نویز و تداخل منابع در سیستم های مخابرات نوری به اشکال مختلفی خود را نشان می دهند، که یکی از بارزترین این اشکال، نویز نشر خودبخودی تقویت شده از سوی تقویت کننده ها می باشد که با افزایش تعداد تقویت کننده ها و قرار گرفتن پشت سر هم آن ها، این نویز نیز بزرگ تر و پیامد های آن جدی تر می گردد. برای سیستم های ارتباطی راه دور مبتنی بر فیبر نوری، با استفاده از عملیات بازتولید تمام نوری، این نویز را کاهش داده و از روند تخریب سیگنال جلوگیری می کنند. از آن جایی که این عملیات به صورت تمام نوری انجام می شود، نیاز به تبدیل های الکتریکی-اپتیکی از بین رفته و سرعت این نوع پردازش سیگنال بالا می رود. در سال های اخیر استفاده از آثارغیرخطی اپتیکی، که در گذشته سعی بر حذف آن ها بود، باعث شده تا عملیات پردازش سیگنال به صورت تمام نوری و سرعت های بالا ممکن گردد. بازتولید تمام نوری نیز از این روند بی نصیب نمانده است. استفاده از اثر مدولاسیون فاز خودی، که یکی از آثار غیرخطی با پاسخ دهی زیر پیکوثانیه به حساب می آید، پردازش تمام نوری سیگنال ها را به فاز جدیدی از پیشرفت رهنمون ساخته است. در این تحقیق تلاش بر آن است که ضمن بررسی بازتولید تمام نوری مبتنی بر اثر مدولاسیون فاز خودی وشناخت بخش ها و عوامل موثر بر آن، بهبود و به سازی مشخصه های این نوع از پردازش سیگنال در دستور کار قرار گیرد. یکی از مهم ترین ابزار استفاده شده در این جهت برای تحقیق حاضر، به کار بردن سیلیکون به عنوان یک ماده ی به شدت غیرخطی و در عین حال سازگار با مدارات الکترونیکی است. باز تولید تمام نوری با نوع خاصی از فیلترهای نوری، برای اولین بار در این تحقیق، مطرح و شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که بازتولید تمام نوری بر روی تراشه ی سیلیکونی با ساختار ارائه شده در این تحقیق، به نتایج بهتری نسبت به ساختار مشابه از جنس شیشه ی کالکوژن منتهی می گردد. در انتها نشان داده شده که بازتولید تمام نوری برای پالس نوری به پهنای 64 پیکوثانیه توسط شبکه ی براگ با شیفت فازی ممکن بوده و نتیجه ی حاصل از این حالت نیز برای تراشه ی سیلیکونی نسبت به نوع مشابه کالکوژنی بهتر می باشد.

هدف از ارائه این پایان نامه طراحی فیلتر پهن باند نوری مبتنی بر تشدید مودهای موجبری توری پراش است. بر این اساس تشدید مودهای موجبری در توری پراش و رفتار الکترومغناطیسی ساختارهای متناوب بررسی می شوند و روش تحلیل مودی مبتنی بر نظریه خطوط انتقال به عنوان ابزاری برای تحلیل میدان های الکترومغناطیسی در ساختارهای متناوب معرفی می گردد. با توجه به این که برای طراحی یک ساختار متناوب با توجه به ضریب بازتابش فیلتر بازتابنده روش مستقیمی وجود ندارد برای انجام این مهم از الگوریتم های تکاملی استفاده می شود. بر این اساس تابع برازندگی در الگوریتم های استفاده شده ضریب بازتابشی است که با روش تحلیل مودی مبتنی بر نظریه خطوط انتقال محاسبه می شود. از چهار الگوریتم تکاملی برای طراحی فیلتر بازتابنده نوری استفاده می شود و این چهار الگوریتم عبارتند از: الگوریتم ژنتیک با فضای جستجوی منعطف، الگوریتم ممتیک با جستجوی محلی مبتنی بر تبرید شبیه سازی شده، الگوریتم فازی- ممتیک (الگوریتم ممتیک با جستجوی محلی مبتنی بر تصمیم گیری با منطق فازی) و الگوریتم جستجوی قورباغه های به هم آمیخته ارتقا یافته با روش نخبه گرایی. پس از معرفی این الگوریتم ها، نحوه پیاده سازی آن-ها در برنامه متلب تشریح می شود و نتایج طراحی فیلتر بازتابنده پهن باند با این چهار الگوریتم ارائه می گردد. نهایتاً عملکرد این چهار الگوریتم از نظر کیفیت نتایج و سرعت همگرایی با یکدیگر مقایسه می شود.

