طراحی و شبیه سازی حسگر فشار با دقت بالا بر مبنای ساختار کریستال فوتونی

طی چندین دهه گذشته الکترونیک در حوزه نور از اهمیت و?ژه ای برای محققان برخوردار بوده است. کریستال های فوتونی یکی از بسترهای مناسب برای استفاده در الکترونیک نوری هستند. یکی از مهمترین مزایای کریستال های فوتونی، وجود باند ممنوعه در آنها است. با استفاده از این خاصیت ذاتی می توان به کاربردهایی چون فیلترهای نوری، کلیدهای نوری و دیگر قطعات همانند، دسترسی پیدا کرد. یکی از موارد کاربرد کریستال فوتونی، حسگرهای کریستال فوتونی است. در این پایان نامه مراحل طراحی و شبیه سازی حسگر فشار با استفاده از ساختارهای کریستال فوتونی انجام و نتایج حاصله بیان شده است. در ابتدا خواص اساسی کریستال های فوتونی مورد مطالعه قرار گرفته، سپس به مطالعه انواع کریستا ل های فوتونی پرداخته شده و برای یک ساختار متناوب تک بعدی، روش محاسبه باندهای هدایت و ممنوع بررسی شده و به عبارتی شکاف باند فوتونی این ساختار محاسبه شده است. در ادامه ساختارهای متناوب دو بعدی بررسی شده و انواع آنها شامل ساختارهای مربعی و شش ضلعی بررسی و شکاف باند آنها محاسبه شده است. روش های ساخت کریستال فوتونی بیان شده و کریستال های دارای نقص معرفی و ویژگیهای بهبود یافته آنها در اثر ایجاد نقص بیان می شود. آنگاه با توجه به کاربردهای وسیع کریستال های فوتونی دارای نقص، چند نمونه از کاربردهای متداول این کریستال ها شامل موج برهای کریستال فوتونی به عنوان ساختار پایه ای در مدارهای مجتمع نوری و انواع آنها و همچنین کاواک های تشدیدگر کریستال فوتونی مورد مطالعه قرار می گیرد. در ادامه به بررسی قابلیت ساختارهای کریستال فوتونی برای آشکارسازی و اندازه-گیری کمیت های فیزیکی مانند جابه جایی و فشار پرداخته شده و چندین نمونه از طرح های موجود جهت استفاده به عنوان حسگر و تحلیل عملکرد آنها مورد مطالعه قرار گرفته است. در پایان نیز از ساختارهای دوبعدی و متناوب به وجود آمده از کریستال های فوتونی به منظور اندازه-گیری مقادیر مختلف فشار استفاده شده و برای بهبود عملکرد بهینه حسگر فشار از ساختارهای موج بر تزویج شده با کاواک تشدید استفاده و با استفاده از روش (finite diffrence time domain) fdtd نحوه تزویج موج نوری بین موج بر و کاواک مطالعه شده است. طول موج تشدید میکروکاویتی به ضریب شکست مواد تشکیل دهنده کریستال وابسته بوده و بر اساس شبیه سازی های انجام شده، برای حسگر طراحی شده، طول موج تشدید میکروکاویتی بر اثر فشار بین gpa 1/0 تا gpa 10 دارای عملکرد خطی است. همچنین حساسیت این حسگر nm/gpa8 و کمینه نیروی قابل اندازه گیری µn 0209/0 به دست آمده است. برای حسگر دیگر نیز تغییرات طول موج تشدید میکروکاویتی بر اثر فشار بین gpa 1/0 تا gpa 2 بررسی شده و حساسیت این حسگر nm/gpa7/11 و کمینه نیروی قابل اندازه گیری nn13 به-دست آمده است.