شبه کریستال های فوتونیکی با توجه به ویژگی های برجسته ای که در زمینه کنترل نور داشته اند، در چند دهه اخیر مورد توجه محققان در رشته فیزیک و مهندسی فوتونیک، بوده است. این ساختارها ویژگی ها و خواص مشابه و البته بهتری از کریستال های فوتونیکی به نمایش می گذارند، که ناشی از درجه آزادی بیشتری است که در ساختارهای غیرپریودیک نهفته است. از جمله مشخصات مهم و بارز این ساختارها، شکاف باند فوتونیکی کامل و ایزوترپ برای ساختارهائی با اختلاف دی الکتریک پایین است، که ناشی از تقارن دورانی بسیار بالای این ساختارها می باشد. برای تعیین مشخصه هائی که برای توصیف انتشار نور به کار می رود، تاکنون از روش های آنالیز عددی برای مدل سازی و تحلیل ساختارهای شبه کریستال فوتونیکی استفاده نموده اند. در صورتی که بر این باوریم که مطالعه تحلیلی بر مبنای اعمال برخی تقریب ها، برای ارزیابی خواص نوری این ساختارها کارآمدتر است. یکی از اهداف این پایان نامه، استخراج ساختار باند و پروفایل توزیع میدان الکترومغناطیسی در ساختارهای شبه کریستال فوتونیکی، با استفاده از روش معروف و شناخته شده تئوری اختلال است، که تا بحال برای استخراج مشخصه های شبه کریستال فوتونیکی، مطالعه ای مبتنی بر این روش صورت نپذیرفته است. برای دستیابی به این هدف، ثابت دی الکتریک را برای چنین ساختارهائی به صورت ریاضی مدل سازی نموده و مفهوم مشابهی با منطقه بریلیون را برای این ساختارها، با عنوان منطقه شبه- بریلیون معرفی خواهیم نمود و نهایتاً با استفاده از روش تحلیلی تئوری اختلال، ساختار باند و پروفایل میدان متناظر با ساختار باند که حاوی تمام اطلاعات مورد نیاز برای طراحی مدارات مجتمع نوری بر اساس چنین ساختارهائی است، بدست خواهد آمد. نشان داده خواهد شد که خطای ایجاد شده به خاطر اعمال تقریب ناشی از تئوری اختلال در مقایسه با روش دقیق fdtd، در حدود 2-3% می باشد. همچنین مشخص خواهیم نمود، چگونه ساختار باند فوتونیکی و شکاف باند متناظرش با تغییرات اختلاف دی الکتریک، متأثر خواهد شد. بررسی تحقیقات انجام یافته نشان می دهد که در زمینه توسعه ادوات فوتونیکی جدید، مطالعات چشمگیری در یافتن روشی برای کنترل ویژگی های شبه کریستال های فوتونیکی، صورت پذیرفته است. در این راستا، ساختارهای ناهمگون مبتنی بر شبه کریستال های فوتونیکی، نویدبخشی برای تبدیل شبه کریستال های فوتونیکی به ادوات کاربردی می باشند. ساختارهای ناهمگون مبتنی بر شبه کریستال فوتونیکی، از ترکیب حداقل دو نوع ساختار که دارای ساختار باندی متفاوتی می باشند، ساخته شده اند. یکی از روش های مدل سازی ساختارهای ناهمگون کریستال فوتونیکی، بر اساس روش تحلیلی تقریب پوش می باشد. در این پایان نامه مشابه روش بکار رفته برای ساختارهای ناهمگون کریستال فوتونیکی، از روش تقریب پوش برای تحلیل و مدل سازی ساختارهای ناهمگون مبتنی بر شبه کریستال فوتونیکی استفاده خواهیم نمود. با معلوم بودن ساختار باند و پروفایل مدهای ساختار شبه کریستال فوتونیکی، می توان با استفاده از معادله تقریب پوش، پارامتری مشابه جرم موثر در نیمه هادی ها، را برای شبه کریستال فوتونیکی محاسبه نمود و سپس به جای ساختار ماده همگنی با جرم موثر محاسبه شده جایگزین نمود و با استفاده از روش تقریب پوش مشخصات ساختارهای ناهمگون پیچیده تر را محاسبه نمود. تاکنون از این روش برای استخراج خواص نوری ساختارهای ناهمگون مبتنی بر شبه کریستال فوتونیکی استفاده نشده است و برای اولین بار در این پایان نامه مورد مطالعه و بررسی قرار خواهد گرفت. به عنوان کاربردی از روش ارائه شده، موجبر نوری مبتنی بر شبه کریستال فوتونیکی در نظر گرفته خواهد شد. هدفمان این است که خواص نوری موجبر مبتنی بر شبه کریستال فوتونیکی را به مشخصه پاشیدگی ساختارهای سازنده موجبر مرتبط سازیم. برای نیل به این مقصود، تکنیک تقریب پوش به ساختار اعمال می شود و فرکانس های مجاز برای هدایت و پوش میدان را بدست می آید. نشان داده خواهد شد که مدهای مجاز برای هدایت حتی در حالتی که ضریب شکست موثر هسته کوچکتر از پوسته است، مشابه موجبرهای کریستال فوتونیکی، وجود خواهد داشت.

