3bit از مجموع 12 bit کل adc در طبق? این mdac تولید می شود و برای این منظور از سیستم 2.5bit استفاده شده است که 1bit از 3bit تولید شده صرف error correction می شود و بعد از جمع با بیت طبق? بعد 1bit تولید می کند به همین دلیل مانند 0.5bit عمل می کند. همچنین خطای گین محدود اپ امپ را با استفاده از تغییر نسبت خازن فیدبک به خازن واحد اصلاح می کنیم که در این روش درصدی برای تغییر گین حلقه باز اپ امپ به طوری که موجب خطای غیر مجاز نشود نیز در نظر می گیریم و نیز تغییر نسبت خازن با توجه به دقت مچینگ خازن که قابلیت پشتیبانی برای تولید 10bit را دارد انجام شده است. برای طراحی از تکنولوژی 0.35um digital cmos استفاده شده است.

در حالی که تکنولوژی روز دنیا به سمت تحقق سیستمهای تمام نوری پیش می رود انداز? ادوات نوری مانعی اساسی در این راه است. از سوی دیگر توسعه ادوات لازم برای پردازش تمام نوری سیگنال نیازمند موادی است که خواص غیرخطی قوی دارند اما بیشتر مواد، غیرخطیت ضعیفی دارند که این لازم می دارد که ادوات طول زیادی داشته باشند و یا برای عملکرد به توانهای نوری بسیار بالایی نیاز داشته باشند. استفاده از ساختارهای نور کند راه حل مناسبی برای از بین بردن این موانع است. در این ساختارها سرعت گروه نور کاهش می یابد و بنابراین بر هم کنش بین ماده و میدان نوری افزایش پیدا می کند در نتیجه اثرات غیرخطی افزایش داده می شوند. همچنین کاهش سرعت نور باعث فشرده شدن موج منتشر شده در رژیم نور کند و در نتیجه افزایش شدت میدان می شود. بنابراین نور کند باعث کاهش قابل توجهی هم در طول و هم در توان عملیاتی ادوات می گردد. در این پایان نامه هدف این است که با مورد استفاده قرار دادن موجبرهای نوری در رژیم نور کند و افزایش اثر غیرخطی kerr در این موجبرها، سوییچی تمام نوری در ابعاد میکرومتر و با توان عملیاتی کم طراحی گردد. برای این کار ماخ زندری را که متشکل از موجبرهای کاواک کوپل شد? فتونیک کریستالی است طراحی کرده ایم، با اعمال اثر غیرخطی kerr در یکی از بازوهای ماخ زندر و عمل در رژیم نور کند و تنظیم طول بازوهای ماخ زندر و همین طور ویژگیهای ساختار آن، امواج انتشار یافته در دو بازوی آن با یکدیگر اختلاف فازی به انداز? ? پیدا می کنند و در نتیجه با یکدیگر تداخل ویرانگر دارند، که این همان عملکرد سوییچ است. برای بدست آوردن ساختار باندی فتونیک کریستال و موجبر و نیز ویژگیهای ساختار، روش pwe را به کار گرفته ایم و عملکرد سوییچ طراحی شده را با شبیه سازی fdtd مورد ارزیابی قرار داده ایم. نهایتاً سوییچی به طول 116 میکرومتر و با توان عملیاتی 260 میلی وات طراحی کرده ایم که نتایج شبیه سازی صحت عملکرد این سوییچ را نشان می دهد این در حالی است که سوییچهای متداول نوری ابعادی در حد سانتیمتر و نیز توان عملیاتی بالاتری دارند.

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.

در دهه اخیر لیزر وی سل به عنوان یک راه حل قابل اعتماد، ارزان قیمت و پرسرعت برای کاربردهای ارتباطی مطرح شده است. قابلیت اطمینان، کیفیت بالای خروجی، قیمت تمام شده نسبتا پایین، قابلیت احتباس نوری بهتر و پهنای باند مدولاسیون وسیعتر لیزرهای وی سل باعث شده تا از نظر تجاری رقیب خود یعنی لیزرهای با تابش جانبی را تهدید کند. از مزایای دیگر وی سل می توان به تابش سطحی، حداقل اندازه ساخت آرایه ها ی دو بعدی متراکم، جریان آستانه پایین و راحتی کار برای کاربردهای انتقال اطلاعات چند کاناله اشاره نمود. یکی از مسائلی که همواره به صورت مستقیم و غیرمستقیم بر روی عملکرد لیزرهای نیمه رسانا اثر می گذارد، حرارت است. تغییر در طول موج، جریان آستانه، پروفایل مودهای خروجی از پارامترهایی هستند که از حرارت تاثیر می پذیرند. کاهش تاثیر حرارت همواره یکی از چالش های لیزرهای نیمه رسانا بوده است. در این تحقیق با مطالعه و شبیه سازی بوسیله نرم افزار matlab و نرم افزار comsol، عملکرد لیزر وی سل همچنین اثر پارامترهای متعدد از جمله حرارت بر روی پارامترهای خروجی لیزر به عنوان مثال پایداری طول موج، مورد بررسی قرار گرفته است و سپس به منظور کاهش تاثیر حرارت بر روی این پارامترها، پیشنهاد یک ساختار جدید ارائه می شود که باعث کاهش ضریب ترمواپتیکی گالیوم آرسناید و در نهایت باعث کاهش تاثیرپدیری این لیزرها از حرارت می گردد.

یکی از ابزارهای اصلی و دقیق برای تعیین موقعیت اجسام متحرک، استفاده از سنسور ژیروسکوپ می باشد. در سیستم های جهت یابی در وسایل متحرک، اعم از زمینی، دریایی و هوایی، که نیاز به تعیین موقعیت وسیله و همچنین حفظ وسیله در جهت تعیین شده مورد نیاز است، بهترین گزینه استفاده از ژیروسکوپ می باشد. ژیروسکوپ های نوری انواع مختلفی دارند، مانند ifog و rfog؛ در این پایان-نامه هر دو این ژیروسکوپ ها تحلیل شده اند و پارامترهای آنها استخراج شده است. همچنین طرح جدیدی بر پایه ژیروسکوپ rfog ارائه شده و روابط حاکم بر آن و پارامترهای مهم آن از قبیل حسّاسیّت استخراج شده است و با مدل های دیگر مقایسه شده و نشان داده شده است که حسّاسیّت آن نسبت به مدل های دیگر بیشتر است.

با توجه به اهمییت سرعت سوئیچینگ در سیستم های تمام نوری در این پروژه تلاش خواهد شد که با استفاده از پتانسیل های بلقوه اسپین الکترون به سوئیچهایی با قابلیت کلید زنی بالا دست یابیم. خصوصا این کار را بااستفاده از نانو ساختار های کوانتومی انجام خواهیم داد در این پروژه با استفاده از اکسیتون ها به بررسی سوئیچ در ساختارهای شبه دو بعدی می پردازیم.و همچنین با استفاده از حل fdtd معادلات ماکسول کوپل شده با معادلات اکسیتونی به بررسی دقیقتر عمل سوئیچینگ در چاه های کوانتومی خواهیم پرداخت بخصوص با استفاده از این روش اندر کنش پالسهای با عرض زمانی کم با چاه کوانتومی را نیز بررسی خواهیم کرد تا با استفاده از آنها به سرعت های سوئیچینگ بالاتری دست پیدا کنیم. .درادامه با استفاده از روش fdtd ، معادلات ماکسول کوپل شده با معادلات بلاخ را برای پالس های با عرض زمانی کم حل عددی می کنیم و با استفاده از نتایج بدست آمده به بررسی عمل سوئیچینگ اسپینی در محیط آلاییده به نقاط کوانتومی خواهیم پرداخت.

