli daha fazla bant genişliği gereksinimini doğurmaktadır. Artan bu talebi mevcut ağ altyapıları ile karşılamak yakın gelecekte zor görülmektedir. Optik fiberler artan talebi karşılamak amacıyla kullanılabilecek iletişim kanalları için mevcut seçenekler içinde en güçlüsüdür. Her ne kadar fiber optik kabloların bant genişlikleri diğer iletim elemanlardan yüksek olsa da fiber kanalın sunduğu bant genişliğinden olabildiğince yararlanabilmek için farklı çoklayıcı teknikler kullanılması gerekmektedir. Optik Ekle Çıkar Çoklayıcı (OADM), fiber optik iletişim ağının kapasitesini artırmak için en temel yoldur.Bu tez çalışması, farklı yarıçaplara sahip (3-6 µm) optik ekle çıkar çoklayıcıların tasarımı üzerine temellenmektir. Bu tasarım, yalıtkan üstü silisyum (SOI) ile gerçekleştirildi. SOI optik ekle çıkar çoklayıcıların tasarımında aynı geometriye sahip dalgakılavuzları kullanıldı. Tasarım, Işın İlerleme Metodu (BPM) ve Zaman Uzayında Sonlu Farklar (FDTD) metoduna dayalı nümerik yaklaşımlarla gerçekleştirildi.SOI dalgakılavuzlarının, etkin indisleri, bükülme kayıpları ve çiftlenme oranları FDTD yöntemini esas alan ticari bir benzeşim programı (Rsoft FullWAVE) kullanılarak hesaplandı. Bu ekle çıkar çoklayıcıların tasarımları ayrıntılı olarak sunuldu. SOI dalgakılavuzlarında boyut küçüldükçe polarizasyon bağımlılığı artmaktadır. Bu nedenle bu tez çalışmasında sadece TE polarizasyonu için hesaplamalar yapıldı. Optik ekle çıkar çoklayıcıların yarıçapı küçüldükçe bu yapının (kovuk) serbest spektral aralığı artar. Bu çalışmada kovukların yarıçapları 6 µm'den 3 µm'ye düşdüğünde, serbest spektral aralıkların (FSR) 26 nm'den 47 nm'ye çıktığı görüldü. Bu tez çalışması sonucunda 632 kalite faktörlerine (Q) sahip SOI kovuklar elde edildi. Ayrıca doktora öncesi ön çalışma olarak optik ekle-çıkar çoklayıcıların üretiminden bahsedildi ve Bilkent Üniversitesi İleri Araştırmalar Laboratuvarında üretilen optik ekle-çıkar çoklayıcıların optik mikroskop ve SEM görüntüleri sunuldu.Anahtar Kelime : Dalgakılavuzu, BPM, FDTD, Optik Ekle Çıkar Çoklayıcı

Abstract:
The internet and information technologies have rapidly been progressing lately and data, sound and video traffic keeps getting more and more congested. Due to these reasons, the amount of data conveyed at computer networks increases exponentially. This constantly gives rise to the need for more bandwidth. To meet this demand in the presence of existing network infrastructures seems difficult in the future. Optic fibers are the most likely choice available for communication channels that can be used to meet the increasing demand. No matter how much wider the bandwidths of fiber optic cables are than those of other transmission components, in order to benefit, as much possible as, from the bandwidth offered by fiber channel, different multiplexer techniques must be used. Optic Add Drop Multiplexer (OADM) is the most basic way to increase the capacity of communication network.This thesis have been based on the design of optic add drop multiplexer with different radii (3-6 µm). This design has been carried out with silicon on insulator (SOI). SOI waveguides which have same geometry were used in design of optic add drop multiplexers. This design has been carried out with numerical approximations based on Beam Propagation Method (BPM) and Finite Difference Time Domain (FDTM) Method.Effective index, bending losses and coupling ratios of SOI waveguide were calculated by the conventional simulation program based on Finite Difference Time Domain (FDTD) Method. Designs of optic add drop multiplexer are presented in detail. As dimension of SOI waveguides decreases, the polarization dependence of this waveguide increases. Therefore, the calculations were performed only for TE polarization in this thesis. As the radius of optic add-drop multiplexer decreases, free spectral range of this structure (cavity) increases. It has been seen that with decreasing of cavity radius from 6 µm to 3 µm, the free spectral range increases from 26 nm to 47 nm in this work. It has been obtained that the quality factor equal to 632 of SOI cavity in the result of this thesis. In addition, as a preliminary work we mentioned to production of optical add-drop multiplexors. Optical microscope and SEM images of the optical add-drop multiplexors fabricated in Advanced Research Laboratuary of the Department of Physics at Bilkent University were presented in this thessis.Key Words : Waveguide, BPM, FTDT, Optic Add Drop Multiplexer