طراحی و تحلیل تمام-موج یک مدار مجتمع تمام-نوری فشرده دو منظوره برای پردازش سیگنال فوق سریع

معادلات دیفرانسیل معمولی نقش مهمی را در توصیف رفتار دینامیکی سیستم‏های مختلف مهندسی ایفا می‌کنند. از طرفی، محاسبات با سرعت بالا و پردازش سیگنال با پهنای باند وسیع با استفاده از مدارهای مجتمع فوتونی فشرده با توان مصرفی کم قابل تحقق هستند. لذا، در این مقاله، یک مدار مجتمع تمام-نوری فشرده دو منظوره متشکل از میکرورزوناتور حلقوی، کوپلر جهتی، تقسیم‌کننده و تفریق‌‏کننده برای پردازش سیگنال‌‏های فوق سریع طراحی و تحلیل شده است. از این مدار تمام-نوری می‌توان به طور همزمان به عنوان حل‌‏کننده معادله دیفرانسیل مرتبه اول و مشتق‏‌گیر مرتبه اول استفاده کرد. تحلیل تمام-موج قطعات تشکیل‌دهنده این مدار مجتمع از طریق شبیه‌‏سازی حوزه فرکانس انجام شده و عملکرد آنها به طور دقیق مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین، تحلیل عملکرد مدار طراحی شده با در نظر گرفتن پالس‏ ورودی گوسی، با استفاده از روش عددی تفاضل محدود حوزه زمان سه‌‏بعدی (3d-fdtd) انجام شده است. این مدار از ویژگی‌‏های منحصر به فردی مثل سرعت عملکرد بالا، فشرده بودن و قابلیت یکپارچه‌‏سازی با فناوری cmos برخوردار است.

design and full-wave analysis of a dual-purpose compact all-optical integrated circuit for ultra-fast signal processing

ordinary differential equations play an important role to describe dynamic behaviors in different engineering systems. on the other hand, high-speed computations and broadband signal processing are achievable using compact photonic integrated circuits with low power consumption. so, in this paper, a dual-purpose compact all-optical integrated circuit consisting microring resonator, directional coupler, splitter, and subtractor has been designed and analyzed for ultra-fast signal processing. this all-optical circuit can be utilized simultaneously as a first-order differential equation solver and a first-order differentiator. full-wave analysis for the mentioned components of this integrated circuit has been performed by frequency-domain simulations, and their performance has been investigated carefully. also, performance of the designed circuit has been analyzed using the numerical three-dimensional finite-difference time-domain (3d-fdtd) method considering a gaussian input pulse. this circuit has unique features such as high-speed performance, compactness, and compatibility with the cmos technology.