پژوهش در زمینه ی فیلترهای لایه نازک نوری با سرعت بسیار بالایی در حال پیشرفت می باشد و این موضوع با مشاهده تعداد زیاد مقالات و کتاب های چاپ شده در طی چند سال اخیر درباره این فیلترها قابل اثبات است. با توجه به اینکه روش بهینه?سازی انبوه ذرات نرخ همگرایی بیشتر و عملکرد بهتری دارد و تاکنون نیز تمرکز کمی روی پارامتر تعداد لایه?ها و کنترل آن برای رسیدن به جواب بهینه با استفاده از این روش انجام شده است، این الگوریتم می?تواند روش مناسبی در طراحی آینه?های پاشنده باشد. در این پایان?نامه پس از مروری مختصر بر عملکرد الکترومغناطیسی فیلترهای لایه نازک نوری، برخی از مهم?ترین روش?های طراحی آن?ها و روش?های بهینه?سازی که در گذشته برای بهینه کردن انواع مختلف فیلترهای لایه نازک نوری به کار رفته است، ارائه می?شوند. در ادامه، با استفاده از روش بهینه سازی چندانبوهه ذرات، دو آینه پاشنده در دو بازه طیفی 1022 تا 1038 نانومتر و 1525 تا 1555 نانومتر با کاربرد در نوسان ساز و تقویت کننده پالس چیرپ دار به ترتیب برای نوسان سازهای لیزری yb:yag و cr:yag طراحی شده است که در آن?ها بازتاب تا حد امکان بالا و پاشندگی تأخیر گروه منفی به اندازه ?fs?^22200 مطلوب می?باشد. همچنین یک آینه چیرپ دار با بازتاب بالا در بازه طیفی 670 تا 870 نانومتر با کاربرد در لیزرها برای بازتاب در بازه طیفی وسیع طراحی شده است. در این پروژه بازه مشخصی برای تعداد لایه?ها در نظر گرفته شد و در نتیجه با داشتن درجه آزادی بیشتر به نتایج بهینه دست یافتیم. نتایج پیاده سازی نشان می?دهند که با تعداد لایه کمتری نسبت به بیشینه در نظر گرفته شده برای لایه?ها، می?توان به نتایج مطلوبی دست یافت.

تقاضا برای استفاده از تکنولوژی های جمع آوری انرژی خورشیدی به شکل روز افزونی در حال افزایش است. یکی از این تکنولوژی ها، سلول های خورشیدی هستند که از آنها برای جمع آوری انرژی خو رشیدی و تولید الکتریسیته استفاده می شود. از اصلی ترین معایب این تکنولوژی ، راندمان پایین و وابستگی شدید آن به نور روز و تغییرات شرایط آب و هوایی است. علاوه بر این، آنها به یک سیستم مکانیکی رد یاب خورشیدی جهت افزایش راندمان خود نیاز دارند. طی سالیان اخیر اقدامات جدی برای جایگزینی پنل های خورشیدی فتوولتاییک با نانوآنتن های نوری برای غلبه بر معایب سلول های خورشیدی فعلی صورت گرفته است. ایده ی جمع آوری انرژی خورشیدی و تشعشعات زمینی با استفاده از نانوآنتن ها بر این اساس است که هنگامی که موج الکترومغناطیسی خورشیدی به یک نانوآنتن برخورد می کند، یک جریان متغیر با زمان بر روی سطح نانوآنتن ایجاد شده و در نتیجه ولتاژی در محل تغذیه ی آن تولید می شود، از این رو با جایگذاری یکسوسازی مناسب در محل تغذیه ی نانوآنتن توان dcمطلوب تولید می گردد. به این گونه سیستم های جمع آوری انرژی خورشیدی که شامل یک آنتن و یک یکسوساز است، رکتن می گویند. با توجه به فراهم بودن فناوری لازم برای ساخت ساختارهای با ابعاد نانو، امروزه امکان ساخت نانوآنتن ها امکان پذیر شده است. از آنجایی که راندمان سلول خورشیدی رکتنی در جمع آوری انرژی خورشیدی به ابعاد نانوآنتن و جنس هادی به کار رفته در آن بستگی دارد، ما قصد طراحی و بهینه سازی نانوآنتن مورد استفاده در قسمت آنتنی سیستم رکتن خورشیدی را داریم. در این پایان نامه نانوآنتن های طراحی شده که بر روی یک زیرلایه ی شیشه ای با ابعاد مشخص قرار دارند به دو صورت تک المان و آرایه ای مورد بررسی قرار گرفته اند و نمودارهای میدان الکتریکی و ولتاژ بر حسب فرکانس در محل شکاف تغذیه ی نانوآنتن ها محاسبه گردیده است. با توجه به نتایج به دست آمده میدان الکتریکی دریافت شده در محل شکاف تغذیه ی نانوآنتن تک المان مارپیچی مربعی و نانوآنتن آرایه ای پاپیونی چهارتایی از جنس نقره و تحت زاویه ی تابش صفر درجه از همه بزرگتر است و لذا از عملکرد بهتری جهت استفاده در قسمت آنتنی سیستم سلول خورشیدی رکتنی برخوردا ر هستند.

