کاواک های بلور فوتونیک کاربرد های زیادی در صنعت اپتوالکترونیک دارند. این کاواک ها از ایجاد نقص در ساختار دوره ای بلور های فوتونیک به وجود می آیند. کاواک ها با تغییر پارامترهای فیزیکی نقص خواص اپتیکی متفاوتی از خود نشان می دهند. در این پایان نامه، به مطالعه ی کاواک های بلور فوتونیک می پردازیم. با استفاده از روش شبیه سازی المان متناهی کاواک بلور فوتونیک با نقص های مختلف را مدل سازی کرده و تأثیر کاربرد آن، در تعدادی از وسایل اپتوالکترونیک از قبیل لیزر، حسگر و دیودهای گسیل کننده نور را بررسی می کنیم. با بررسی نمودار های شدت میدان برای تعدادی از این کاواک ها می توان یافت که با تغییر هندسه ی نقص در کاواک ها می توان به نوسانات لیزری با شدت بیشتر و آستانه ی پایین تر دست یافت. برتری لیزر های بلور-فوتونیک ناشی از حجم موثر کوچک، نوسانات کاواک و محدودیت قوی اپتیکی آن ها است. کاواک لیزر با این مشخصات می تواند آستانه پایین، سیگنال با خطای کم و اتلاف های پایینی را داشته باشد. شبیه سازی کاواک بلور فوتونیک با نقص چند حفره ای به منظور افزایش مساحت صفحه نقص ارائه می گردد. برای مطالعه ی حساسیت وسایل، رابطه ی بین اندازه ناحیه نقص چند حفره ای با بسامد تشدید، فاکتور کیفیت و تغییرات کوچک در ثابت دی الکتریک حفره های نقص نشان داده می شود. با افزایش شعاع موثر حفره های نقص، به واسطه بر هم کنش قوی بین مد تشدید کاواک و بیو مولکول ها، می توان به حساسیت بالاتری دست یافت. همچنین با تغییر شعاع حفره های نقص و فضای بین آن ها می توانیم حساسیت و فاکتورکیفیت کاواک را اصلاح کنیم. مزایای ساخت دیودهای گسیل کننده نور به وسیله کاواک ها ی بلور فوتونیک نسبت به دیود های معمولی بررسی می گردد. بدین منظور تأثیر فاکتور کیفیت کاواک ها روی دیودهای گسیل کننده نور مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. از آنجا یی که کاواک های با فاکتور کیفیت بالا میزان گسیل خود به خودی را افزایش می-دهند، درخشندگی دیودهای گسیل کننده نور با افزایش فاکتور کیفیت کاواک افزایش می یابد. در این پژوهش، تأثیر تغییر ضریب شکست ماده زمینه روی فاکتور کیفیت بررسی شده است. با تغییر ضریب شکست ماده دی-الکتریک زمینه بلور فوتونیک، فاکتور کیفیت کاواک محاسبه و مقایسه شده است.