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.

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.

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.

با توجه به پیشرفت ارتباطات نوری و نیاز به المان های الکترونیکی و به خصوص در زمینه مجتمع سازی المان ها در این پایان نامه سعی شده است تا یکی از این المان ها یعنی دی مالتی پلکسر تمام نوری سه طول موجه را به کمک ساختار فتونیک کریستال برای استفاده در شبکه های نوری غیرفعال تحقق ببخشیم. علت استفاده از ساختارهای فتونیک کریستال، توانایی فوق العاده این ساختارها برای هدایت و کنترل امواج نوری در ابعاد بسیار کوچک بوده است. در این پایان نامه به کمک نرم افزار rsoft و به روش fdtd توانسته شد ساختاری پیشنهاد و شبیه سازی شود که در آن بدون استفاده از مواد نامتعارف و یا سختی پیچیده ای در هنگام ساخت، دی مالتی پلکسر مورد نظر با ضریب انتقال بالاتر و فاکتور کیفیت بیشتر نسبت به نمونه های مشابه، عمل جداسازی طول موج های مطلوب را انجام دهد.

ساختارهای تصادفی سالهاست که از لحاظ عملی و تئوری مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته، یکی از اثراتی که در ساختارهای تصادفی دیده می شود، تغییر در پهنا و لبه ی گاف فوتونی ساختارمی باشد. ساختارهای تصادفی کاربرد های مفیدی در ساخت لیزرها و کاواک با انعکاس وسیع دارند، بنابراین شناخت این گونه ساختارها برای کاربرد این ساختارها می تواند مفید واقع شود. در این پایان نامه ما به بررسی رفتار ساختارهای تصادفی پریودیک ، شبه پریودیک و ساختارهای حاوی نقص پرداخته ایم. ساختارهای مورد بررسی از مواد مختلف مانند دی-الکتریک، ابررسانا و فرامواد تشکیل یافته اند. دریافتیم ساختارهای متشکل از ابررسانا نسبت به سایر ساختارها حساسیت کمتری نسبت به افزایش ضریب قدرت تصادفی از خود نشان می دهد و گاف فوتونی حاصل حساسیت کمتری نسبت به سایر ساختارها دارد. همچنین دریافتیم که گاف های مرتبه بالا که در فرکانس های بالا رخ می دهند، حساسیت به مراتب بیشتری در مقایسه با گاف های فرکانس پایین، نسبت به ضریب قدرت تصادفی یکسان از خود نشان می دهند. برای تحلیل این ساختارها از روش ماتریس انتقال بهره گرفتیم. ضخامت و ضریب شکست ساختار به صورت گوسین از تابع توزیع گوسین فرض شده است. در فصل اول، مقدمه ای را درباره بلورهای فوتونی، ابعاد این ساختارها و مواد تشکیل دهنده از جمله دی الکتریک، فرامواد ، فلز و ابررسانا صحبت می کنیم. درباره فرامواد، انواع مختلف این مواد و برخی از ویژگی ها و کاربردهای غیرمعمول این مواد بحث خواهیم کرد و در مورد ساختارهای شبه پریودیک و انواع آن نکاتی را ذکر خواهیم نمود. در فصل دوم، چگونگی استخراج ماتریس انتقال از شرایط پیوستگی میدان های اعمالی به ساختار و انواع مختلف گاف ها در ساختارهای فرامواد مورد مطالعه قرار می گیرد. همچنین ماتریس انتقال دیگری که در ساختارهای فرامواد به کار برده می شود معرفی خواهد شد. در فصل سوم، به بررسی ساختارهای مختلف تصادفی پریودیک، شبه پریودیک و ساختارهای حاوی نقص می پردازیم. رفتار این ساختارها را بر روی منحنی انتقال نشان خواهیم داد و اثرات تصادفی بودن ضخامت و ضریب شکست ساختارهای یک بعدی را بروی منحنی انتقال ساختار مطالعه خواهیم کرد. همچنین گافهای به وجود آمده در ساختارهایی شامل دی الکتریک-دی الکتریک، فرا مواد تک منفی و فرامواد دو منفی-دی الکتریک و تفاوت رفتار این گاف ها نسبت به تصادفی بودن ضخامت وضریب شکست ساختار را مورد بررسی قرار خواهیم داد

