بلورهای فوتونی ساختارهای دی الکتریک متناوبی هستند که بصورت مصنوعی ساخته شده و قادر به کنترل کامل انتشار نور می باشند. در واقع هدف اصلی در مطالعه بلورهای فوتونی بررسی انتشار امواج الکترومغناطیسی در این بلورها می باشد. بلورهای فوتونی دارای ساختار نواری می-باشند که از مشخصه های بلور بوده و شامل نوارهای فرکانسی مجاز و ممنوعه است. چنانچه تناوب ضریب دی الکتریک در دو جهت باشد بلور فوتونی دو بعدی است، که از یک سری میله های دی-الکتریک که در یک زمینه ی دی الکتریک همگن با ضریب دی الکتریک متفاوت قرار داده شده اند تشکیل شده است. با ایجاد تغییر در ویژگی های فیزیکی میله های دی الکتریک موجود در یک بلور فوتونی دو بعدی نقص های مختلف حاصل می شوند. یک گونه از این نقص ها نقص خطی است که از تغییر ویژگی های فیزیکی یک ردیف از میله های دی الکتریک بدست می آید. متداول ترین و پر اهمیت-ترین کاربرد این نقص های خطی استفاده به عنوان موجبر های بلور فوتونی می باشد. با ایجاد یک نقص خطی مدی درون نوار ممنوعه ی فرکانسی ظاهر می شود که به مد موجبری موسوم است و بیانگر ویژگی های فیزیکی نقص خطی از نظر کنترل و هدایت نور در فرکانس های مختلف می باشد. یکی از ویژگی های منحصر به فرد نور سرعت بالای آن می باشد. اما در این میان، کاهش سرعت نور نیز به طور جداگانه مزایایی دارد که بسیاری از محققین را بر آن داشته که به بررسی جوانب آن بپردازند. نور کند را می توان در مواردی از قبیل ایجاد سوئیچ های نوری، ذخیره سازی اپتیکی و تأخیر زمان اپتیکی به کار برد. در این پایان نامه ابتدا ویژگی های موجبرهای بلور فوتونی را مورد مطالعه قرار داده ایم. سپس با استفاده از روش ابر سلول بر پایه روش بسط موج تخت ساختار نوار مربوط به بلورهای فوتونی دو بعدی شامل نقص خطی را بدست آورده ایم. آنگاه با محاسبه ی شیب منحنی مد موجبری موجود در نوار ممنوعه فرکانسی، سرعت گروه را بدست آورده ایم. بعد از آن با ایجاد تغییرات گوناگون در قسمت های مختلف ساختار شبکه های بررسی شده، منحنی مد موجبری را بهینه کرده ایم. در نهایت به نور کند در پهنای نوار فرکانسی وسیع دست یافته ایم. برای مد te در یک بلور فوتونی دو بعدی با تقارن شبکه مثلثی که از حفره های هوا در زمینه-ی سیلیکون تشکیل شده است،ابتدا با تغییر هم زمان شعاع حفره های همسایه اول و دوم نقص خطی، سرعت گروه های و را به ترتیب در پهنای نواری و بدست آورده ایم. سپس در همان ساختار با جابجا کردن حفره های همسایه اول و دوم نقص خطی به طور هم زمان توانسته ایم سرعت گروه های و را به ترتیب در پهنای نواری و بدست آوریم. همچنین برای مد te در یک بلور فوتونی دو بعدی با تقارن شبکه مثلثی که از حفره های هوا در زمینه ی سیلیکون تشکیل شده است، با جابجا کردن حفره های همسایه اول، دوم و سوم نقص خطی به طور هم زمان تأثیر جابجایی حفره های همسایه سوم نقص خطی را نیز مورد مطالعه قرار داده ایم. که در نتیجه ی آن سرعت گروه های و را به ترتیب در پهنای نواری و را بدست آورده ایم.