در عصر حاضر نیاز به پردازنده های پرقدرت و سیستم های امن مخابراتی بیش از پیش احساس می شود. با این وجود فناوری-های موجود نیز به آخرین حد توان ممکن از لحاظ تئوری نزدیک و نزدیک تر می شوند. سیستم هایی فراتر از محدودیت های پیش روی نیازمند فناوری های جدیدی است. علم کوانتوم زمینه ها و پتانسیل های جدیدی پیش روی محققان قرار داده است که بهره گیری از این پتانسیل ها می تواند گزینه مناسبی برای جواب گویی به نیازهای روز افزون عصر باشد. استفاده از خواص کوانتومی ذرات برای کاربردهای متفاوت روز به روز همه گیرتر می شود. خواص کوانتومی ذرات امکان گذر از محدودیت های کلاسیک را به وجود می آورند و در کنار آن بسیاری از کاربردهای جدید را فرا روی انسان می نهند. در میان این ذرات فوتون ها به دلیل جابه جایی آسان، جذب پایین و امکان آماده سازی آسان حالت کوانتومی خاص به عنوان رقیبی سرسخت برای سایر ذرات مطرح هستند. دو کاربرد عمده پیش بینی شده و مورد تحقیق برای خواص کوانتومی ذرات پردازش کوانتومی و رمز گذاری کوانتومی هستند. پردازشگرهای کوانتومی انجام پردازش های طولانی کلاسیک را در زمان معقولی میسر می سازند و رمزگذاری کوانتومی نیز نوید امنیت بدون شرط انتقال اطلاعات را می دهد. به همین دلیل این دو کاربرد علاقه محققان را در عصر حاضر به خود جلب کرده اند. در این پایان نامه مروری کوتاه بر محاسبات کوانتومی و مخابرات کوانتومی به وسیله نور خواهیم داشت. سپس به بررسی رفتار موجبرهای تحریک شده به وسیله نور غیر کلاسیک، به طور خاص تک فوتون ها، به عنوان بستری مناسب برای پیاده سازی الگوریتم های کوانتومی و آماده سازی حالات غیر کلاسیک می پردازیم. سپس به بررسی انتظارات هر کاربرد از فوتون های ورودی و می پردازیم. و در نهایت به بررسی خواص نقاط کوانتومی gan به عنوان ماده ای مناسب برای تولید تک فوتون ها پرداخته و روشی عملی را برای بهینه سازی نقاط کوانتومی برای تولید تک فوتون های بهبود یافته ارائه می دهیم. یکی از نتایج به دست آمده در این پایان نامه امکان مقاوم سازی موجبرهای کوپل شده به عنوان عناصر کوانتومی با استفاده از ایجاد عدم تطابق های عمدی در آن هاست. نتیجه دوم به دست آمده امکان جداسازی حالات کوانتومی نوری بر اساس پایه های دلخواه با استفاده از موجبرهای کوپل شده است. مطالعه رفتار اثر اشتارک در نقاط کوانتومی با پوشش خارجی ما را به این نتیجه رساند که وجود پوشش خارجی می تواند در بهبود اثر اشتارک نقش عمده ای داشته باشد. این امر نیز به نوبه خود تولید فوتون های مطلوب تر را ممکن خواهد ساخت.

پرتوهای فرابنفش به علت طول موج پایین و انرژی بالا دارای کاربردهای ویژه ای در صنعت و پزشکی هستند. بنابراین به آشکارسازهایی نیاز است که بتوانند این امواج را آشکار بکنند. به همین خاطر طی سال های اخیر تلاش های فراوانی در عرصه ی ساخت این آشکارسازها شده است. و انواع آشکارسازها با قابلیت های مختلف در این بازه فرکانسی ساخته شده است. که از آن جمله می توان به آشکارسازهای نور رسانا و دیود نوری اشاره کرد. ولی در سال های اخیر با پیشرفت علوم در عرصه ی فناوری نانو، نسل جدیدی از آشکارسازها با کارایی بهتر و ابعاد کوچکتر در حال ساخت می باشند. که از آن جمله می توان به آشکارسازهای بر پایه ی چاه های کوانتومی و نقاط کوانتومی اشاره کرد. در این پایان نامه، در قسمت های اول به بررسی انواع آشکارسازها پرداخته شده و نقاط ضعف و قوت آنها بیان شده است. و در ادامه تمرکز اصلی بر روی آشکارسازها با استفاده از ترکیبات نیتریتی قرار گرفته است و به بررسی نحوه ی عملکرد آنها پرداخته شده است. و آشکارسازهای چاه کوانتومی و نقاط کوانتومی شبیه سازی و به بررسی اثرات کشش در ساختار آنها پرداخته شده است. که نتایج بدست آمده نشان می دهد اثرات کشش در ساختار چاه کوانتومی بیشتر مشهود است و تغییرات گاف انرژی با تغییرات غلظت آلومینیوم در ساختار چاه کوانتومی نسبت به نقاط کوانتومی زیاد است. همچنین ضریب جذب را به صورت تابعی از قطبش میدان الکتریکی موج الکترومغناطیسی به دست آورده ایم. که نتایج بدست آمده نشان می دهد ضریب جذب در حالت قطبش te، نسبت به tm زیاد است. و در ادامه نقاط ضعف آنها ارزیابی شده و در پایان نیز روش هایی را برای بهبود این نقاط ضعف مطرح کرده ایم.

آنچه که امروزه در ساخت سوئیچهای نوری اهمیت دارد سرعت سوئیچینگ است. در این پروژه برای ساخت سوئیچ های نوری از پدیده پراش در محیط های پلاسمونی استفاده شده است. همانطور که می دانیم سرعت واکنش پلاسمون ها با نور بسیار بالا بوده به حدی که زمان بازیابی آن در حدود فیمتو ثانیه است. هدف این است که با کنترل و مدیریت امواج حاصل از پراش و پلاسمون های سطحی بتوان سوئیچ تمام نوری با سرعت بالا ساخت. آخرین سویچ گزارش شده ای که با کوانتوم دات ساخته شده دارای سرعتی در حدود 2.5 ترا بیت بر ثانیه است یعنی دارای زمان بازیابی در حدود 4. پیکو ثانیه که در مقایسه با زمان بازیابی پلاسمون های سطحی انتظار می رود با استفاده از این پلاسمون ها بتوان سرعت سوئیچ نوری را تا چندین برابر بهبود داد. در این تحقیق ابتدا چند خاصیت مهم پلاسمون ها را مورد بررسی قرار می دهیم و در ادامه پارامتر های موثر در عبور نور از شکاف های پریودیک را مورد بحث قرار می دهیم و در انتها طرح پیشنهادی برای ساخت سوئیچ نوری را ارائه می کنیم.

الگوریتم های محاسبات کوانتومی در واقع عملیات متوالی منطقی هستند که روی کیوبیت ها انجام می گیرند. در حالت کلی کیوبیت ها اطلاعات کوانتومی را ذخیره می کنند و توسط عملیات منطقی کنترل شده که تحت عنوان گیتهای کوانتومی خوانده می شوند، تغییر حالت می دهند. بدین منظور سیستم-های فیزیکی بسیاری برای تحقق کامپیوتر های کوانتومی مورد مطالعه می باشند. یکی از بهترین سخت افزارهای پیشنهادی در این زمینه، اسپین الکترون حبس شده در نقطه کوانتومی است. برای تحقق گیت cnot که یکی از اساسی ترین گیت های کوانتومی می باشد. ما دو الکترونی که در داخل دو نقطه کوانتومی کوپل شده به هم قرار دارند را مورد مطالعه قرار می دهیم. انرژی جابجایی حاصل اندرکنش کولنی و اصل طرد پائولی است. روش های مختلفی برای کنترل این انرژی وجود دارد، از جمله آنها اعمال میدان مغناطیسی یا الکتریکی یا تغییر فاصله بین دو نقطه کوانتومی کوپل شده است. در این پایان نامه اثرات میدان الکتریکی همگن را در انرژی اندرکنش هایزنبرگ بررسی می کنیم. بدین منظور باید معادله شرودینگر برای همیلتونین دو الکترونی را حل کنیم. برای چنین مساله ای راه حلهای زیادی وجود دارد که از جمله روشهای عددی دقیق، متد اندرکنش ترکیبی می باشد. در اینجا از این روش و با استفاده از اوربیتالهای نوع گوسین، ترازهای انرژی را برای یک سیستم دو الکترونی محبوس شده در نقاط کوانتومی کوپل شده افقی بدست می آوریم. پتانسیل توسط دو چاه کوانتومی مدل شده است که رنج و درجه نرمی آن قابل تغییر می باشد. در تمامی حالتها میزان انرژی مبادله شده بین دو اسپین، رفتار مشابهی را نسبت به میدان الکتریکی از خود نشان می-دهند. در میدانهای متوسط میزان این انرژی به یک حالت بیشینه می رسد و پس از عبور یک مقدار بحرانی سریعا به میزان صفر میل می کند. بنابراین قادر هستیم با استفاده از میدان الکتریکی این انرژی را سویچ ویا تنظیم کنیم. این مشخصات بدست آمده برای این انرژی می تواند در راستای دستکاری کامل الکتریکی کیوبیتهای اسپینی امیدوار کننده باشد.