هدف از این پژوهش معرفی یک روش طراحی کلی با استفاده از الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات برای حسگر زیستی تشدید مد هدایت شده می باشد. در ابتدا با تعاریف اولیه حسگر زیستی و انواع حسگر زیستی نوری آشنا می شویم. پس از آن پارامترهای ساختار و فاکتورهای حساسیت حسگر را بررسی و پژوهش هایی که تاکنون توسط سایر محققان در زمینه حساسیت این حسگر انجام شده است را مرور می کنیم. از آنجا که در زمینه حسگر تشدید مد هدایت شده، یک روش طراحی کلی مبتنی بر الگوریتم های تکاملی در دسترس نیست، در گام نخست با الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات و انواع آن آشنا می شویم و پس از آن با استفاده از الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات استاندارد به طراحی ساختار بهینه می¬پردازیم. روش طراحی پیشنهادی در این گزارش در مقایسه با دیگر مقالات، دارای دو ویژگی متمایز است، اول اینکه یک روش طراحی کلی ارائه می کند و دوم اینکه حسگر پیشنهادی توسط این روش نسبت به طراحی های دستی دارای حساسیت بیشتری است. نسبت حساسیت سطحی به حجمی برای حسگر طراحی شده توسط الگوریتم 8,72 بدست آمد در حالیکه در مقاله¬ای دیگر با طراحی دستی حدود 4,27 است. همچنین ضریب شایستگی حساسیت سطحی برای این طراحی حدود 25 برابر بیشتر از ساختار طراحی شده بدون الگوریتم است. در انتهای گزارش، نتایج حساسیت ساختار ارائه شده توسط این روش با ساختار پیشنهادی در دیگر مقالات را مقایسه و پیشنهادهایی برای کارهای آینده ارائه می کنیم.

در این پایان نامه آنتن ریزنوار ساخته شده از رسانای شفاف و مشبک مورد بررسی قرار گرفته است. رسانای شفافِ اکسید قلع آلاییده شده به فلوئور به روش اسپری پایرولیزیز لایه نشانی شده و لایه های با شفافیت بالا (در حدود 85 تا 90 درصد) و مقاومت صفحه ای پائین (درحدود ?/? 7/6 تا 25) بدست آمده است. آنتن ریزنوار با پچ شفاف و صفحه زمین از آلیاژ برنج برای فرکانس های 5/2 و 5 گیگاهرتز ساخته شده، تطبیق امپدانس مناسب و مشابه با نمونه های شبیه سازی شده بدست آمده و با آنتن مرجع ساخته شده از فلز مس مقایسه شده است. آنتن در فرکانس 5 گیگاهرتز با زیرلایه 4 میلی متری از شیشه بوروسیلیکات رفتار تشعشعی نسبتا مشابه با آنتن مرجع نشان می دهد. پس از آن آنتن ریزنوار با پچ و صفحه زمین شفاف مورد تحلیل نظری قرار گرفته و یک نمونه برای فرکانس رزونانس در حدود 5 گیگاهرتز ساخته شده و اندازه گیری های نوری، الکتریکی و تشعشعی برروی آن صورت گرفته است. آنتن شفاف دارای بهره متوسط 52/1 دسی بل است که در حدود 2/2 دسی بل نسبت به آنتن مرجع افت نشان می دهد. همچنین تحلیل های نظری برروی آنتن ریزنوار مشبک انجام شده و دو نمونه آنتن ریزنوار با پچ مشبک و صفحه زمین از آلیاژ برنج برای فرکانس در حدود 5/2 گیگاهرتز ساخته شده و نتایج اندازه گیری با یکدیگر مقایسه و ارائه گردیده است. تحلیل های نظری و نتایج اندازه گیری نشان می دهد که آنتن ریزنوار مشبک به خصوص در فرکانس های پائین دارای راندمان مناسبی است.