بلورهای فوتونی، مواد دی الکتریک مصنوعی با تغییرات متناوب در ضریب شکست شان می باشند. انتشار امواج الکترومغناطیسی در این ساختارها، مشخصه های بسیار جالب و عجیبی را از خود نشان می دهد. حالت های کشید? منتشرشونده در کل بلور فوتونی، نوارهای توده ای را تشکیل می دهند، که توسط گاف ها از همدیگر جدا شده اند. وقتی که یک بلور فوتونی بی نهایت ایده آل قطع می گردد، امواج سطحی جایگزیده می تواند در سطح قطع شد? بلور فوتونی نیمه بی نهایت ظاهر گردد. این مدها، میدان های الکترومغناطیسی می باشند که، بردار موج شان مختلط هستند و منجر به این می شود که موج، در جهات عمود بر صفح? جداکنند? محیط همگن و بلور فوتونی و بسمت دورشدن از این صفحه بصورت نمایی میرا گردد. حالت های سطحی ایجاد شده در بلورهای فوتونی، می توانند جایگزینی بر کاربردهای پلاسمون های سطحی، نظیر اپتیک غیرخطی، مدولاتورهای اپتیکی، و حساسگرها، باشند. حالت های سطحی بلورهای فوتونی یک سری مزیت ها دارند. اولا"، این حالت ها، می توانند در هر محدود? فرکانسی نوری که در مدنظر باشد، ایجاد گردند که این مشخصه را از خاصیت مقیاس بندی بلور فوتونی به ارث می برد. دوما"، اتلاف پایین در این ساختارها می تواند منجر به تزویج تشدیدی تیز، مابین نور فرودی و حالت های سطحی، شود. به دلیل کاربردهای فراوان حالت های سطحی، بدست آوردن تنظیم پذیری حالت های سطحی دارای مزایای فراوانی می باشد. در اکثر بلورهای فوتونی، ثابت دی الکتریک اجزای سازنده آن مستقل از تاثیر عوامل خارجی حاکم بر بلور همچون دما، میدان مغناطیسی و یا میدان الکتریکی می باشد و زمانی که یک بلور فوتونی ساخته شد، موقعیت مد های سطحی ایجاد شده آن ثابت بوده و هیچ تغییری در موقعیت مدهای سطحی، تحت تاثیر عوامل نامبرده ایجاد نمی شود. برای دستیابی به تنظیم پذیری در بلورهای فوتونی، نیاز است که حداقل ثابت دی الکتریک یکی از اجزای تشکیل دهنده بلور فوتونی به عوامل خارجی مانند، دما، میدان الکتریکی و یا میدان مغناطیسی وابسته باشد. بلورهای مایع از جمله موادی هستند که ثابت دی الکتریک آنها به وسیله اعمال میدان الکتریکی خارجی تغییر می کند، در نتیجه با استفاده از بلورهای مایع در ساخت بلور فوتونی، به تنظیم پذیری در بلورهای فوتونی دست پیدا می کنیم. در این پایان نامه به منظور تنظیم مدهای سطحی از یک لایه پوششی از جنس بلور مایع استفاده شده است. بلور مایع از بردارهای راهنمایی تشکیل شده است که چگونگی جهت گیری این بردارهای راهنما تحت اعمال میدان های الکتریکی خارجی بر روی لایه بلور مایع، نقش خیلی مهمی در تنظیم موقعیت مدهای سطحی بازی می کنند. پروفایل توزیع جهت گیری بردارهای راهنمای بلور مایع بر حسب مکان به إزای ولتاژهای اعمالی خارجی بر روی بلور مایع، با کمینه کردن انرژی آزاد کل که به معادلات اویلر-لاگرانژ تبدیل می شود، محاسبه شده است. معادلات اویلر-لاگرانژ از روش محاسباتی تفاضل محدود تکراری محاسبه شده است. همچنین معادلات روش بسط موج تخت، به حالتی که سیستم بلور فوتونی شامل مواد ناهمسانگردی چون بلور مایع باشد، تعمیم داده شده است. نتایج محاسبات نشان می دهد که با افزایش میدان الکتریکی اعمالی برروی لایه بلور مایع، موقعیت مدهای سطحی به شکل قابل توجهی به سمت پایین جابجا می شوند. گستره این تنظیم پذیری به نوع بلور مایع مورد استفاده بستگی دارد. در این پژوهش با انتخاب بلور مایع های با ناهمسانگردی بالا، بیشترین تنظیم پذیری را در موقعیت مدهای سطحی بدست آوردیم