در این پایان نامه ایده بکارگیری شبه کریستال های فوتونیکی در کریستال های فوتونیکی بمنظور ارائه ساختار جدیدی برای طراحی سویچ تمام نوری بر اساس ساختار های رینگ رزوناتورهای حلقوی پرداخت شده است. در این ساختار پیشنهادی از آرائه ای از شبه کریستال های فوتونیکی به عنوان کاواک استفاده شده است. ساختار رینگ رزوناتورهای حلقوی بر پایه کریستال های فوتونیکی کاربردهای اساسی در مدارات مجتمع نوری دارند.بکارگیری شبه کریستال های فوتونیکی به عنوان کاواک باعث انتشار نور در کمترین حالت تلفات میباشد.اعمال سیگنال کنترلی در طول موج رزونانس سیستم باعث افزایش میدان موثر در کاواک و همچنین افزایش خاصیت غیر خطی سیستم میشود. از دیگر مزیت ها میتوان به عدم تداخل انرژی سیکنال کنترلی با سیگنال اعمالی میباشد. دو ساختار متفاوتی از شبه کریستال های فوتونیکی به عنوان کاواک بررسی و مقایسه شده است. همچنین نشان داده شده است که این ساختار پیشنهادی قابلیت کار کردن در مینیمم توان 36.5w/µm2 و زمان سویچینگ 600 fs را دارا میباشد.

توانایی کنترل سرعت نور، بسته به اینکه سرعت گروه کاهش یا افزایش پیدا کند، با عنوان نور کند یا تند اطلاق می شود و اخیرا توجه بسیاری را به خود معطوف کرده است. این کنترل بی نظیر کاربردهای درخور توجهی در بسیاری از زمینه های علمی از جمله دانش غیرخطی،rf فوتونیک و شبکه های تمام نوری دارد. از کاربردهای مستقیم تجهیزات نور کند و تند، در زمینه مخابرات می باشد. یک چالش بزرگ که در تکنولوژی اطلاعات امروزه نیز وجود دارد، ذخیره سازی سیگنال های نوری، مستقیما در حوزه نور است. از آنجا که در شبکه های امروزی سیگنال های نوری برای مسیریابی، سوئیچینگ، و پردازش باید به سیگنال های الکتریکی تبدیل شوند، تاخیرهای بزرگ و گره های ترافیکی در این شبکه ها وجود دارند. همچنین حفظ اطلاعات در حوزه نوری در طی پروسه ی مسیر یابی موجب کاهش چشمگیر توان، پیچیدگی، و سایز مسیریاب ها خواهد شد. بدین منظور می توان از یک خط تاخیر نوری قابل کنترل، به عنوان یک بافر نوری استفاده کرد، که عمل ذخیره سازی در آن متناسب با تغییرپذیری سرعت گروه انجام می گیرد. می توان گفت بافرینگ، بزرگ ترین مساله در تحقق بخشیدن به شبکه های تمام نوری پرسرعت می باشد، که با توانایی کنترل سرعت نور دست یافتنی است. تجهیزات نور کند و تند در حوزه کاربردهای rf فوتونیک، می توانند به عنوان المان های تاخیر زمانی صحیح(ttd)، برای کنترل آنتن های آرایه فازی و نیز در فیلترهای تنظیم پذیر مورد استفاده قرار گیرند. از کاربردهای بدیع دیگر، می توان از اپتیک غیرخطی، پردازش سیگنال تمام نوری و پردازش اطلاعات کوانتوم نام برد. روش های متعددی برای تغییر سرعت گروه نوری وجود دارد. سرعت گروهی کند یا تند می تواند از پاشندگی ماده یا موجبر و یا هردو نتیجه شود. طرح هایی که بر پایه سیستم های نیمه هادی برای تحقق نور کند وتند هستند، مزیت سرعت بسیار بالا و کنترل الکتریکی را دارند. علاوه بر این حجم کمتری دارند، برای کار در دمای اتاق مناسب اند و به راحتی قابل فشرده سازی با دیگر زیرسیستم های نوری اند. در این کار فرآیندهای مختلف برای تحقق نور کند و تند بررسی می شود و فرآیند cpo در تقویت کننده های نوری نیمه هادی (soa) به عنوان روش مناسب برای کنترل سرعت نور استفاده خواهد شد. qd-soa به عنوان محیط کنترل سرعت نور انتخاب و طراحی می شود. در ادامه مدل تئوری و روابط لازم برای محاسبات پارامترهای مختلف ارائه می گردد. سیگنال نوری در عبور از soa ،در اثر فرآیند غیرخطیcpo ، با یک تغییر در ضریب شکست مواجه می گردد که قابل کنترل است. بنابراین سرعت گروه می تواند به صورت الکتریکی با کنترل جریان اعمالی به وسیله، یا به صورت نوری، با کنترل توان یا فرکانس میدان نوری کنترلی، کنترل شود. در ادامه میدان نوری سومی برای کنترل بیشتر وارد می شود و روابط و معادلات جدید ارزیابی می شوند.

مدارات مجتمع نوری نیازمند ساختارهایی هستند که با ابعادی زیر حد پراش نور بتوانند انرژی الکترومغناطیسی را هدایت کنند. این ویژگی با بکارگیری موجبرهای معمولی یا بلور فوتونی بدست نمی¬آید. بنابراین موجبرهای پلاسمونی برای هدایت انرژی الکترومغناطیسی زیر حد پراش نور پیشنهاد شده¬اند. در این پایاننامه، ویژگی های نوری فلزات و پلاسمون¬های سطحی روی مرز فلز ودی¬الکتریک به طور کامل شرح داده¬شده¬است. تحلیل موجبر مبتنی بر آرایه¬ای از نانوذرات فلزی در این تحقیق دارای دو بخش اصلی می¬باشد. در بخش نخست، آرایه¬ای از نانوذرات فلزی را به صورت زنجیره¬ای از دوقطبی¬های کوپل شده به طول نامحدود و محدود مدل کردیم و رابطه¬ی پاشندگی برای هر یک از این مدل¬ها را بدست آوردیم. در بخش دوم به شبیه سازی یک بعدی و دو بعدی موجبر مبتنی بر آرایه¬ای از نانوذرات فلزی با روش تفاضلات محدود با بکارگیری اپراتور واسطه در نرم افزار matlab پرداختیم و روابط پاشندگی را محاسبه کردیم. برای حالت یک بعدی یک ساختار جدیدی ارائه کرده¬ایم و توانسته¬ایم سرعت گروه را کنترل نموده و به 10% سرعت نور در فضای آزاد دست یابیم.

