wqdled دیود های نورانی سفید هستند که بر اساس نقاط کوانتومی کار می کنند. یعنی برخلاف led (دیود نورانی) های تجاری معمول که از فسفر برای تبدیل نور تابیده شده از نیمه هادی به رنگ سفید استفاده می کنند، نقاط کوانتومی در پیوند دیودی led جایی که بازترکیب تابشی صورت می گیرد رشد داده می شوند تا رنگ های مورد نیاز برای تولید نور سفید را فراهم کنند. در فصل یک مروری داریم بر مقدمات و تئوری های مربوطه و نیز کارهایی که صورت گرفته است. فصل دو به ارائه مدلی برای led سفید بر اساس نقاط کوانتومی می پردازد، روش شبیه سازی نیز توضیح داده شده است. در فصل 3 نتایج شبیه سازی آورده شده است، و در نهایت به نتیجه گیری و چند پیشنهاد می پردازیم. ما در این پایان نامه قصد داریم که مدلی را برای چنین ledای ارائه کنیم و توان خروجی آن و کیفیت نور خروجی را بررسی نماییم. کیفیت نور را با cri (color rendering index) یا به عبارت دیگر شاخص تعبیر رنگ مشخص می کنند. علاوه بر اینها ما به بررسی اثرات توزیع غیر یکنواخت نقاط کوانتومی نیز خواهیم پرداخت ، چرا که در فرایند رشد هرگز تمامی نقاط کوانتومی به یک اندازه رشد نمی کنند. این غیر یکنواختی را با توزیع گوسین بیان کردیم. پدیده های دیگری که مورد بررسی قرار خواهد گرفت اثر خطای اندازه لایه های رشد داده شده و تاثیر دما بر کیفیت نور خروجی می باشد. تمامی شبیه سازی ها با نرم افزار matlab صورت گرفته است.

به دلیل کاربردهای مهم و وسیع آشکارسازهای مادون قرمز در زمینه های مختلف علم و صنعت، این قطعه ی الکترونیکی- نوری به یکی از مهم ترین ساختارهای مدنظر دانشمندان و محققان در راستای تحقیق و تفحص قرار گرفته است. طراحی آشکارسازهایی با حساسیت بالا، نویز کم، قابلیت اطمینان بالا، قیمت پایین، راندمان بهتر و عملکرد مناسب در طول موج های انتخابی همواره مورد توجه بوده و در این زمینه تلاش های زیادی برای حصول به نتایج و کیفیت بالای محصول از مدت ها پیش صورت گرفته است و کماکان ادامه دارد. در مسیر تحولی این ادوات اپتوالکترونیک با قصد رفع مشکلات موجود، بهبود پارامترهای آشکارسازی، قابلیت تجمع این عنصر با سایر ادوات نوری، برقراری تعادل بین پاسخ و آشکارکنندگی، مهندسی طیفی و نهایتاً رسیدن به پارامترهای آشکارسازی با مقدار معقول در دمای اتاق، ساختارهای پیشنهادی از حالت حجیم (کپه ای) به سمت ساختارهای کوانتومی با مقیاس نانو سوق پیدا کرده اند. در سال های اخیر، آشکارسازهای مبتنی بر ساختارهای حجیم به دلایل سرعت عملکرد پایین، دمای کارکرد پایین، پیچیدگی های ساخت، بالا بودن هزینه ی نهایی و انعطاف پذیری کم، کمتر مورد توجه محققان و مهندسان طراح این عرصه قرار گرفته است. در سال های اخیر با پیشرفت سریع و چشم گیر تجهیزات ساخت ادوات در مقیاس نانو، شاهد ظهور نسل دیگری از آشکارسازها با نام آشکارسازهای کوانتومی هستیم که از این گروه می توانیم به دو دسته ی آشکارسازهای مادون قرمز مبتنی بر چاه های کوانتومی و نقاط کوانتومی را اشاره کنیم. آشکارسازهای مادون قرمز مبتنی بر چاه های کوانتومی در زمره ی اولین آشکارسازهای مقیاس نانو می باشند که تقریباً در طی سال های 1990-2002 به حد نهایی رشد و بلوغ خود رسیده و در حال حاضر در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. در طی این فرآیند بلوغ و ظهور ادوات جدید مبتنی بر نانو ساختارها، ساختار کوانتومی دیگری با نام نقطه ی کوانتومی که از لحاظ مقیاس کوچکتر از چاه های کوانتومی می باشد بسیار مورد توجه محققان و مهندسان عرصه ی فیزیک-مهندسی قرار