در دهه های اخیر بلورهای فوتونی مورد توجه بسیار زیادی قرار گرفته اند و نوید بخش تحولات عظیم مخصوصاً در زمینه صنعت مخابرات و ارتباطات می باشند و انتظار می رود که در آینده ای نه چندان دور شاهد تحولات شگرف (مشابه تحولات بوجود آمده در زمان کشف نیمرساناها) در زمینه قطعات اپتوالکتریک باشیم. فصل مشترک موجود در بلورهای فوتونی نامتجانس که ازاتصال دو بلور فوتونی با پارامترهای فیزیکی و تقارن هندسی متفاوت تشکیل شده اند (مانسته اپتیکی نیمرساناهای نامتجانس) دارای ویژگی های جالب توجهی می باشند، به عنوان مثال این بلورها می توانند در صورت دارا بودن برخی شرایط امواج الکترومغناطیسی را در فصل مشترکشان جایگزیده نمایند. منظور از حالت های جایگزیده آن حالت هایی هستند که در منطقه ممنوعه فرکانسی مشترک دو بلور قرار دارند و به این ترتیب امواج در هیچکدام از این دو بلور نمی توانند منتشر شوند و درنتیجه در راستای عمود بر فصل مشترک دو بلور فوتونی میرا می شوند و با توجه به اینکه بردار موج آنها مولفه ای در راستای فصل مشترک دو محیط دارد در این راستا منتشر می شوند (مد جایگزیده)، و به همین خاطر فصل مشترک موجود در بلورهای فوتونی نامتجانس می تواند به عنوان یک موجبر عمل نماید. در این پایاننامه به لحاظ اهمیت حالت های جایگزیده در بلورهای فوتونی ابتدا به بررسی این حالت ها در فصل مشترک موجود در یک بلور فوتونی نامتجانس یک بعدی و سپس در بلورهای فوتونی نامتجانس دوبعدی شامل شبکه های مربعی- مربعی، مربعی- مثلثی و مثلثی- لانه زنبوری پرداخته شده است. به منظور محاسبه حالت های جایگزیده در بلورهای فوتونی نامتجانس از روش ابرسلول بر پایه بسط موج تخت استفاده می شود. روند کلی کار به این شرح است که ابتدا با بدست آوردن ساختار باند مصور هر یک از دو بلور فوتونی تشکیل دهنده بلور فوتونی نامتجانس، از وجود منطقه ممنوعه فرکانسی در آنها اطمینان حاصل کرده و سپس با استفاده از روش ابرسلول ساختار باند اتصال نامتجانس نیز محاسبه شده و از طریق مقایسه آن با ساختارهای باند مشترک، موقعیت فرکانسی حالت های بین سطحی که در منطقه ممنوعه فرکانسی مشترک دو بلور قرار دارند بدست آمده است. مطالعه توزیع فضایی میدان نظیر مدهای حالت های بین سطحی نشان می دهد که اتصال دو بلور فوتونی می تواند به عنوان موجبر عمل نماید یکی از ساختارهای مورد بررسی در این پایاننامه بلور فوتونی نامتجانس دوبعدی متشکل از آرایه مثلثی از میله های دی الکتریک و آرایه لانه زنبوری از حفره های هوا می باشد، نتایج محاسبات انجام شده نشان می دهد که برخلاف نتایج گزارش شده توسط چان یانگ جان و همکاران مبنی بر اینکه برای قطبش در فصل مشترک موجود در این بلور سه حالت جایگزیده وجود دارد، در فصل مشترک این بلور تنها یک حالت جایگزیده بین سطحی به صورت تک مد و با پاشندگی کم وجود دارد. بلور فوتونی نامتجانس دوبعدی متشکل از اتصال دو بلور فوتونی با تقارن هندسی مربعی که به ترتیب شامل میله های دی الکتریک و حفره های مربعی چرخیده می باشند نیز مورد بررسی قرار گرفته است، نتایج نشان می دهد که در فصل مشترک این دو بلور دو حالت جایگزیده بین سطحی با پاشندگی نسبتا کم وجود دارد، همچنین نتایج محاسبات عددی نشان می دهد که میزان چرخش حفره های مربعی در تعیین حدود منطقه ممنوعه فرکانسی مشترک دو بلور تاثیر گذار می باشند.

