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.

اخیراً توجه زیادی به فیلترهای بلور فوتونی تنظیم پذیر در امر ارتباطات اپتیکی شده است. با توجه به کاربردهای وسیع این فیلترها، طرح های مختلفی جهت ساخت آنها ارائه شده است و از مواد مختلفی نظیر نیمه هادی ها و فرو الکتریک ها در ساخت آنها استفاده شده است. اما مهمترین مسأله در ساخت فیلترهای بلور فوتونی با مواد معمولی این است که به سختی می توان به اختلاف ضریب شکست بالا بین دو محیط دست یافت تا بلور فوتونیکی دارای گاف باند پهن شود و نهایتاً مدهای مربوط به فیلتر آن به خوبی جایگزیده شوند. لذا جهت رفع این مشکل، اخیراً در ساخت بلورهای فوتونی از متامواد (موادی که یکی و یا هر دوی گذردهی الکتریکی و تراوایی مغناطیسی در آن منفی هستند) استفاده شده است. در این پروژه به بررسی خواص فیلترینگ بلورهای فوتونی یک بعدی حاوی متامواد می پردازیم. به این منظور ضریب تراگسیلندگی و طیف عبوری بلورهای فوتونی به کمک روش ماتریس انتقال محاسبه می شوند.

در این پروژه تعیین آلودگی مایعات توسط حسگر حساس به فاز بررسی می‏شود. آلودگی مایعات یکی از مسائل مهم در صنعت است. پارامتر مهم در این مساله ضریب‏ شکست مایع موردنظر می‏‏باشد. در این پایان نامه اصول کاری حسگر حساس به فاز مبتنی بر بازتاب‏ داخلی ‏کلی با استفاده از رهیافت‏های اپتیک موجی تشریح خواهد شد. ایده‏ی اصلی حسگر حساس به فاز، استفاده از فاز نور انعکاسی در اثر پدیده‏ی بازتاب‏ داخلی ‏کلی می‏باشد. این پدیده زمانی روی می‏دهد که پرتوی نور تحت زاویه‏ای بزرگ‏تر از زاویه‏ی بحرانی از محیط غلیظ به رقیق بتابد که در نتیجه‏ی آن موج بازتابیده شیفت فازی وابسته به ضریب شکست و زاویه‏ی برخورد کسب می‏کند. حسگر نوری ما شامل یک منشور متساوی‏الساقین قائم‏الزاویه، چند تیغه‏ی ربع‏موج و نیم‏موج و تداخل‏سنج ماخ-زندر می‏باشد. در صورتی‏که زاویه‏ی تیغه‏های ربع‏موج و نیم‏موج درست انتخاب شود، اختلاف‏ فاز نهایی بین دو سیگنال تداخلی مطابق با زاویه‏ی تیغه‏ی نیم‏موج خواهد‏ بود که موجب قابل کنترل بودن حساسیت فازی می‏شود. محاسبات عددی نشان می‏دهند که حساسیت فازی و محدوده‏ی دینامیک اندازه‏گیری با تنظیم زاویه‏ی آنالیزور کنترل می‏شود. حسگر در تماس با سلول جریان مایع قرار می‏گیرد و از این رو تغییر در فاز پرتوی بازتابیده که به معنی تغییر در ضریب شکست مایع موردنظر است به سرعت آشکار می‏شود و از طریق آن می‏توان آلودگی مایع را تشخیص داد.