گرفته است. نقطه ی کوانتومی یک نانوساختار با مقیاس 1 تا چند ده نانومتر می باشد. بدلیل ویژگی های منحصر بفرد نشأت گرفته از خواص کوانتوم مکانیکی نقاط کوانتومی، ادوات مبتنی بر این نانوساختارها در مقایسه با ساختارهای چاه کوانتومی ارجحیت دارند. علیرغم تمامی تلاش های صورت گرفته در راستای ارائه و طراحی آشکارسازهایی بر پایه ی چاه کوانتومی و نقطه ی کوانتومی به منظور پوشش دادن طیف های مختلف امواج الکترومغناطیسی، هنوز هیچ کدام از ساختارهای مذکور نتوانسته اند انتظارات را در قبال آشکارسازی رنج تراهرتزیِ 3 تا 10 تحقق بخشند. آشکارسازی امواج تراهرتز مخصوصاً با محدوده ی طیفی thz 10-3 از اهمیت فوق العاده بالایی برخوردار هستند. برای آشکارسازی امواج تراهرتز با دو مشکل اساسیِ دما و مقادیر ویژه ی انرژی روبه رو هستیم. برای آشکارسازی این امواج باید اختلاف مابین ترازهای انرژی کم باشد، اما در ساختارهای نقاط کوانتومی بدلیل تحدید حامل ها در هر سه راستا، گسستگی حاصله در ترازهای انرژی زیاد است. در ساختارهای مبتنی بر چاه کوانتومی حصول چنین گسستگی در ترازهای انرژی امکان پذیر می باشد ولیکن نکته ی اساسی این است که آشکارسازهای مبتنی بر این ساختار کوانتومی شامل محدودیت ها و کاستی های می باشد که استفاده از چاه های کوانتومی برای آشکارسازی امواج تراهرتز را مخدوش می کند. بنابراین نیازمند ساختاری هستیم که هم ویژگی های خوب و منحصر بفرد نقاط کوانتومی را شامل بوده و هم واقعیت بخش آشکارسازی تراهرتز با انعطاف پذیری و مدیریت پذیری بالایی باشد. طراحی آشکارسازهایی با دمای عملیاتی بالاتر، یکی دیگر از مشکلات مهم موجود در این راه می باشد. این مشکل نشأت گرفته از نزدیکی ترازهای انرژی به منظور تحقق گذارهای نوری در امواج تراهرتز است، به همین علت معمولاً آشکارسازهای تراهرتز را در دمای عملیاتی پایین مورد استفاده قرار می دهند، چرا که در دمای معمولی اتاق، انرژی حرارتی با اندازه ی mev 25 منجر به گذارهای ناخواسته ی حامل ها مابین ترازهای انرژی می شود. با علم به مطالب بیان شده و در راستای حل مشکل اول، می توان در پایه ی ادوات از نقاط کوانتومی کوپل شده استفاده کرد. بعلت ویژگی های کوانتوم مکانیکی که نقاط کوانتومی کوپله دارند، گسستگی ای در ترازهای انرژی حاصل می-شود که تحقق گذارهای نوری در رنج تراهرتز را با مدیریت و کنترل پذیری بالایی میسر می سازد. از سویی دیگر متداول-ترین روش رشد نقاط کوانتومی روش استرانسکی- کراستانوف نام دارد که یک روش دقیق در تولید و رشد نقاط کوانتومی نیست. در نتیجه در حین رشد، شاهد توزیع ناهمگونی از نقاط کوانتومی از لحاظ شکل و اندازه هستیم. نقاط کوانتومی کوپله در حین رشد در اثر میدان های داخلی که به همدیگر وارد می کنند از لحاظ شکل و اندازه به یک توزیع یکنواخت می رسند و این یعنی بهبود در پارامترهای مختلف یک آشکارساز مبتنی بر نقاط کوانتومی کوپله. با توجه به موارد بیان شده، در این رساله موارد زیر بحث خواهند شد. فصل اول شامل بررسی مفاهیم و تعاریف اولیه، نقاط کوانتومی، نقاط کوانتومی کوپل شده و آشکارسازهای مادون قرمز خواهد بود. در فصل دوم، ساختارهای پیشنهادی مورد بحث و بررسی قرار خواهند گرفت. در مورد اول، پارامترهای مختلف یک آشکارساز مادون قرمز بر پایه ی دو نقطه ی کوانتومی کوپل شده بصورت کوانتوم- مکانیکی مورد بحث خواهد بود. به منظور بررسی دقیق تر، کوپلینگ دو نقطه ی کوانتومی با در نظر گرفتن اثرات مولفه های کشش و همچنین بررسی پتانسیل چنین ساختارهایی بعنوان پایه ی آشکارسازها در پاسخ دهی