با توجه به اهمیت تقویت کننده های نوری نیمه هادی در پردازش های نوری، گیت های منطقی و سویچ های نوری، امکان تحقق چنین پردازنده هایی را توسط qd-soa ها بررسی کرده و با نتایج گزارش شده مقایسه می کنیم. با در نظر گرفتن ویژگیهای منحصر بفرد qd-soa ها از جمله زمان بازیابی گین بسیار پایین در مقایسه با سایر انواع soa ها، انتظار میرود این ادوات دارای پتانسیل بالایی برای پردازش با سرعتهای بالا باشند. آخرین نتایج عملی گزارش شده حاکی از دستیابی به سرعت تبدیل طول موج 320 gb/s در qd-soa ها و دی مالتی پلکسینگ 640 gb/s به 40 gb/s در bulk-soa ها می باشد. با توجه به این که اصلی ترین عامل محدود کننده سرعت پردازش در qd-soa ها زمان بازیابی گین است، در این پایان نامه سعی شده روش هایی برای جبران این محدودیت بصورت تئوری پیشنهاد و امکان تحقق آنها در عمل بررسی شود. همچنین یکی دیگر از نقاط قوت تقویت کننده های مبتنی بر نقاط کوانتومی نسبت به سایر تقویت کننده ها برخورداری از ویژگیهای غیر خطی با قدرت بالاتر است که دلیل این ویژگیها در qd-soa ها بررسی شده و فرایند تبدیل طول موج در یک qd-soa با یک تقویت کننده نوری مبتنی بر چاههای کوانتومی (qw-soa) در یک آزمایش مقایسه شده است. یکی از مهم ترین پارامترهای qd-soa به هنگام مدل سازی و نیز انجام آزمایشهای عملی، نویز ase مربوط به گسیل خودبخودی از نقاط کوانتومی است که باعث کاهش کیفیت وایجاد محدودیت هایی در عملکرد قطعه می شود. در این پایان نامه اثر این نویز را در فرکانس های مختلف با افزودن یک معادله نرخ برای هر فرکانس به معادلات سیستم بررسی و در عمل نیز میزان این نویز را در جریان های مختلف و نیز توانهای مختلف ورودی مطالعه می کنیم. برای بهبود سرعت عملکرد سیستم ایده تزریق یک نور خارجی بررسی شده و امکان استفاده از چنین منبعی به جای بایاس الکتریکی و مزایا و معایب چنین ساختاری مطالعه می شود.

در سیستمهای مخابرات نوری که در چند سال اخیر با پیشرفتهای فراوانی همراه بوده است. با بکارگیری گسترده زیرساخت فیبر نوری و توسعه سیستمهای مربوط به آنها و گستردگی نیازهای کاربران، شبکه های دسترسی (access networks) و از طرفی جوابدهی به نیازها، توسعه فراوانی یافته است. در این راستا با افزایش کاربران اینترنتی و نیاز به سرویسهای جدید مانند تلویزیون با کیفیت بالا (hdtv) و... بحث بهینه سازی شبکه های موجود و مطابقت آنها با سیستمهای جدید جایگزین تبدیل به یک چالش اساسی برای متصدیان ارتباطات و مخابرات کشورها شده است . سیستمهای ارتباطی بین شهری که اکثرا از لینکهای مایکروویو و رادیو بهره میجست با حضور گسترده فیبرنوری بعنوان بستر ارتباط زیر ساخت اصلی، جزو مسیرهای stand by شده اند و لینکهای نوری بدلیل پهنای باند بالا، سرعت بیت ریت بیشتر، ظرفیت انتقای اطلاعات بالا و ... در اولویت قرار گرفته اند. در این راستا بحث فیبر به خانه بدلیل قطر کم و پهنای باند بالا و ... نسبت به مسی و قابلیتهای غیرقابل انکار شبکه نوری جزو بحث های جدید و روز دنیای ارتباطات و مخابرات است. در سالهای اخیر با وجود استفاده از کافوهای نوری فعال رشد فراوانی یافته و کمک شایانی در کاهش موثر شبکه های کابل مسی شده است ولی بدلیل هزینه ها و نگهداری، عناصر تمام نوری و غیرفعال مطرح می شود.. شبکه های نوری پسیو که ارائه دهنده سرویسهای روز به کاربران می باشد، نمونه ای مناسب برای بحث فیبر به خانه میباشد و با کاهش فاصله دسترسی کاربران به فیبر، امکانات و مزایای فراوانی در اختیار مشترکین قرار میدهد. فاصله دسترسی در این شبکه ها تا کاربر بمیزان 20 کیلومتر است در حالیکه این فاصله در شبکه های مسی با قطر 0.4 میلی مترمحدود به 4 کیلومتر فقط هست. امکانات تغییرات در توسعه شبکه های نوری غیرفعال بمراتب سریعتر و راحتتر از سایر شبکه های موجود میباشد و در نهایت هزینه های ارتباط مشترک لینک نوری با لحاظ تمام امکانات و محدودیتهای موجود، افقی روشن در افزایش مشترکین فیبر به خانه خواهد شد. برخی از مزایای شبکه های نوری پسیو را می توان :1-قابلیت افزایش مشترکین جدید به شبکه 2-تخصیص پهنای باند به مشترکین 3-افزایش اعتماد در قابلیت شبکه 4-استفاده از عناصر پسیو 5-فاصله دسترسی مناسب 6-استفاده موثر از قابلیتهای همزمان ویدیو، دیتا و تصویر نام برد و این نوع شبکه ها، بعنوان راه حلهای غالب پهنای باند قابل دسترسی مطرح میباشند. ساختارهای موجود در شبکه های نوری پسیو در غالبهای زیر تقسیم بندی میشوند : 1) apon ( atm passive optical network ) 2) bpon ( broadband pon ) 3) epon ( ethernet pon ) 4) gpon ( gigabits pon ) 5) wavelength division multiplexing passive optical network) wdm pon) 6) wdm/tdm-pon بدلیل تبدیل سیگنالهای الکتریکی به نوری و بالعکس در ابتدا و انتهای این ساختارها و نیز نوپا بودنشان، نواقصاتی همچون عدم مدیریت شبکه و مانیتورینگ سیستم و عدم تشخیص خرابی وجود دارد. که با روشی در تشخیص خرابی شبکه نوری پسیو بصورت online monitoring از طریق دستگاه بازتاب سنج نوری در حوزه زمانی (otdr) در ترمینال نوری ارائه میشود و محدودیتهای استفاده و پیشنهاد روشهای جدید استفاده بهینه از بازتاب سنج نوری در حوزه زمانیرا مورد بحث قرار میدهیم. و در آخر با توجه به محدودیت نرم افزار شبیه سازی در مورد بازتاب سنج نوری در حوزه زمانیو لینک نوری، شبکه نوری غیرفعال را شبیه سازی کرده و در نقاط مهم شبکه از جمله بعد از فیبر، بعد از جداکننده و... میتوان شبکه را از لحاظ پارامترهای مهم مانیتورینگ کرد و سپس براساس افزایش پارامترهای مهم در شبکه به تحلیل شبکه پرداخته و نتیجه گیری کرد.

توانایی برای کنترل و ایجاد تأخیر کاملاً نوری یا متوقف کردن سیگنالهای نوری یکی از ایده های بزرگ برای شبکه های مخابراتی و پردازش سیگنال است که اخیراً مهندسان و جامعه دانشمند را به کار در این زمینه ترغیب نموده است. اخیراً روش های مختلفی را از جمله روش شفافیت القایی مغناطیسی (eit) و تقویت کننده های نوری مبتنی برنقطه های کوانتومی(qdsoa) و ساختارهای فوتونیک کریستال (phc) و ... پیشنهاد داده اند که هرکدام دارای مزایا و همچنین معایب ذاتی می باشند. یکی دیگر از روش های موثر و نوین برای کاهش سرعت نور استفاده از موجبرهای متامتریال می باشد. در اینجا ما با استفاده از موجبرهای متامتریال و پیشنهاد ساختارهای مختلف قصد داریم تا سرعت گروه نور را در شرایط تلفاتی کاهش دهیم. بر این اساس دو نوع ساختار غیرفعال و فعال معرفی می شود، که در ساختارهای غیرفعال با پوسته چند لایه، اثر منفی وجود تلف را کاهش داده و عواملی که باعث دور شدن سرعت گروه از مقدار صفر شده را به حداقل رساندیم و توانستیم دوباره سرعت گروه نور را نسبت به ساختار پایه در حالت تلفاتی به مقدار قابل توجهی کاهش دهیم، هرچند در این ساختار به دلایل محدودیت هایی نمیتوانیم سرعت را صفر کنیم ولی با انتخاب مقادیر بهینه برای ضرایب شکست و ضخامت ها تلاش کردیم بیشترین مقدار کاهش را نتیجه بگیریم. از طرف دیگر با پیشنهاد ساختاری فعال، که طی آن با کوپل بخشی از نور ورودی به لایه پوششی ساختار پایه، سعی کردیم که این سرعت را دوباره به مقدار صفر برگردانیم. ضمن اینکه برای هر کدام از این روش ها محاسبات و نمودارهای مربوطه را بدست آورده ایم.