بلورهای فوتونی ساختارهای دی الکتریک متناوبی هستند که بصورت مصنوعی ساخته شده و قادر به کنترل کامل انتشار نور می باشند. بلورهای فوتونی دارای ساختار باندهایی می باشند که از مشخصه های بلور بوده و شامل نوارهای فرکانسی مجاز و ممنوعه است. چنانچه تناوب ضریب دی الکتریک در دو جهت باشد بلور فوتونی دو بعدی است، که از یک سری میله های دی الکتریک که در یک زمینه ی دی الکتریک همگن با ضریب دی الکتریک متفاوت قرار داده شده اند تشکیل شده است. انتشار امواج الکترومغناطیسی در این ساختارها، مشخصه های بسیار جالب و عجیبی را از خود نشان می دهد. حالت های منتشر شونده در کل بلور فوتونی، نوارهای توده ای را تشکیل می دهند، که توسط گاف ها از همدیگر جدا شده اند. وقتی که یک بلور فوتونی بی نهایت ایده ال قطع می گردد، امواج سطحی جایگزیده می تواند در سطح قطع شده بلور فوتونی نیمه بینهایت ظاهر گردد. این مدها، میدان های الکترومغناطیسی هستند که، بردار موج شان مختلط هستند که، منجر به این می شود که موج، در جهات عمود بر صفحه جداکننده محیط همگن و بلور فوتونی و بسمت دور شدن از این صفحه بصورت نمائی میرا گردد. در این پایاننامه ابتدا تزویج مدهای سطحی بین بلورهای فوتونی دو بعدی مشابه با شبکه های مربعی-مربعی و مثلثی-مثلثی و سپس تزویج مدهای سطحی بین بلورهای فوتونی دو بعدی مثلثی-مربعی و دو نوع شبکه ی مربعی متفاوت با پیکربندیهای متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است. روند کلی کار به این شرح است که ابتدا مدهای سطحی بلورهای فوتونی را بدست آورده ایم و سپس با کم کردن فاصله ی بین بلورها، تزویج مدهای سطحی بین بلورهای فوتونی دو بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. که در مورد تزویج مدهای سطحی بین بلورهای فوتونی متفاوت، بلورهای فوتونی اولیه باید با انتخاب پارامترهای فیزیکی بلور به گونه ای انتخاب شوند که منطقه ممنوعه فرکانسی مشترک داشته باشند و به تنهایی حالت های سطحی در این منطقه داشته باشند. به منظور بررسی تزویج مدهای سطحی بین بلورهای فوتونی دوبعدی از روش ابر سلول بر مبنای روش بسط موج تخت استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که موقعیت فرکانسی مد های سطحی در اثر تزویج به فرکانس های بالاتر و پایین تر از وضعیت قبل از تزویج جابه جا می شود که میزان جابه-جایی مدهای سطحی به فاصله ی دو بلور اولیه بستگی دارد. همچنین نتایج نشان می دهد که شدت میدان در راستای صفحه قطع شدگی بصورت گسترده بوده یعنی امواج سطحی در این راستا انتشار می یابند در حالیکه در راستای عمود بر صفحه ی قطع شدگی به شدت جایگزیده هستند.

. بلور مایع جزو مواد ناهمسانگرد بوده که ثابت دی الکتریک آن بصورت تانسوری می باشد و تحت تاثیر عوامل خارجی مانند میدان الکتریکی تغییر می کند. در این پایان نامه به منظور تنظیم پذیری الکتریکی مدهای موجبری، از بلورهای فوتونی دو بعدی با شبکه های مربعی و مثلثی ساخته شده از حفره های هوا در زمینه آلومینا استفاده شده است که یک ردیف از حفره های هوا توسط بلور مایع نماتیک پر شده اند. مشخصه عمومی بلور مایع نماتیک، بردارهای راهنما می باشد که بطور غیر یکنواخت در بلور مایع توزیع یافته اند و جهت گیری آنها با اعمال ولتاژ خارجی تغییر می کند. چگونگی توزیع جهت گیری بردارهای راهنما، از کمینه کردن انرژی آزاد کل سیستم بدست می آید که در نهایت به معادله اویلر-لاگرانژ منجر شده و از طریق محاسبات عددی و به روش شوتینگ بدست می آید. برای بررسی ساختار نواری و پاشندگی موجبری سیستم مورد نظر از روش ابر سلول که بر پایه روش بسط موج تخت می باشد استفاده شده است که به حالتی که بلور فوتونی شامل مواد ناهمسانگردی چون بلور مایع باشد، تعمیم یافته است.

