طراحی و تحلیل گیت های منطقی نوری مبتنی بر اثرات میدان نزدیک نوری برای کار در دمای اتاق

استفاده از افزاره های فوتونیکی در سیستم های مخابراتی از سه دهه پیش آغاز شده و تا به امروز روند رو به رشدی را طی کرده است و پیش بینی می شود تا سال 2015، نرخ انتقال داده ها به 40 ترا بیت بر ثانیه برسد. اما در سال های اخیر پیشرفت افزاره های فوتونیکی با محدودیت پراش نور مواجه شده است. این محدودیت امکان کوچکتر شدن افزاره های فوتونیکی از محدوده ی شکست نور را از بین می برد. با توجه به این محدودیت امکان دستیابی به نرخ انتقال داده های مورد نظر با افزاره های فوتونیکی فعلی وجود ندارد. بدین منظور جهت غلبه بر این محدودیت، پیشنهاد استفاده از افزاره های نانوفوتونیکی با استفاده از برهم کنش میدان نزدیک نوری بین نقاط کوانتومی مجاور مطرح شد. این افزاره ها با استفاده از کنترل انتقال انرژی برانگیخته و میرا شدن آن در اثر واهلش بین ترازهای انرژی اکسیتون در نقاط کوانتومی عمل می کنند. یکی از کاربرد های علم نانوفوتونیک استفاده از آنها در طراحی و ساخت گیت ها و سویچ های نوری جهت استفاده در مخابرات تمام نوری می باشد که سویچ های نانوفوتونیکی امکان بهره برداری از مزایای افزاره های نانوفوتونیکی از جمله سرعت انتقال بالا، اندازه ی کوچک و توان مصرفی پایین را برای سیستم های مخابراتی تمام نوری فراهم می کند. در این پایاننامه، در فصل اول، به بیان مفاهیم نظری، مکانیسم میدان نزدیک نوری و مقایسه ی آن با امواج میرا شونده ی متداول می پردازیم. در این راستا به معرفی و بررسی کارکرد و رفتار زمانی گیت های نانوفوتونیکی پرداخته و مزیت آنها نسبت به سایر گیت های فوتونیکی متداول بیان می شود. در فصل دوم، به بیان معادلات حاکم بر عملکرد گیت های نانوفوتونیکی و ترازهای انرژی اکسیتون در نقاط کوانتومی می پردازیم و معادلات را برای بدست آوردن تابع پوش حل می کنیم و به بیان دینامیک حالت های کوانتومی یک اکسیتون و دو اکسیتون محبوس در نقاط کوانتومی مجاور بر اساس روش عملگر چگالی و ماتریس چگالی رفتار زمانی انتقال انرژی تحریک و میرایی انرژی ناشی از واهلش اکسیتون می پردازیم. در انتهای فصل دوم نیز کارکرد گیت های نانوفوتونیکی and و not را تشریح کرده و به شبیه سازی معادلات نرخ و رفتار زمانی آنها می پردازیم و نمونه ای از گیت نانوفوتونیکی and را که برای کار در دمای اتاق توسط گروه اوتسو ساخته شده معرفی می کنیم و به بررسی عملکرد آن می پردازیم. در فصل سوم، طرح پیشنهادی جهت طراحی ادوات پیچیده تر ازجمله گیت and سه ورودی و افزاره ی متشکل از گیت and و or بر مبنای نور میدان نزدیک را با استفاده از نقاط کوانتومی cucl تشریح کرده و به شبیه سازی عملکرد آنها در دمای پایین پرداخته ایم. سپس به حل معادلات نرخ حاکم بر آنها پرداخته و احتمال حضور اکسیتون در هر یک از ترازهای انرژی نقاط کوانتومی را به دست آورده ایم و در انتها عملکرد همان ادوات پیشنهادی را در دمای اتاق با استفاده از نقاط کوانتومی gan مورد بررسی قرار داده ایم. در مرحله ی پایانی نیز به بررسی مزایای طرح های مطرح شده پرداخته ایم.