هدف از انجام این پروژه افزایش میزان نور خروجی oled است.نور تولید شده در لایه ارگانیکی oled به دلیل انعکاسات کلی (tir) بین لایه ارگانیکی و کنتاکت فلزی شفاف (ito) و نیز بین سابستریت شیشه ای و هوا تلف شده و تنها 20% از نور ایجاد شده به خروجی کوپل می شود. روش های زیادی جهت افزایش نور خروجی oled وجود دارد از جمله ایجاد ناهمواری در سطح ito یا استفاده از میکرولنز در سطح شیشه .روش مورد بحث ما از ساختار های نانو با پترن شبه پریودیک بین لایه فعال و کنتاکت فلزی شفاف است در این پروژه سعی خواهیم کرد تاثیر ایجاد ساختار شبه پریودیک در محل مورد نظر افزایش نور خروجی oled را بررسی کنیم.

بولومترها آشکارسازهای هستند که کاربردهای نظامی و غیر نظامی دارند. زمانی که بولومتر در معرض پرتو الکترومغناطیسی قرار می گیرد، سیگنال خروجی، از طریق تغییر مقاومت در ماده ترمیستور پوشیده شده با لایه جاذب، تولید می شود. شایستگی ماده ترمیستور در ضریب دمایی مقاومت بالا و سطح نویز پایین است. پارامتری است که نشان می دهد مقاومت ماده چگونه به تغییرات دما حساس است. مواد متفاوت مثل وانادیوم اکساید، نیمه هادی-های تک کریستالی یا چند کریستالی، مواد ترمیستور امروزی هستند. در دهه اخیر به عنوان ماده ترمیستور به رسمیت شناخته شده است. در این مطالعه، ساختار چند لایه کوانتومی برای ارزیابی کارایی آن به عنوان ماده ترمیستور توصیف و شبیه سازی شده است.

روش های مختلفی برای جداسازی سلول ها وجود دارد، که روش مورد استفاده در این تحقیق روش دی الکتروفورسیس می باشد. دی الکتروفورسیس پدیده ای می باشد که در آن به یک ذره ی خنثی که در یک میدان الکتریکی غیریکنواخت قرار دارد نیرو وارد می شود. این نیرو به ویژگی های الکتریکی، شکل، ساختار سلول و حتی محیطی که سلول ها در آن قرار دارند وابسته می باشد. از آنجائیکه ویژگی های الکتریکی، شکل، ساختار سلول های سرطانی و سلول های سالم یکسان نیست، در نتیجه نیروی وارده به سلول های مختلف، متفاوت می باشد و از این نیرو می توان برای جداسازی، جهت گیری و دستکاری سلول ها استفاده نمود. در فصل اول نگاهی خواهیم داشت بر ضرورت طراحی المان های mems و بیان دلایلی که برای کوچک کردن دستگاه های جداسازی ذرات وجود دارد. در ادامه، در فصل دوم نیروی دی الکتروفورسیس و عواملی که در ایجاد آن موثر می باشند آورده شده است و به مطالعه ی تعدادی از طرح هایی که قبلاَ برای الکترودها طراحی شده و مراحل ساخت یک میکروچیپ که برای جداسازی ذرات استفاده می شود پرداخته ایم. در فصل سوم عوامل موثر بر مقدار نیروی dep(توسط شبیه سازی هایی درمحیط comsol) را بررسی نموده ایم. از جمله این عوامل می توان به شکل الکترودها، ولتاژ و فرکانس اعمالی، لایه ی پلیمری روی الکترودها، فاصله بین الکترودها، مقدار نیرو در فواصل مختلف از سطح الکترودها و جبران سازی نیروی کاهش یافته به خاطر لایه ی پلیمری اشاره نمود.

afm به این صورت کار می کنند که میله ای در طول سطح نمونه به طور پیوسته حرکت می کنند. با حرکت این میله (probe) نقشه برجستگی و یا ارتفاع اسکن می شود. ،البته این میله ها شکل های متفاوتی دارند و می توانند مورد استفاده قرار گیرند.معمولا این میله ها (probe) به صورت تیزی هستند و بر روی سطح نموه حرکت می کنند و پرو فایل نوک سوزن را می دهند که معمولا خطی است. afm، از قسمت های مختلفی تشکیل شده است.1- فرستنده لیزری 2- آشکار ساز نوری 3- پایه(cantilever) 4- میله(probe) 5- تراشه (پایه بر روی آن قرار می گیرد.)

فیبرهای نوری به عنوان زیرساخت مخابرات نوری، نقش بسزایی در پیشرفت این عرصه ایفا می کنند. به طوری که با ساخت فیبرهایی با مشخصات بهتر، امکان دست یابی به سرعت های بالاتر و نیز هزینه های کمتر در سیستم های مخابراتی فراهم می گردد. فیبرهای نوری مبتنی بر بلورهای فتونیکی دسته نسبتاً جدیدی از فیبرهای نوری می باشند که با توجه به قابلیت های فراوان توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. از این قابلیت ها می توان به توانایی مدیریت پاشندگی، تلفات و نیز سطح موثر مد در این فیبرها اشاره کرد. پاشندگی فیبرهای نوری که در کل به معنی پهن شدگی زمانی پالس در هنگام حرکت در طول فیبر می باشد، به عنوان اصلی ترین عامل تعیین کننده پهنای باند و نیز به همراه تلفات نوری، تعیین کننده فاصله بین جبران سازها در سیستم های مخابرات نوری می باشد. سطح موثر مد نیز رابطه مستقیمی با حداکثر توان نوری قابل تحمل توسط فیبر دارد. حداکثر توان قابل تحمل فیبر نیز در تعیین تعداد کانال های قابل انتقال از فیبر در سیستم های مبتنی بر تقسیم طول موج نقش بسزایی ایفا می کند. در این پایان نامه، به مدیریت مشخصه های مختلف فیبرهای نوری مبتنی بر بلورهای فتونیکی پرداخته ایم. هدف از این پایان نامه تخت نمودن مشخصه پاشندگی فیبر در بازه طولی موجی وسیع، افزایش سطح موثر مد این فیبرها برای انتقال توان بیشتری از فیبر و نیز کنترل نمودن تلفات حبس می باشد. به دلیل ساختار پیچیده این فیبرها و عدم امکان تحلیل دقیق آن ها، مجبور به استفاده از روش های عددی می باشیم. روش استفاده شده، روش مشتقات محدود در حوزه فرکانس می باشد که یک روش تماماً برداری است. از این رو قادر به تحلیل ساختارهای پیچیده با دقت مناسب می باشد. از برنامه lumerical modesolution برای تحلیل فیبرهای نوری مبتنی بر بلورهای فتونیکی و به دست آوردن نتایج استفاده کرده ایم. در این پایان نامه، با ارائه پروفایل جدیدی از تغییرات ضریب شکست فیبر در ناحیه هسته فیبر توانسته ایم مشخصه های مطلوب را به دست آوریم. مشخصه پاشندگی فیبر طراحی شده در بازه طول موجی nm 1450 تا nm 1650 بین ps/(km.nm)0.4 ± بوده و دارای صافی بسیار خوبی است. تلفات حبس در طول موج nm 1550 کمتر از db/km 0.14 بوده و سطح موثر مد نیز در همین طول موج تقریباً برابر با µm2 96.4 می باشد.