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.

امروزه نیاز به استفاده از اسکنرهای سه بعدی در کاربردهای مختلف نظیر کنترل کیفیت، مهندسی معکوس و طراحی و تولید به کمک کامپیوتر در حال گسترش است. در بین روش های متعدد فاصله سنجی و بازسازی سه بعدی، روش مثلث بندی، از جمله رایج ترین روش ها می باشد و در این پایان نامه از این روش برای جمع آوری داده ابعادی از سطح اجسام استفاده شده است. برای پیاده سازی دستگاه اسکنر، ابتدا یک میز 4 درجه آزادی به همراه یک میز گردان (مجموعاً 5 درجه آزادی) طراحی و ساخته شد. دیود لیزری و دوربین روی head اسکنر با 4 درجه آزادی (جهت مینیمم سازی انسداد)، تعبیه شد. رزولوشن حرکتی 1 میکرونی در محورهای خطی و رزولوشن 20 ثانیه کمانی برای محور دورانی head، ادامه چکیده پایان نامه... و 2 ثانیه کمانی برای میز گردان حاصل گردید. پس از مدل کردن و کالیبراسیون دوربین با استفاده از الگوی صفحه ای کالیبراسیون، پارامترهای دوربین بدست آمده و ارتباط بین مختصات نقاط روی جسم و پیکسل های سنسور آرایه ای، محاسبه می گردد. در انتها ابر نقاط از سطوح جسم جمع آوری شده و با استفاده از نرم افزار نوشته شده برای اسکنر، به mesh سه بعدی با فرمت stl تبدیل می شود. با surface کردن stl خروجی اسکنر، در نرم افزارهای طراحی سه بعدی (نظیر catia) و تبدیل آن به فرمت های استاندارد، فایل نهایی برای import کردن در پرینترها و یا دستگاه های فرز، آماده خواهد بود.

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.

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.

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. 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 آن در طراحی و ساخت گیت ها و سوئیچ های نوری جهت استفاده در مخابرات تمام نوری است که سوئیچ 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 فصل اول پایان نامه، 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 به بیان دینامیک حالت های کوانتومی یک اکسیتون و دو اکسیتون محبوس در نقاط کوانتومی مجاور بر اساس روش عملگر چگالی پرداخته و معادله ی اصلی کوانتومی را برای ماتریس چگالی به دست می آوریم. در انتها به معرفی معادلات نرخ و رفتار زمانی آنها خواهیم پرداخت. در فصل سوم با وارد کردن غیرخطیت به معادلات حاکم بر عملکرد سیستم نانوفوتونیکی این معادلات را اصلاح خواهیم کرد. در نهایت برای این عملکرد غیرخطی مدلی ریاضی پیشنهاد می کنیم و عملکرد غیرخطی را بر پایه ی این مدل مورد بررسی قرار می دهیم.