سوخت های فسیلی به دلیل محدود بودن روزی به پایان می رسند و استفاده از آنها باعث آلودگی های زیست محیطی و گرم شدن کره زمین می شود، از این رو تمایل به استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر و ارزان روبه فزونی است. در این میان انرژی خورشید یکی از مهم ترین منابع انرژی جایگزین است. سلول های خورشیدی با استفاده از اثر فوتوولتایی، انرژی نورانی خورشید را جذب و مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. بازده سلول های خورشیدی متداول در بازار که از سیلسیم ویفری ساخته شده اند، در محدوده 20 درصد می باشد یعنی 20 درصد از کل انرژی خورشیدی رسیده به سطح آن به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. عوامل متعددی در این اتلاف انرژی دخالت دارند. از مهم ترین آنها می توان به انعکاس و خروج نور از سطح سلول خورشیدی اشاره کرد. با استفاده از یک لایه شفاف با ضخامت و ضریب شکست مناسب بر روی سطح بالایی سلول خورشیدی به عنوان پوشش، می توان میزان انعکاس را در طول موج های خاصی کاهش داد که به آن لایه ضد انعکاس گفته می شود. از آنجا که ضریب جذب سیلسیم برای نور با طول موج های بلند کم است، باید چندین بار از درون لایه سیلسیم عبور کنند تا جذب گردند. تقریباً 30 درصد انرژی خورشیدی قابل بهره-برداری در این نوع سلول ها، در این محدوده قرار دارد. بنابراین طرحی برای به دام اندازی این ناحیه از انرژی خورشیدی، بسیار مفید خواهد بود. امروزه استفاده از بلورهای فوتونیک درون سلول خورشیدی به منظور پراکندگی نور تحت زوایای مایل و افزایش طول مسیری که نور درون سلول خورشیدی می پیماید، مورد بررسی و در حال تحقیق است. بلورهای فوتونیک دارای ساختار متناوب از مواد در اندازه نانو هستند و طراحی شده اند تا حرکت فوتون ها را درون ماده تحت تأثیر قرار دهند. مانند کاری که بلورهای نیم رسانا با الکترون ها انجام می دهند. ما در این کار به بررسی اثر لایه ضد انعکاس بر میزان انعکاس از سطح سلول پرداخته، سپس چندین نوع بلور فوتونیک یک بعدی را مورد استفاده قرار داده و اثر آن را بر میزان جذب درون سلول خورشیدی و در نتیجه بر بهره سلول خورشیدی بررسی می کنیم.

تلاش های نظری و تجربی بسیاری در زمینه ی تحلیل چگالی ترازهای هسته ای صورت گرفته که منجر به ارائه ی مدل هایی مانند مدل دمای- ثابت، مدل گاز فرمی جابه جا شده به عقب و مدل ابرشاره ی تعمیم یافته گردیده است. که هر کدام از این مدل ها مشکلات خاص خود را دارند. در هر کدام از این مدل ها مجموعه ای از پارامترهای آزاد برای تطبیق با داده های تجربی وارد شده اند. و مقادیر این پارامترها برای مدل های مختلف، متفاوت است. در این پایان نامه از مدل ابرشاره ی تعمیم یافته استفاده شده است که در آن دو پارامتر آزاد وجود دارد، و یک انرژی بحرانی تعریف می شود که برای ناحیه ی پایین و بالای آن روابط متفاوتی برای تطبیق با داده های تجربی به کار می رود. با استفاده از جدیدترین داده های در دسترس، و استفاده از عامل قطع اسپین گیلبرت- کامرون در مدل ابرشاره ی تعمیم یافته، پارامترهای چگالی تراز و انرژی انتقال یافته به عقب برای 20 هسته محاسبه و امکان وابستگی پارامتر چگالی تراز به عدد جرمی نیز بررسی گردیده است.