به رنج الکترومغناطیسی تراهرتز، روند عملکرد در ساختار پیشنهادی دوم خواهد بود. در ساختار مطرح شده ی سوم، آشکارساز مادون قرمزی پیشنهاد خواهد شد که مبتنی بر چاه های کوانتومی کوپل شده (ساختارهای کوانتومی آبشاری) خواهد بود که قابلیت آشکارسازی دو طول موج مختلف را بصورت همزمان در دو مسیر خروجی مجزا دارد. پیش زمینه ی ریاضی لازم برای مدل سازی عملکرد ساختارهای پیشنهادی برای هر مورد در این فصل ارائه خواهد شد. در فصل سوم نتایج شبیه سازی مربوط به ساختارهای مطرح شده ارائه و بحث خواهند شد. نهایتاً در قسمت نتیجه-گیری و پیشنهادات به بررسی اجمالی نتایج و ارائه پیشنهاداتی برای کارهای تحقیقاتی آتی خواهیم پرداخت.

کاربرد افزاره های فتونیکی درسیستمهای محاسباتی، از سه دهه پیش، شروع شده و دائماً در حال توسعه و پیشرفت هستند، اما اندازه قطعات فوتونیکی بر محدودیت شکست نور نمی توانند غلبه کنند. ازطرفی دیگر، نرخ انتقال داده ها تا سال 2015 به 10 ترابیت برثانیه خواهد رسید که افزارههای فتونیکی فعلی قادر به تأمین چنین نرخی نمی باشند. بدین منظور به افزاره های نانوفتونیکی نیاز هست تا بر مشکل محدودیت شکست نور غلبه کرده و قادر به تأمین نرخ بالای انتقال اطلاعات باشند. گیت-های نانوفتونیکی بر اساس انتقال انرژی میدان نزدیک نوری بین نقاط کوانتومی مجاور و کنترل انتقال انرژی برانگیخته و میراشدن آن در اثر واهلش بین ترازهای انرژی اکسیتون در نقاط کوانتومی عمل می کنند. نحوه قرارگرفتن ممان های دوقطبی الکتریکی تحریک یافته در نانوذره، در اثر تابش نور فرودی به اندازه، ساختار و شکل نانوذرات بستگی دارد. در فصل اول به بیان مفاهیم نظری، مکانیسم میدان نزدیک نوری و مقایسه آن با امواج میراشونده متداول، پرداخته و هدف از پیدایش آن تشریح می شود. در این راستا، به معرفی و بررسی رفتار زمانی، کارکرد و تحقق فیزیکی گیت های نانوفتونیکی پرداخته و مزیت آن ها نسبت به سایر گیت های فتونیکی متداول بیان می شود. در فصل دوم، به بیان معادلات حاکم بر عمل کرد گیت های نانوفتونیکی و محاسبه ترازهای انرژی اکسیتون پرداخته می شود و معادله شرودینگر برای یافتن تابع پوش حل می شود. درنهایت، دینامیک حالت های کوانتومی یک اکسیتون و دو اکسیتون در نقاط کوانتومی مجاور، بر اساس عمل گر چگالی و رفتار زمانی انتقال انرژی تحریکی و میرایی انرژی ناشی از واهلش اکسیتون بیان می-شوند. در انتهای فصل دوم، کار کرد گیت های نانوفتونیکی and و xor تشریح و رفتار زمانی آن ها شبیه سازی می شوند. تحقق فیزیکی گیت های نانوفتونیکی پیشین در دمای اتاق هنوز به سادگی میسر نیست. بنابراین در فصل سوم، به عنوان نمونه، طرح پیشنهادی در راستای بهبود دمای کاری گیت نانوفتونیکی and، با استفاده از اندرکنش میدان نزدیک نوری بین نقاط کوانتومی gan محبوس در aln، معرفی و تحقق فیزیکی آن در دمای اتاق بحث خواهد شد. در ساختار گیت نانوفتونیکی پیشنهادی، نقاط کوانتومی gan از طریق اندرکنش میدان نزدیک نوری بین ترازهای تشدیدی، در تزویج با یکدیگر و از طریق اندرکنش اکسیتون-فونون با مخزن فونون در تزویج می باشند. درنهایت، با استفاده از معادلات کوپل شده، احتمال اشغال اکسیتون در ترازهای انرژی نقاط کوانتومی و سرعت کارکرد افزاره در دماهای متفاوت، در حالت ماندگار و حالت گذرا بحث خواهد شد. مزیت گیت نانوفتونیکی and پیشنهادی نسبت به گیت های نانوفتونیکی پیشین شامل تحقق فیزیکی گیت در دمای اتاق، افزایش سرعت سوئیچینگ، کاهش حجم افزاره، افزایش قابلیت مجتمع سازی و به طور خلاصه افزایشfom 1 می باشد.