فناوری تراهرتز کاربرد های بسیار زیادی در حوزه های مختلف مانند طیف بینی، عکس برداری زیرمیلیمتری ، مسائل امنیتی،پزشکی ،مخابرات نوری و ده ها کاربرد دیگر دارند. در این پایان نامه هدف تولید طراحی منبع تراهرتز بر مبنای کریستال فوتونیک یک بعدی می باشد. برای این کار ساختاری شامل کاواک چند لایه براگ و آینه های براگ توزیع شده یک بعدی شامل موادی با غیرخطی بالا و آستانه تحمل میدان الکتریکی بالا به کار گرفته می شود.موادی که در این پایان نامه مورد استفاده قرار می گیرد شامل gaasو alas می باشد. دو ساختار کلی در این پایان نامه مورد بررسی قرار می گیرد. در ساختار اول از دو لایه با ضخامت نیم طول موجی به همراه یک ساختار براگ توزیع شده(dbr) که از اطراف توسط دو آینه ی براگ توزیع شده (dbr)احاطه شده است. و ساختار دیگر شامل دو ساختار پریودیک می باشد، یک ساختار پریودیک که میان دو ساختار آینه های براگ (dbr) قرار گرفته است و سپس با استفاده از انتشار نور و تولید فرکانس سیگنال و فرکانس پمپ و با توجه به خاصیت غیر خطی نور با استفاده از تولید تفاضل فرکانسی امواج تراهرتز را تولید می کند. در انتها هم از ساختار های شبه پریودیک استفاده می شود.

ساختارهای پریودیک به دلیل توانایی که در کنترل طول موج انتشار و در نتیجه مدیریت انتشار امواج الکترومغناطیسی بخصوص نور دارند، از مدت ها پیش مورد توجه دانشمندان قرار گرفته اند. کریستال های فوتونیکی دو بعدی از جمله این ساختارهای پریودیک می باشند که به دلیل وجود باند ممنوعه و با توجه به نمودار پاشندگی در نزدیکی لبه باند می توان سرعت گروه را کاهش داد. کاهش سرعت نور در ساختار کریستال فوتونیکی مانند یک فیبر نوری کریستال فوتونیکی با تغییر نرخ فوتون های ورودی و در نتیجه با افزایش دامنه پالس سیگنال ورودی در داخل شبکه کریستالی این امکان را فراهم می آورد که برای انتقال سیگنال، با کاهش توان مصرفی و در نتیجه عدم نیاز به تزریق توان اضافی به بازده مورد نظر دست یافت. در این پایان نامه هدف طراحی و شبیه سازی یک گیت منطقی است که در ساختار کریستال فوتونیکی دو بعدی پیاده سازی می شود و این طراحی به گونه ای صورت می گیرد که گیت مورد نظر در حوزه نور کند کار کرده و با کاهش سرعت نور حتی الامکان بتوان با حداقل توان مصرفی به بیشترین بازده دست پیدا کرد یعنی سعی بر این خواهد بود که توان مصرفی گیت منطقی مورد نظر به اندازه ای مینیمم گردد که به کارکرد عادی گیت لطمه ای وارد نسازد.

تولید باریکه¬های حامل تکانه¬ی زاویه¬ای اوربیتالی در سال¬های اخیر، به دلیل کاربردهای فراوان این مشخصه¬ی تازه¬شناخته شده¬ی نور، نظیر کاربرد در مخابرات نوری با افزایش ظرفیت، تله¬اندازی نوری، سیستم¬های جدید تصویربرداری و نور کوانتومی، نظر بسیاری را به خود جلب کرده¬است و روش¬های زیادی نیز برای آن پیشنهاد شده است. یکی از این روش¬ها ترکیب مدهای هرمیت – گوسی و تولید مدهای لاگر¬-گوسی، به عنوان مدهای حامل این مشخصه، می¬باشد. بنابراین ما در این پایان¬نامه قصد داریم بر پایه¬ی غیرخطیت تقویت¬کننده¬های نوری نیمه¬هادی، و در ساختاری مستطیلی، ابتدا تولید مدهای هرمیتی را بررسی و انجام دهیم و سپس با ترکیب آنها به باریکه¬های لاگر¬-گوسی دست یابیم.