بلورهای فوتونی با شکاف نواری فوتونی، موادی هستند که دارای ساختار متناوب هستند. مطالعه ساختارهای این مواد توجه خیلی زیادی را به هر دو حوزه تئوری و تجربی به خاطر پتانسیل کاربردیشان در اپتوالکترونیک و همچنین توانایی کاربردی این مواد در ارتباطات از راه دور، شامل موجبرها، فیلترهای نوری و میکروکاواک ها جذب کرده است. با در نظر گرفتن کاربردهای بسیار وسیع قطعات اپتیکی بدست آوردن بلورهای فوتونی قابل تنظیم مفید خواهد بود. برای مثال بلورهای فوتونی ساخته شده از پلیمرهای رسانا با تغییر دما و اعمال ولتاژ قابل تنظیم هستند. میرایی امواج الکترومغناطیسی در داخل بلورهای فوتونی فلزی مانع از بروز بسیاری از خواص بالقوّه می گردد. با جایگزینی مواد ابررسانا به جای مواد فلزی می توان بر این نقیصه فائق آمد. تابع دی الکتریک مواد ابررسانا در اثر دما و میدان مغناطیسی به شدت تحت تاثیر قرار می گیرد. در حالتهای ابررسانایی، موج الکترومغناطیسی می تواند در حد عمق نفوذ لندن مواد انتشار یابد. در حالت رسانایی عادی، عمق نفوذ بینهایت می شود، به عبارتی میدان الکترومغناطیسی می تواند در ماده بدون هیچ محدودیتی انتشار یابد. بنابراین بخاطر انتقال از حالت ابررسانایی به حالت رسانایی عادی در اثر اعمال دما و میدان مغناطیسی، می توانیم تنظیم پذیری بیشتری را در بلورهای فوتونی ساخته شده از ابررساناها را داشته باشیم در نتیجه روشی را برای کنترل خواص نوری بلورهای فوتونی فراهم آوریم. با برهم زدن تناوب شبکه ی بلور فوتونی، می توان یک کاواک به وجود آورد. این کار را می توان با تغییر جنس یا اندازه ی یکی از میله های شبکه انجام داد. ایجاد نقص نقطه ای ابررسانایی در بلورهای فوتونی دو بعدی، موجب به وجود آمدن مدهای نقص درون باند ممنوعه ی فرکانسی می شود و میدان-های الکترومغناطیسی جایگزیده حول موقعیت نقص را به وجود می آورد. در این پایان نامه ابتدا تنظیم پذیری گاف های فوتونی را در بلورهای فوتونی ساخته شده از ابررسانا را مورد مطالعه قرار داده و در قسمتهای بعدی رفتار مد نقص ابررسانایی را بر حسب پارامترهای مختلف بررسی کرده ایم. بررسی رفتار این مد نقص بر حسب دما و میدان مغناطیسی اعمالی نشان می دهد که با افزایش دما و میدان، مد نقص به طرف فرکانس های پایینتر جابجا می شود و جایگزیدگی مد نقص بیشتر می شود، همچنین با تغییر جنس ابررسانا می توانیم تنظیم پذیری قابل چشم گیری در داخل گاف فوتونی ملاحظه کنیم. یکی از نتایج خیلی مهمی که با در نظر گرفتن جنس میله نقص از جنس ابررسانا می توانیم مشاهده کنیم به این صورت می باشد که با بررسی رفتار مدهای نقص ابررسانایی بر حسب تغییر شعاع میله نقص، نشان می دهد که این مدها در قیاس با مدهای نقص معمولی حساسیت خیلی کمتری به بی نظمی های ناشی از شعاع دارد. همچنین با دور شدن میله های همسایه اول میله نقص، مد نقص حالت پایه به طرف فرکانس های پایین تر جابجا می شود و با بررسی توزیع میدان الکتریکی نتیجه می گیریم که این مد حالت پایه با نزدیک شدن میله های همسایه به میله نقص، جایگزیده تر می شود.