دستکاری همدوس اسپین الکترون، یکی از اساسی ترین مباحث در اسپینترونیک و محاسبات کوانتومی با اسپین است. اسپین الکترون که در نقطه کوانتومی محبوس شده است، می تواند به عنوان بیت کوانتومی برای ذخیره و پردازش اطلاعات استفاده شود. یک رجیستر کوانتومی شامل آرایه هایی از چنین اسپین های 2/1- هستند که توسط گیت های کوانتومی بر روی تک اسپین ها و اسپین های مجاور اعمال می شود . ساده ترین رجیستر کوانتومی، رجیستری است که اسپین را بر روی کره بلاخ چرخش می دهد. به کمک یک میدان مغناطیسی ثابت و رزونانس اسپین الکترون، می توانیم حالت های بیت کوانتومی اسپین را تغییر دهیم. برای ایجاد رزونانس اسپین، ما نیاز به یک میدان مغناطیسی متناوب داریم که فرکانس این میدان مغناطیسی باید با شکاف زیمن الکترون یکسان باشد. ولی ایجاد یک میدان مغناطیسی متناوب در ساختار نیمه هادی نیاز به طراحی خاصی دارد. در مقابل با تحریک دو گیت الکترود، می توان میدان الکتریکی را به راحتی ایجادکرد. این میدان الکتریکی متناوب ، که به نقطه کوانتومی اعمال می شود، از طریق برهم کنش اسپین-مدار به اسپین الکترون کوپل می شود. ما از بین انواع مختلف بر همکنش اسپین-مدار دو طرز کار موثر برای کنترل اسپین در نقطه کوانتومی را در نظر گرفته ایم، کوپلینگ اسپین-مدار راشبا و درشلهوس، که باعث ایجاد میدان مغناطیسی موثر در حضور شکاف زیمن می شود. در این پایان نامه ما هامیلتونین موثر برای اسپین را در حضور میدان الکتریکی بدست می-آوریم، که می تواند اسپین را در مدت 10 نانو ثانیه، برای ساختاری که در متن شرح داده می شود، دستکاری کند.