خورشید منبع عظیمی از انرژی است و این حقیقتی خوشحال کننده برای بشر است که به تدریج وارد بحران بزرگی به نام کمبود انرژی می شود، از این رو یافتن هر راه جدیدی برای بهره گیری هر چه بیشتر از این منبع عظیم اهمیت فوق العاده دارد. سلول های خورشیدی یکی از مبدل های مهم تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریسیته می باشند که کمترین آلودگی را بر محیط دارند. از این رو تحقیقات فراوانی بر روی سلول های خورشیدی از جمله سلول های خورشیدی سیلیکونی صورت می-گیرد و یکی از چالش های اصلی افزایش راندمان تبدیل سلول های خورشیدی است. این کار تحقیقاتی شامل خلاصه ای از کار های تحقیقاتی برای مطالعه نظری، مدلسازی، طراحی و بهینه سازی سلول های خورشیدی با راندمان بالاست. بهبود بازده با مدیریت خواص نوری و الکتریکی ساختار و مواد بکار رفته امکان پذیر است. برای مرحله اول ما بر سلول های خورشیدی پشته ای متمرکز شدیم و سلول خورشیدی پشته ای silicon/3c-sic را با در نظر گرفتن اتصالات تونلی، بهینه سازی ابعاد و دوپینگ های مناسب و اتصالات بالایی و پایینی طراحی کردیم. در این حالت بازده 26 درصدی برای این سلول ها در مقابل بازده 20 درصدی سلول خورشیدی سیلیکونی تک اتصالی بدست آمد. در ادامه این کار مطالعات نظری سلول های خورشیدی باند میانی که موجب بهبود بازده سلول های خورشیدی با ایجاد باند های میانی در بین باند های اصلی انرژی می شود صورت می گیرد. از لحاظ تئوری سلول های خورشیدی باند میانی بهبود عظیمی را در راندمان تبدیل سلول های خورشیدی موجب می-شوند. با جایگزین کردن fe با بعضی از اتم های 3c-sic باند های میانی در آن مشاهده گردید. استفاده از مدل محدودیت بازده حداکثر 59 درصد برای آن بدست آمد. با وارد کردن مشخصات واقعی و حل معادلات دریفت-دیفیوژن بازده بالای 34 درصد برای این سلول خورشیدی باند میانی محاسبه گردید. در نهایت حساسیت سلول های خورشیدی به دما مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. سلول های خورشیدی معمولا در دمای نزدیک به 300 درجه کلوین بکار می روند ولی شرایطی است که در دمای بالاتر باید به کار برده شوند. سلول خورشیدی سیلیکون کریستالی که دارای انرژی شکاف پایین دارد در این کاربرد مشکلاتی دارد که در انتهای این کار حساسیت آن به دما مورد بحث قرار می گیرد و سیلیکون کرباید که دارای انرژی شکاف بالاتری نسبت به آن می باشد به عنوان ماده مناسب بر ای این کاربرد معرفی می گردد.

از زمان های دور تا کنون، همواره انسان در تلاش برای بدست آوردن بهترین ها، در قبال پرداخت کمترین هزینه و انرژی بوده است. با توجه به فنا پذیری منابع انرژی از جمله سوخت های فسیلی که منبع عمده برای تولید جریان الکتریسیته می باشند و نیز با توجه به این امر که بخش اعظم برق تولیدی صرف روشنایی منازل و معابر و ... می شود و با در نظر گرفتن اینکه لامپ های کنونی توان الکتریکی زیادی در قیاس با نور تولیدی مصرف می کنند، دانشمندان و پژو هشگران در گوشه و کنار جهان بر آن شده اند تا با طراحی وسایل روشنایی بهینه از نظر مصرف توان و کیفیت نور تولیدی گام بزرگی در کاهش مصرف برق و هزینه ها بردارند از اینرو توجه پژوهشگران به دیود های انتشار دهنده نور ارگانیکی1 معطوف شد که هم در مقایسه با سایر ابزار روشنایی نور ، مصرف توان کمتری دارند و هم کیفیت نور تولیدی در حد نور سفید است. در دو دهه اخیر تلاش های زیادی در جهت بهینه کردن تمام مشخصه های دیودهای انتشار دهنده نور ارگانیکی از نظر مصرف توان ، افزایش بازده کوانتومی درونی2 ، افزایش طول عمر وسیله و ... صورت گرفته و می توان گفت بجز یک مورد اساسی که افزایش بازده استخراج نور خروجی1 دیود های انتشار دهنده نور ارگانیکی است هیچ مانع دیگری بر سر راه تجاری کردن این وسیله وجود ندارد. برای حل مشکل فوق نیز در سال های اخیر تحقیقات گسترده ای صورت گرفته، اما بهینه ترین روش، روشی خواهد بود که با صرف هزینه کمتر به نتایج مطلوب بینجامد و این خود مستلزم این است که روش ساخت ساده تر و سریعتری را برگزینیم. دو فاکتور اساسی که باعث کاهش بازده نور خروجی دیود های انتشار دهنده نور ارگانیکی می شود عبارت است از 3? % باز تابش کلی نور2 در مرز شیشه و هوا و نیز ?? % بازتابش کلی در مرز آند و شیشه ، که با این اوصاف تنها ?? % نور تولیدی در ناحیه ارگانیکی به خروجی راه می یابد]3- 1[. هدف این پایان نامه بهره گرفتن از ساختار های شبه پریودیک3 در مرز آند و شیشه برای کاهش اثرات باز تابش کلی در این مرز می باشد . برای این منظور انواع ساختار های فیبو ناتچی مانند فیبوناتچی ساده4، فیبوناتچی تعمیم یافته5 ، فیبوناتچی دارای تقارن6 و نیز ساختارهای پریودیک7 و سوپر پریودیک8ونیز ساختار های تومورس 9ساده و تعمیم یافته10 مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند و در اخر دو نوع ساختار های فتونیک کریستال11 به ازای پارامتر های مختلف مانند ارتفاع شبکه، شعاع فتونیک کریستال ، ثابت شبکه و مواد مختلف و... مورد مقایسه قرار گرفتند و از این میان بهینه ترین ساختار یعنی fc(3,4) با تعداد? لایه به ازای مواد با ضریب شکست 3/? (tio2) و ??/? (sio2) بدست آمد.

برای درک کامل و بررسی چهارچوب عملکرد یک مدولاتور تمام نوری مبتنی بر نقاط کوآنتومی، آنالیز عددی، روش محاسبات عددی و روش تفاضلات محدود بکار گرفته شده است تا بتوان معادلات کوپله نرخ و معادلات انتشار برای دو سیگنال پمپ و پروب برای گذار بین باندی و بین درون باندی حل کرد و در نتیجه توانستیم به مطالعه دینامیک حامل ها و بررسی ویژگی های نوری این قطعه بپردازیم. مدولاتور تمام نوری که معرفی خواهد شد، بر روی بستر si با لایه ای از نقاط کوآنتومی cdse است، دارای سرعت ghz71 و با عمق مدولاسیون نزدیک 100% می باشد. بستر si این مزیّت را دارد که قطعه مورد نظر را با ساختارهای الکترونیکی cmos سازگار باشد. چگالی توان پمپ برابر2 mw/m 6/5 در طول موج مرئی nm 460 می باشد. بررسی نتایج، این را نشان می دهد که عمق مدولاسیون 96% تا فرکانس ghz71 ثابت می ماند. هر چقدر فرکانس مدولاسیون بالا می رود عمق مدولاسیون کاهش می یابد. ضریب خاموشی این قطعه معادل db15 می باشد. در کار پژوهشی حاضر فرکانس مدولاسیون thz1 به عمق مدولاسیون 45% رسیده ایم. هم چنین مدولاتور تمام نوری مذکور که مبتنی بر نقاط کوآنتومی cdse/glass می باشد، دارای انرژی سوئیچینگ fj 10 می باشد. از طرفی با بررسی های مواد مختلف جهت رسیدن به طول موج مخابراتی به این نتیجه رسیدیم که شیشه بهترین بستر یا ماتریس مناسب جهت رشد نقاط کوآنتومی می باشد. نکته خیلی مهم این است که شیشه منجر به افزایش سرعت واهلش الکترون ها می شود و از آن جایی که مهم ترین عامل محدود کننده این قطعه شدیداً وابسته به زمان باز ترکیب الکترون و حفره می باشد، شیشه بستری بسیار مناسب برای کاربردهای پر سرعت می باشد. در نهایت توانستیم? اطلاعات را از طول موج مرئی nm 460 بر روی طول موج های مخابراتی nm 1522 انتقال دهیم.