قالب سازی برای شارش مناسب نور در مقیاس طول موج آن، چالش بزرگ بحث بلورهای فوتونی می باشد. موجبرهای بلور های فوتونی معمولا با ایجاد نقص های خطی بدست می آید، مشروط بر این که بلور فوتونی در فرکانس مورد نظر دارای گاف باند فوتونی باشد. اخیرا، با معرفی بلورهای فوتونی مدرج فرآیند موجبری بدون نیاز به ایجاد نقص داخل ساختار انجام شده است. این بلورها به وسیله ی ایجاد تغییرات تدریجی در پارامترهای بلور فوتونی مانند ثابت شبکه، شعاع میله های دی الکتریک و یا ثابت دی الکتریک میله ها به وجود می آیند. تغییر تدریجی این پارامترها خواص پاشندگی بلور فوتونی را به طور تدریجی تغییر می دهد که در نتیجه منجر به تغییر مسیر نور و انتشار آن می شود. از بلورهای فوتونی مدرج برای خمش نور، کانونی کردن نور، ساخت ابر موازی ساز و عدسی های با ضریب شکست منفی و ... استفاده می شود. در این پایاننامه ابتدا ویژگی های بلور فوتونی مدرج و سپس رفتار امواج الکترومغناطیسی به خصوص اثر کانونی شدن نور در این بلورها را مورد مطالعه قرار داده ایم. در بررسی بلور فوتونی مدرج دو عامل تغییر تدریجی، ثابت شبکه و شعاع میله های دی الکتریک در نظر گرفته شده است. تمامی ساختار نوار های مربوط به بلور فوتونی دو بعدی با استفاده از روش بسط موج تخت و منحنی های هم فرکانسی با استفاده از روش بسط موج تخت اصلاح شده به دست آمده است. محاسبه ی میدان های الکتریکی و مغناطیسی و توزیع فضایی آنها با استفاده از روش تفاضلات محدود در حوزه ی زمان (fdtd) به دست آمده است. نتایج نشان می دهد که بلورهای فوتونی مدرج توانایی کانونی کردن امواجی با پهنای عرضی بزرگ را در یک ناحیه ی کوچک دارا هستند. هم چنین مشاهده شد که فقط چند ستون از میله های دی الکتریک برای کانونی کردن باریکه ای با پهنای عرضی بزرگ کافی است. در بررسی رفتار کانونی شدن نور مشاهده شد که، قدرت کانونی کردن بلور های فوتونی مدرج به پارامتر های ساختاری آن مثل ثابت دی الکتریک میله ها، گام افزایشی ثابت شبکه یا شعاع میله ها بستگی دارد. به طوری که، با افزایش این پارامترها قدرت کانونی کردن بلور فوتونی مدرج افزایش پیدا می کند. یک نتیجه هم نشان می دهد که با انتخاب مناسب پارامتر تغییر تدریجی، بلور فوتونی مدرج توانایی خمش نور را نیز دارد.