سلول های خورشیدی مبتنی بر پلیمرها در سال های اخیر به دلیل راحتی تهیه پلیمرها و ارزانی آن ها به شدت مورد توجه قرار گرفته اند. در دهه 1960 مطالعات اساسی بر روی خواص نوری و الکترونیکی مولکول های الی انجام شد و این مطالعات تا دهه 1980 زمانی که مولکول های آلی کوچک با درجه خلوص بالا و ساختار و خواص مناسب در دمای اتاق در قیلم های نازک با استفاده از تکنیک های فاز بخار سنتز شدند ادامه یافت. با گسترش این تکنیک ها یک سلول خورشیدی الی با ساختار ناهمجنس با بازده تبدیل توان در حدود%1 توسط تانگ در سال 1986 ساخته شد. با ظهور پلیمرهای مزدوج در دهه 1990 با درجه خلوص بالا ساخت سلول های فوتوولتای آلی با موادی که به راحتی در محلول تجزیه و تحلیل می شوند، آغاز شد برای محاسبه پاراترهای سلول های خورشیدی از قبیل ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه، بازده کوانتومی و غیره ابتدا باید چگالی حامل ها و مکانیزم انتقال این حامل ها مورد بررسی قرار گیرد. در این راستا در این پایان نامه روشی برای مدل سازی انتقال جریان در سلول های خورشیدی ارایه کرده ایم. در این روش ما مدل شاکلی-کوییسر و مدل دیوید کلاسیک که هر کدام از دیدگاه متفاوت سلول خورشیدی را بررسی می کنند باهم ترکیب کرده ایم.تیوری شاکلی کوییسر به سلول خورشیدی مانند یک جعبه سیاه از بیرون نگاه می کند و فرایند های درونی سلول خورشیدی را بررسی نمی کند. در مقابل تیوری دیود کلاسیک فرایندای داخلی سلولی خورشیدی را بررس می کند و با جایگزین کردن کمیت های ماکروسکوپی با کمیت های میکروسکوپی، پدیده های الکترونیکی –نوری درون سلول خورشیدی را مورد بررسی قرار می دهد. ما با استفاده از ایده موجود در تیوری تعادل دقیق این دو مدل را باهم ترکیب کرده ایم و یک مدل کلی برای سلول خورشیدی بدست آورده ایم. در این مدل کلی با تغییر زمان گسسته شدن اکسایتون در داخل ناحیه فعال می توانیم هر دو ویژگی اکسایتونی و دو قطبی را در سلول خورشیدی مشاهده می کنیم برای این منظور ماجذب نور و تشکیل اکسیتون، انتقال اکسیتون و گسسته شدن به حامل های آزاد و در نهایت انتقال حامل ها و جمع شدن در اتصالات را در سلول خورشیدی بررسی کرده ایم. سپس با مدل سازی هر کدام از رخدادها مکانیزم جریان را تعیین کرده ایم. در فصل اول ما مفاهیم موجود در سلول های خورشیدی تیوری های موجود برای انتقال ، انواع سلول های خورشیدی ساختار پلیمرها رابررسی کرده ایم. سپس در فصل دوم مدل های مورد استفاده و روابط موجود در این مدل را معرفی کرده ایم. در نهایت در فصل سوم نتایج حاصل از شبیه سازی مدل های ارایه شده در فصل دوم را به صورت دقیق تجزیه و تحلیل کرده ایم

چند دهه اخیر مقارن شده است با تولد صنعت الکترونیک و به همراه آن کوچک شدن ادوات و افزایش سرعت و پیچیدگی با افزایش تنوع محصولات به صورت پیوسته ادامه داشته است. با این وجود در سال های اخیر ? پشت سر نهادن محدودیت های قبلی در اندازه ادوات و سرعت پردازش با مشکلات روز افزونی مواجه شده است. یک رهیافت جایگزین برای پردازش سیگنال در چند سال اخیر استفاده از فوتون بوده است.استفاده از نور برای انجام دادن کارهایی که تاکنون با الکترون صورت کرفته مزایایی هم داشته است.کوتاه ترین پالس هایی که در این حوزه تولید می شود در حدود اتا ثانیه بوده و قابل مقایسه با کوتاه ترین پالس هایی که در حوزه الکترونیک تولید می شود نمی باشد. همچنین ریز حلقه ها قالب بسیار مناسب برای کارکردهای مختلف پردازش سیگنال های گوناگون همراه با مزیت نسبی در اندازه نسبت به ادوات حجیم و کاهش توان مناسب فراهم می اورند. در این پایان نامه? سعی مان بر طراحی و شبیه سازی فیلتر نوریadd/drop مبتنی بر تشدید کننده های حلقوی? برای سیگنال هایی با مشخصات کوانتومی خواهد بود. در این مسیر با دو چالش عمده مواجه هستیم: اولی بررسی و تعیین رفتار سیگنال های کوانتومی در تشدید کننده های حلقوی و دومی تعیین ساختار کلی فیتر نوری به معنی یافتن تعداد حلقه های مناسب و نحوه ی ترکیب این حلقه ها (سری یا موازی). برای نیل به این مقصود? فصل دوم شامل معرفی تقریبا جامعی از علم اطلاعات و مخابرات کوانتومی و ریاضیات کوانتومی به عنوان ابزار های متداول در این علم و همچنین بررسی مشخصات و ساختار تشدید کننده های حلقوی می باشد. همچنین فصل سوم مشتمل بر ارائه نتایج حاصل از عملیات ریاضی و شبیه سازی های انجام گرفته با نرم افزار متلب می باشد.