توری های براگ تار نوری از اجزای مهم و کاربردی در شبکه های مخابرات نوری و سنسورهای نوری می باشند. پردازش تمام نوری سیگنال در داخل تارنوری و انتخابگری طول موج، اصلی ترین ویژگی های ادوات مبتنی بر توری براگ تار نوری هستند. در این پایان نامه ابتدا به تحلیل این توری ها می پردازیم و مشخصات دامنه و فاز را برای انواع مختلف این توری ها بدست می آوریم. با تحلیل انواع مختلف این ساختارها و مقایسه آن ها می توان تاثیر پارامترهای مختلف، نظیر طول توری، پارامتر چیرپ، تغییرات ضریب شکست و انواع توابع اپودایز را بر پاسخ دامنه و فاز مشاهده کرد. در بخش طراحی، ابتدا یک فیلتر میان گذر با پهنای باند 0/2nm و پاشندگی پایین با الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات، شبیه سازی می شود و سپس چند نمونه جبرانساز پاشندگی توری براگ تارنوری برای پهنای باند 2nm و پاشندگی 100nm/ps- و همچنین پهنای باند 40nm و پاشندگی 40nm/ps- با روش بهینه سازی انبوه ذرات استاندارد طراحی می شود.

نظریه نور تبدیلی یک روش ریاضی برای ایجاد تغییر در فضای مختصات است به گونه ای که امکان کنترل نور یا به طور کلی یک موج الکترومغناطیسی را فراهم می سازد. در اغلب موارد، هندسه ی مطلوب برای انتشار یک موج (ویژگی های انتشاری مطلوب برای حرکت یک موج) به کمک یک تبدیل مختصاتی از یک فضای مجازی که درآن رفتار انتشاری موج مشخص است، به یک فضای واقعی که مطلوب ماست، تعیین می شود. سپس، با داشتن تبدیل مختصاتی مناسب و با استفاده از روابط ریاضی، می توان پارامترهای اصلی ماده ی سازنده ی محیط انتشاری را بدست آورد. این تکنیک انعطاف پذیری زیادی در طراحی ادوات دلخواه ایجاد می کند و به همین دلیل بعد از معرفی آن در سال 2006، شاهد افزایش چشمگیر تحقیق و پژوهش در این زمینه هستیم. در این مدت تعداد زیادی ادوات نوری بدیع با کاربردهای جالب از جمله ردای الکترومغناطیسی مطرح شده اند و جستجوی کاربردهای دیگر این نظریه همچنان ادامه دارد. چرخش دهنده میدان، متمرکزکننده یا بسط دهنده میدان، شکاف دهنده یا انتقال دهنده ی پرتو، لنزهای مسطح و مبدل فاز از جمله این موارد به شمار می آیند که با استفاده از نظریه نور تبدیلی طراحی شده اند و امکان جدیدی را فراهم می سازند. در این پایان نامه بعد از معرفی کاربردهای نور تبدیلی، شرح طراحی های ارائه شده توسط محققان در این حوزه وشبیه سازی چند نمونه از آنها، به توضیح چند طراحی انجام شده بر پایه این نظریه و ارائه نتایج شبیه سازی پرداخته خواهد شد. اولین طراحی انجام شده به کمک نور تبدیلی، متمرکزکننده میدان با ساختار مربعی است که با هدف تعمیم این نظریه به ساختارهایی با تقارن کمتر صورت گرفته است. نتایج شبیه سازی به خوبی نشان می دهد وجود گوشه های تیز و یا نبود تقارن استوانه ای تاثیری در عملکرد محیط طراحی شده بر پایه نظریه نورتبدیلی ندارد. دومین طراحی مربوط به یک تداخل سنج فضایی است که می تواند به طور موثری برای تشخیص تغییرات ضریب شکست یک ماده به کار رود و عملکردی مشابه با تداخل سنج ماخ- زندر از خود نشان دهد. در این وسیله با استفاده از انتقال دهنده و شکافنده، موج ورودی به دو نیم پرتو تقسیم شده و هر کدام از یک مسیر مجزا هدایت می شوند. لذا در صورت اعمال هر گونه تغییرات در طول نوری یکی از مسیرها نسبت به مسیر مرجع، بین دو نیم موج اختلاف فاز به وجود آمده و الگوی تداخلی در خروجی تغییر خواهد کرد. با دنبال کردن تغییرات الگوی تداخلی، میزان تغییر ضریب شکست ماده مورد نظر قابل محاسبه خواهد بود. طراحی دیگری که با استفاده از نور تبدیلی صورت گرفته است، طراحی یک قطبنده دایروی است که به کمک آن می توان با استفاده از دو موج با قطبش های خطی عمود بر هم، موجی با قطبش دایروی ایجاد کرد. هدف این پایان نامه این است که با معرفی مبانی نظریه نور تبدیلی و بررسی کاربرد آن در طراحی ادوات مختلف، دید کافی نسبت به این موضوع رو به رشد در زمینه الکترومغناطیس را برای خواننده فراهم ساخته و با ارائه دانش اولیه به علاقه مندان، ادامه مسیر را اندکی هموارتر سازد.

چکیده ندارد.