بعضی از خطوط اطلاعات فیبر نوری، نیازمند ارتباطی فراتر از ارتباط ساده نقطه به نقطه است. ممکن استارتباط این پیوند داده ها خیلی پیچیده تر باشد که مستلزم چند پورت و یا انواع دیگر اتصالات است. در بسیاری از موارد این نوع سیستم ها نیازمند اجزا فیبر نوری که توانایی توزیع دوباره سیگنال نوری را دارند، هستند. یکی از این اجزا، کوپلرهای نوری هستند. کوپلر فیبر نوری یک قطعه ی پسیو و یا اکتیو نوری است که می تواند سیگنال نوری (توان) را از یک فیبر میان دو یا چند فیبر دیگر توزیع کند و در سیستم های فیبر نوری، با یک یا چندین فیبر در ورودی و یک یا چندین فیبر در خروجی استفاده می شود، در مواقعی که نیاز به ترکیب (دو یا چندین ورودی به یک خروجی) و یا تقسیم (یک ورودی بین دو یا چندین ورودی به یک خروجی) اطلاعات (سیگنال) ورودی داریم، استفاده از این قطعه اهمیت می یابد. فیبر نوری پذیرفته شده توسط کوپلر در دو نوع تک مد و چندین مد می باشد. همچنین در سیستم های مخابراتی می توان به عنوان مالتی پلکسر و دی مالتی پلکسر طول موج به کار برد. کوپلر فیبر نوری خیلی بیشتر از کانکتورها سیگنال را تضعیف می کند چون سیگنال ورودی به میان پورت های خروجی تقسیم می شود.

این مواد دارای خصوصیت ضریب شکست منفی هستند. ضریب شکست مفهومی است که میزان خمش نور حین عبور از محیط های مختلف را مشخص میکند. وقتی پرتو نوری وارد یک محیط می شود میزان خمش آن بستگی به ضریب شکست محیط دارد. در مواردی که ضریب شکست مثبت است مانند اکثر مواد موجود در طبیعت خمش رو به جلو اتفاق می افتد ونور همان مسیر خود را با اندکی انحراف می پیماید حال انکه در محیط های با ضریب شکست منفی مانند متامتریال ها عبور نور در میحط با خمش رو به عقب همراه خواهد بود.

الکترون های آزاد در سطح فلزات را می توان بوسیله امواج نوری تابیده شده (که دارای انرژی و تکانه سازگار هستند) به سطح آنها تحریک نمود. این تحریک می تواند سبب نوسان گروهی الکترون ها و ایجاد امواجی موسوم به پلاسمونهای سطحی گردد. اهمیت این پدیده در اوایل قرن بیستم با مشاهده تغییرات عجیب این امواج در سطح فلز-دی الکتریک در ابعاد نانومتری بارز گشت و سلسله مطالعات گسترده ای بنام پلاسمونیک را پدید آورد. دانشمندان تحقیقات فراوانی را در چگونگی انتشار این امواج و استفاده از خواص این پدیده در ابعاد زیر طول موج انجام و ارایه کرده اند. تحقیق پیش رو به دو بخش اصلی اختصاص یافته است. در بخش نخست به حل نیمه تحلیلی مددهای انتشاری در موجبرهای سه لایه پلاسمونیکی پرداخته و نقش عوامل موثر در آن را بصورت مقایسه ای بیان نموده ایم. از رابطه های بدست آمده برای پیش بینی انتشار غیر خطی پالسهای گوسی و گوسی چرب شده (افت دامنه و پهن شدگی) استفاده نموده ایم. در بخش دوم به شبیه سازی دو بعدی موجبرهای پلاسمونیکی با روش تفاضلهای محدود در حوزه زمان (fdtd) در نرم افزار مطلب پرداخته ایم. در نهایت با تغییرات اساسی در ساختار لایه موجبری با قرار دادن زنجیره نانو میله های فلزی به افزایش سطح انرژی حبس شده در حدود 10 درصد و در نتیجه بهبود راندمان در این ساختارها دست یافته ایم که نتیجه ای ارزنده و قابل تامل در طراحی قطعات نوری مانند حسگرها و سوییچ ها می باشد.

در این پروژه روش های آشکارسازی مختصات (gyro) مورد بررسی قرار می گیرد. ژیروسکوپ های موجود مکانیکی و فیبر نوری مورد تحلیل اقتصادی و فنی قرار می گیرد، بعد از بررسی مزایا و معایبی که این ژیروسکوپ ها دارند اقدام به طراحی و ساخت ژیروسکوپ مبتنی بر رزوناتور حلقوی می نماییم. ابتدا آرایش پایه برای آشکار سازی چرخش را آنالیز می نماییم سپس با ارایه ساختار بهینه بالاترین حساسیت را برای ژیروسکوپ محاسبه و شبیه سازی می نمایم. بعد از این مرحله ساختار محاسبه شده را در پایه si اقدام به ساخت خواهیم نمود

افزایش روز افزون تقاضا برای ایجاد ظرفیت بیشتر در شبکه های ارتباطی موجب علاقه مندی بیشتر پژوهشگران ‏برای استفاده از ادوات نوری در سرعت های بسیار بالا برای پردازش نوری گشته است و این امر جز با استفاده از ‏ادوات بسیار سریع و تماماً نوری امکان پذیر نمی باشد. از طرفی دیگر استفاده از موجهای تراهرتز علاوه بر مزیت ‏های منحصر بفردی که در مخابرات نوری، کاربردهای حسگری و تصویربرداری و همچنین اپتوالکترونیک ‏پرسرعت دارند، اخیراً در نسل جدیدی از کاربردها همانند دستکاری پدیده های نوری در ساختارهای حالت جامد ‏وارد شده اند که نوید سوئیچینگ در مقیاس فمتوثانیه را در ساختارهای حالت جامد می دهند.‏ در این پایان نامه سعی بر این بوده است تا سوئیچینگ پرسرعت در ادوات نوری مبتنی بر نقاط کوانتومی نیمه هادی ‏مورد بررسی قرار گرفته و طرح های جدیدی برای این منظور در این ساختارها ارائه گردد. در فصل اوّل به بررسی ‏سوئیچینگ تمام نوری در ساختارهای نیمه هادی مبتنی بر نقاط کوانتومی پرداخته و فیزیک حاکم بر این ساختارها ‏مورد بررسی قرار می گیرد. درادامه فصل، سوئیچینگ تمام نوری در نقاط کوانتومی نیمه هادی بوسیله ی میدان ‏الکتریکی یک پالس تراهرتز به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته و پدیده های اپتوالکترونیکی مرتبط با این نوع ‏سوئیچینگ و روابط حاکم بر آنها معرفی می گردند.‏ ‏ در ابتدای فصل دوّم به نحوه ایجاد یک پالس تراهرتز برای بهره گیری در سوئیچنگ بهره یک تـقـویـت کننده ی ‏نوری نیمه هادی مبتنی بر نقاط کوانتومی (‏qd-soa‏) پرداخته و با بررسی ادوات تولید کننده ی پالس تراهرتز و ‏فیزیک حاکم بر این نوع ادوات به روابطی برای میدان الکتریکی پالس تراهرتز دست خواهیم یافت. سپس متدهای ‏شبیه سازی یک ‏qd-soa‏ را بیان کرده و به ارائه معادلات انتشار سیگنال نوری و معادلات نرخ دینامیک حاملها ‏برای شبیه سازی این نوع ادوات می پردازیم و چند نمونه از نتایج این نوع شبیه سازی را مورد بررسی قرار می ‏دهیم. در پایان این فصل نیز به نحوه حل عددی معادلات انتشار و معدلات نرخ خواهیم پرداخت.‏‎ ‎ فصل سوّم را با ارائه ساختار مورد بررسی برای عمل سوئیچینگ بسیار سریع تمام نوری آغاز کرده و تاثیر اعمال ‏میدان الکتریکی تراهرتز بر روی توابع موج الکترون و حفره نقطه کوانتومی در شدت میدان های مختلف بیان می ‏گردد. در ادامه تغییرات بهره ‏qd-soa‏ در حضور پالس تراهرتز و همچنین اعمال سیگنال نوری به عنوان پالس ‏ورودی مورد مطالعه قرار گرفته و سوئیچینگ تمام نوری بهره در این نوع ادوات ارائه می گردد. نهایتاً، در بخش ‏جمع بندی و پیشنهادات به کاربردهای موج تراهرتز به عنوان سیگنال سوئیچینگ در ادوات نوری و تأثیر پذیری ‏خواص اپتوالکترونیکی آنان می پردازیم.‏‏

در این پایان نامه یک تقویت کننده قدرت با بازده 50 درصد و توان خروجی dbm 11.5 که در فرکانس 2.45ghz، با پروتکل zigbee ، و برای کاربرد در wsn می باشد طراحی شده است. در ادامه آن به منظور کنترل توان خروجی که از نیازهای اساسی برای کاهش توان تقویت کنننده های سوئیچینگ می باشد روش جدیدی ارائه شده و نتایج حاصل از آن که عبارتند از قابلیت تغییر توان خروجی به میزان dbm 8.5 از dbm 2.6 تا dbm 11.1 و با بازده 19 تا 49 درصد گزارش شده است. ساختار ارائه شده علاوه بر سادگی و کم حجم بودن عملکرد مناسبی داشته و قابل مقایسه با سایر روش های کنترل توان تقویت کننده های کلاس e می باشد. طراحی این مدارات با تکنولوژی 0.18µm tsmc cmos صورت گرفته است.