برای پیشرفت تکنولوژی انتقال اطلاعات، استفاده از سیستم های مخابراتی سریع تمام نوری امری لازم و ضروری می باشد باشد و امروزه برای افزایش حجم اطلاعات قابل انتقال، از سیستم های چند کالانه استفاده می گردد . فیبر نوری سیلیکانی شاید تنها و بهترین گزینه برای تحقق این امر می باشد. پاشندگی و شیب پاشندگی فیبر نوری از مهمترین عوامل ایجاد کنند? محدودیت برای داشتن ظرفیت و سرعت بالا برای چنین شبکه هایی می باشند. در فیبرهای نوری تک مد استاندارد، پاشندگی با افزایش طول موج، بیشتر می شود، از این رو به کارگیری چنین فیبرهایی برای کاربردهای مخابراتی چند کاناله از قبیلotdm و dwdm چندان مناسب نمی باشد، چرا که پهنای پالس هر کانال با مقدار متفاوت از بقیه پهن تر می شود. یک فیبر نوری تک مد با مقدار پاشندگی و شیب پاشندگی بسیار کوچک در باز? طول موج موردنظر، برای چنینسیستمهایی ایده ال می باشد. این چنین فیبرهائی دارای پهنای باند بسیار بزرگ و سرعت انتقال داد? بالایی می باشند. . علاوه بر ضرورت پایین بودن پاشندگی و شیب پاشندگی، تلفات نیز از مسائل مهم در امر طراحی می باشد. هدر رفتن توان در فیبرهای نوری از عوامل اصلی محدودکننده در مخابرات نوری می باشد. تلفات حاکم بر شبکه، بیشینه فاصله ای را در اطلاعات به درستی و بدون نیاز به تکرارکننده منتقل می شود، محدود می نماید. این تلفات شکل پالس را خراب نمی کند بلکه باعث کاهش دامن? آن می شود و در نتیجه بازیابی اطلاعات را در حضور اغتشاش با مشکل مواجه می کند. در کاربردهای انتقال طولانی، مسائلی مانند تلفات ناشی از عوامل فیزیکی خارجی همچون خمیدگی فیبر و محلهای اتصال، پاشندگی و اثرات غیر خطی فیبر از عوامل اصلی تخریبی اطلاعات هستند که باید مدنظر قرار بگیرند. در این پایاننامه تمرکز اصلی بر روی تلفات خمشی و پاشندگی وشیب پاشندگی فیبرهای نوری تک مد قرار گرفته و ساختارهایی طراحی و معرفی شده است که مشخصه های بسیار مناسب و قابل قبولی را از منظر تلفات خمشی، پاشندگی، شیب پاشندگی و اثرات غیر خطی دارا هستند. الگوریتم طراحی بر اساس ترکیب الگوریتم ابتکاری بازار بورس با تابع هزین? وزن دار شده بوده و با استفاده از این روش طراحی توانستیم شیو? منظم و نوینی برای طراحی ارائه نماییم که به دور از روش سعی و خطا و بر اساس مفاهیم فیزیکی بکار گرفته شده در فیبر استوار بوده و از پای? ریاضی و فیزیکی مناسبی برخوردار باشد. از بررسی و طراحی فیبرهای w چنین نتیجه گیری نمودیم که فیبرهای w و بعنوان فیبرهایی با منحنی پاشندگی مسطح شده برای سیستمهای otdmو dwdm با ظرفیت بالایی از داده ها به ترتیب در مسافتهای نچندان طولانی و مسافتهای طولانی مناسب هستند .

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.

تابش لیزر الکترون آزاد اسمیت پورسل که با حرکت پرتوهای الکترونی پرانرژی از بالای توری فلزی ایجاد می شود، از منابع همدوس تابش تراهرتز محسوب می شود. در اینجا یک توری مربعی که شیارهای آن توسط دی الکتریک پوشانده شده ارائه می-شود. اگر باریکه الکترونی را بصورت یک دی الکتریک پلاسمایی در حال حرکت در نظر بگیریم، می توان یک تئوری خطی سه بعدی از اندرکنش باریکه و موج بدست آورد.

در این پایان نامه ما از تداخل سنج ماخ-زندر مبتنی بر تقویت کننده های نقاط کوانتومی استفاده می کنیم تا از آثار غیرخطی قوی نقاط کوانتومی برای پردازش نوری پر سرعت بهره ببریم.همچنین با توجه به ابعاد پایین qd-soa آنها قصد داریم بلوک پایه ای برای مدار های مجتمع نوری طراحی کنیم.لازم به توضیح است که اثرات نویز ase در طول های کمتر از 1500قابل صرف نظر بوده و لذا تحلیل ما بدون نویز در نظر گرفته شده است.در ابتدا به معرفی ساختارهای مبتنی بر تداخل سنج ماخ-زندر پرداخته می شود و خروجی دروازه ی xor به تفصیل و با جزئیات مورد بررسی قرار داده می شود و ساختارهای نیم جمع کننده قبلی مطالعه می شود سپس مزایا و معایب آنها بیان خواهد شد.