فرامواد یا شبه مواد ساختارهایی مصنوعی هستند که گذردهی الکتریکی و/یا تراوایی مغناطیسی منفی دارند. بلوک های پایه ساختمان فرامواد، اتم های واقعی نیستند بلکه ساختارهای دوره ای مصنوعی ساخته شده با ثابت شبکه ای کوچکتر از طول-موج تابش فرودی هستند. لذا خصوصیات این مواد می تواند با طراحی بلوک های ساختمان آن ها کنترل شود. این بلوک ها می-توانند به شکل های بسیار مختلفی باشند. معمول ترین آن ها تشدیدگرهای حلقه مجزا می باشد. یک ساختار تشدیدگر حلقه مجزا می تواند متناظر با یک مدار lc باشد. بنابراین بسامد تشدید lc را می توان با پارامترهای ساختار تشدیدگر حلقه مجزا جایگزین کرده و تشدید lc را در این ساختارها مشاهده کرد. این پایان نامه بر شبیه سازی ساختار تشدیدگر حلقه مجزا متشکل از طلا بر زیرلایه ای از شیشه سیلیکا، برای مشاهده تشدید lc، در یک بازه فرکانسی خاص تأکید می کند. به دلیل این-که تراوایی مغناطیسی منفی موثر در اطراف بسامد تشدید مغناطیسی امکان پذیر است، لذا در این پایان نامه شبیه سازی تشدیدگرهای حلقه مجزا، هم به شکل منفرد و هم به صورت آرایه برای مشاهده تشدید، با بسته نرم افزاری comsol multiphysics 4.3که بر پایه روش المان متناهی استوار است، انجام می شود. پس از آن میزان عبور باتغییر پارامترهای مختلف مانند طول تشدیدگرها، فاصله تشدیدگرها در ساختار های دوره ای و ... محاسبه می شود. علاوه بر این-ها، اثرات ناشی از تغییر پارامترهای هندسی ساختار مانند گاف موجود در تشدیدگر بر بسامد تشدید بررسی می شود. علاوه بر شبیه سازی تشدیدگرهای حلقه مجزا، پدیده شکست منفی و بلور فوتونیک یک بعدی متشکل از لایه های ابررسانا/دی-الکتریک شبیه سازی و بررسی می شوند.

در این پایان نامه مراحل طراحی و ساخت یک سامانه ی دورسنجی اپتیکی که بر مبنای طیف سنجی اپتیکی دیفرانسیلی (doas) عمل می نماید، گزارش می گردد. ما از ledها با توان بالا به عنوان یک جایگزین مناسب لامپ زنون بهره گرفته ایم. در این تحقیق، به منظور استخراج اطلاعات مورد نیاز، نرم افزاری را توسعه داده ایم. این نرم افزار طیف های ثبت شده را به عنوان ورودی دریافت نموده و غلظت گازها را پس از انجام چندین مرحله ی اساسی محاسبه می نماید. از جمله ی این مراحل می توان به تصحیح offset برای حذف نوفه های الکترونیکی، تصحیح dark جهت حذف نوفه های گرمایی، کم نمودن طیف پس زمینه، حذف خصوصیات طیفی ایجاد شده ی منبع ، استخراج طیف با بسامد بالا که حاوی اطلاعات جذبی دیفرانسیلی می باشد، کالیبراسیون طول موجی و هم آمیختی سطح مقطع جذب به منظور مدل سازی طیف ثبت شده اشاره نمود. در نهایت با استفاده از تحلیل طیفی و مدل سازی چگالی اپتیکی دیفرانسیلی که از طیف های اندازه گیری استخراج می شود، متوسط غلظت نمونه های گازی محاسبه می گردد.

روش نیمه تحلیلی چندقطبی چندگانه (gmt) به عنوان روشی قدرتمند و دقیق در بررسی برهم کنش امواج الکترومغناطیس با ماده زیر حد پراش مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی میدان پراکنده شده از میکرواستوانه های دی الکتریک و نانوآنتن های پلاسمونیکی، با به کارگیری دو روش تحلیلی می و می تعمیم یافته و روش نیمه تحلیلی gmt، در matlab کدنویسی شده است. به منظور اعتبارسنجی، نتایج حاصل از روش های تحلیلی می و می تعمیم یافته با روش نیمه تحلیلی gmt مقایسه شد. هم خوانی بالای نتایج، نشان از دقت روش gmt در بررسی این گونه مسائل الکترودینامیکی می باشد. در گام بعد، تاثیر انواع کمیت های فیزیکی از جمله جنس، اندازه، هندسه و ضریب شکست محیط پس زمینه بر روی خواص اپتیکی نانوآنتن ها بررسی و تحلیل می گردد. در نهایت، الگوریتم ژنتیک به عنوان یک روش مناسب جهت بهینه سازی نانو ساختارهای پلاسمونیک و پوشش های ضد بازتاب لایه نازک مورد بحث و بررسی قرار گرفته و با کمک نرم افزار matlab کدنویسی شده است.