معرفی ساختارهایی با حفره ی هوایی در فیبرهای بلور فوتونی ، درجه آزادی جدیدی را برای دستکاری خواص پاشندگی و غیر خطیت نوری فیبرها به ما می دهد. نه تنها پاشندگی سرعت گروه صفر در بازه ی وسیعی از طول موج می تواند مهندسی شود بلکه می توان غیر خطیت نوری بالا در فیبرهای بلور فوتونی بدست آورد. در بین ساختارهای متفاوت ارائه شده برای فیبرهای بلور فوتونی ، آرایش هندسی شش ضلعی معمول میباشد چرا که در این نوع ساختارها به راحتی می توان پاشندگی را کنترل و تنظیم کرد.

فناوری های جدید نورولتایی در زمینه انرژی به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر و پاک مطرح است. سلول خورشیدی به دلیل تبدیل بی واسطه انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی که متداولترین نوع انرژی مصرفی است پتانسیل خوبی در تبدیل شدن به عمده ترین فناوری تولید انرژی را دارد. سلولهای خورشیدی پلیمری در چند سال اخیر به دلایلی همچون پاک بودن، انعطاف پذیری، وزن کم و ارزانی توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. در حال حاضر تنها مشکل سلولهای خورشیدی پلیمری پایین بودن بازده آنها است. با چنین دیدگاهی در این رساله به بررسی نحوه افزایش بازده سلولهای خورشیدی نامتجانس توده ای پرداخته ایم.

در سال های اخیر لیزرها جای خود را در بسیاری از کاربردهای پزشکی و مهندسی باز کرده اند. در این بین لیزرهای نیمه هادی به دلیل ویژگی های خاص خود از اهمیت ویژه ای برخوردارند. پایان نامه ابتدا به تئوری لیزر می پردازد و سپس دو نوع لیزر نیمه هادی را مورد بررسی قرار می دهیم، که عبارتند از لیزر وی سل و لیزر وکسل. این لیزرها از نوع انتشار از سطح می باشند. البته تمرکز بیشتر همان طوری که از موضوع پایان نامه نیز مشخص است، بر روی لیزر وکسل می باشد. اما به دلیل اینکه ایده ی اصلی وکسل از لیزر وی سل گرفته شده است، بنابراین لازم است که در مورد لیزر وی سل، ساختار و مزیت های آن بحث شود. همچنین مزیت هایی که در مورد لیزر وی سل گفته می شود در مورد وکسل نیز وجود دارد، و در واقع وکسل می تواند مزایای لیزرهای انتشار از لبه و وی سل را همزمان داشته باشد. در فصل اول پایان نامه مطالبی در مورد تئوری لیزر گفته می شود. در ادامه پیشینه و کارهای انجام شده در زمینه لیزر و کاربردهای آن گنجانده شده است و چالش های مختلف آن بررسی می شود. در فصل دوم مبانی، روش ها و مواد استفاده شده در طراحی لیزر و همچنین ساختار وکسل و روابط آن به طور دقیق بررسی شده است. بحث مربوط به نرم افزارها و قابلیت های آن ها در شبیه سازی نیز در این فصل می باشد. نرم افزارهای استفاده شده عبارتند از اپتی ویو و لومریکال، که در مورد هر یک از آن ها توضیحاتی داده شده است. ولی به دلایلی که در متن پایان نامه نیز اشاره شده اپتی ویو برای کاربرد ما مناسب نیست، بنابراین از لومریکال استفاده شده است. لومریکال سیستم چهار ترازه ای را در اختیار قرار می دهد که برای شبیه سازی لیزر مناسب می باشد. البته جزئیات این مدل در متن پایان نامه آورده شده است. مطالب فصل سوم شامل طراحی و لایه بندی آینه های توزیع شده ی براگ و ناحیه ی فعال و کوانتوم ول ها در نرم افزار می باشد. لیزر های وی سل و وکسل طراحی شده در طول موج 3/1 پمپ می شوند، و در طول موج 55/1 انتشار می یابند. در ادامه نتایج حاصل از شبیه سازی و نمودارهای خروجی مورد تجزیه و تحلیل و مقایسه قرار می گیرد. نمودارهای خروجی نیز شامل طیف خروجی، میدان و توان خروجی می باشد. نتایج به دست آمده از شبیه سازی می تواند ما را برای طراحی های دیگر نیز سوق دهد. برای مثال می توان محدودیت های گرمایی و روش های دفع حرارتی را نیز به سیستم افزود و نتایج حاصل از آن ها را مشاهده کرد. بنابراین با طراحی و شبیه سازی لیزری که بتواند تمام جنبه ها و محدودیت ها را در نظر بگیرد، می توان به نتایج در سطح آزمایشگاهی نیز امیدوار بود و طراحی ها را در سطح آزمایشگاهی نیز مورد بررسی و تحلیل قرار داد.

بسپارش دو فوتون ترکیبی از مفاهیم جذب چند فوتون با بسپارش مونومر های رادیکال های آزاد و کاتیون ها است. می توان آن را برای ساخت انواع میکرو دستگاه ها پلیمری از جمله میکرو سیال، پزشکی، میکرو نوری، و دستگاه های میکرو مکانیکی استفاده کرد. در سال های اخیر با پیشرفت تکنولوژی و تمایل روز افزون برای رشد در زمینه های مختلف علمی و وابستگی آن به تحلیل ها، آنالیز ها و سنتز های شیمیایی ،باعث شده ادوات و سیستم های مبتنی بر ریزسیالات جایگاه خاصی در تحقیقات، صنعت و تجارت کند.

یکی از کاربردهای مهم در bio-mems استفاده از دستگاه مایکرو ftir میباشد. طیف سنجی مادون قرمز یکی از روش های مرسوم و مناسب میباشد که از سال ها پیش برای تجزیه و شناسایی برخی مواد، مورد استفاده قرار گرفته است. فرکانس تشعشع الکترومغناطیس در ناحیه مادون قرمز (ir) مطابق با فرکانس ارتعاش طبیعی اتم های یک پیوند میباشد و پس از جذب امواج مادون قرمز در یک مولکول، باعث ایجاد یک سری حرکات ارتعاشی در آن میگردد که اساس و مبنای طیف سنجی مادون قرمز را تشکیل می دهد. دستگاه ftir با استفاده از تبدیل فوریه مزایای زیادی در مقایسه با دستگاه ir معمولی دارد که نمونه آن سرعت بالای جمع آوری اطلاعات و نسبت سیگنال به نویز (snr) بهتر میباشد. از جمله روشهای مرسوم به کار رفته در ftir میتوان به روش الکترواستاتیک اشاره نمود. هدف از این پایان نامه طراحی و امکان سنجی ساخت یک مایکرو ftir می باشد که با روش اپتوفلویدیک در یک بازه طول موج از طیف مادون قرمز برای شناسایی مواد استفاده گردد. در این مطالعه یک آرایش جدید مبتنی بر روش اپتوفلویدیک معرفی گردید که از خاصیت تغییر مسیر فیزیکی نور (opl) وابسته به تغییرات ضریب شکست در یک محیط چند لایه تبعیت می نماید، که نتایج حاصل از شبیه سازی در نرم افزارهای opti-fdtd و ansys تاحد قابل قبولی با نتایج حاصل از روش های دیگر منطبق بود. جنس ساختار پیشنهادی از ماده pdms می باشد که یک پلیمر کاملا منعطف است و ساختار پیشنهادی نیز بر اساس همین خاصیت از این ماده ارائه گردید. در نهایت با بررسی امکانات و تحلیل نتایج، پروسه ی ساخت نهایی پیشنهاد گردید.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.