بلور فوتونی ساختارهای دی الکتریک متناوبی هستند که به صورت مصنوعی ساخته شده اند و دارای ساختار نواری می باشند که از مشخصه های بلور بوده و شامل نوارهای فرکانسی مجاز و ممنوعه می باشد. در سالهای اخیر بلورهای فوتونی به خاطر خواص جالبشان در کنترل انتشار نور در مقیاس طول موج، بسیار مورد توجه است. در این میان موجبرهای بلور فوتونی، که از ایجاد یک نقص خطی در بلور فوتونی بدست می آید، از اهمیت زیادی در مدارات مجتمع فوتونی برخوردار است. یکی از مشکلات اصلی در این راستا، عدم تزویج مناسب بین مد نور خروجی مدارات و موجبرهای بلور فوتونی می باشد که مربوط به تفاوت مقیاس آنهاست. بنابراین دستیابی به تلفات پایین تزویج چالش بزرگی در بحث بلور فوتونی می باشد. می توان با استفاده از تزویج گرهای بلور فوتونی مدرج بازده تزویج را بهبود بخشید. در این پایان نامه با استفاده از روش تفاضلات متناهی در حوزه زمان fdtd انتشار امواج الکترومغناطیسی درون موجبرهای بلور فوتونی با شبکه مربعی و مثلثی، مورد مطالعه قرار گرفته است. سپس از روش ابر سلول بر پایه بسط موج تخت ساختار نوار برای بلورهای فوتونی دو بعدی شامل نقص خطی محاسبه شده است. بازده تزویج مد خروجی موجبر معمولی به یک موجبر بلور فوتونی، با استفاده از تزویج گرهای بلور فوتونی، که ثابت دی الکتریک یا ثابت شبکه و یا شعاع آنها به طور تدریجی تغییر می کند، مورد بررسی قرار گرفته است. در همه ی ساختارها میله ها هندسه دایروی داشته، و در این ساختارها خط نقص با حذف میله ها ایجاد شده است. نتایج نشان می دهد که میزان بازده تزویج به طول تزویج، نوع شبکه و هندسه ی تزویج گر بستگی دارد. از دیگر ساختارها، موجبر تنظیم پذیری است که یک ردیف از میله ها با ایندیم آنتیموان جایگزین شده است. محاسبات نشان می دهد که دما می تواند کنترل کننده ی بازده باشد. در بخش دیگر، ساختار جدیدی جهت تحقق تزویج اپتیکی مطالعه شده است. این ساختار از یک بلور فوتونی نیم دایره ی دو بعدی تشکیل یافته است.

بلورهای فوتونی که به دلیل ویژگی¬های جالب توجهشان در کنترل انتشار امواج الکترومغناطیسی، در سالهای اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته اند، ساختارهای متناوبی از دی¬الکتریک¬ها هستند که به صورت مصنوعی ساخته می¬شوند و در تشابه با نیم¬رساناها یک ناحیه ممنوعه فرکانسی دارند که نوار گاف فوتونی نامیده می شود. تمامی خواص جالب بلورهای فوتونی، ناشی از وجود این گاف ممنوعه فرکانسی است. بلورهای فوتونی حلقوی آثار چشمگیری بر باند گاف کامل دارند و از میله-های دی¬الکتریکی تشکیل می¬شوند که پوسته¬ی دی¬الکتریک دیگری آنها را در بر گرفته و در یک زمینه¬ی دی¬الکتریک قرار گرفته¬اند. با تغییر دادن ویژگی های فیزیکی حلقه¬های دی¬الکتریک موجود در یک بلور فوتونی حلقوی دو بعدی نقص¬های مختلف حاصل می¬شوند. یک گونه از این نقص¬ها، نقص خطی است که از تغییر ویژگی¬های فیزیکی یک ردیف از حلقه¬های دی¬الکتریک بدست می-آید و مهمترین و رایجترین کاربرد آن استفاده به عنوان موجبر¬های بلور فوتونی می¬باشد. با ایجاد یک نقص خطی، مدی درون نوار ممنوعه¬ی فرکانسی ظاهر می¬شود که به مد موجبری موسوم است و بیانگر ویژگی¬های فیزیکی نقص خطی از نظر کنترل و هدایت نور در فرکانس¬های مختلف می-باشد. کاهش سرعت نور نیز یکی دیگر از مفاهیم مهم در اپتیک و به¬ویژه در بلورهای فوتونی می-باشد. نور کم سرعت در موجبرهای نقص خطی بلور فوتونی در سالهای اخیر توجه زیادی را به خود معطوف کرده است زیرا با مجتمع سازی تراشه ها و عملیات دمای اتاق سازگار است و می-تواند پهنای نواری بسیار وسیع و انتشار بدون پاشندگی ارائه دهد. در این پایان¬نامه ابتدا ویژگی¬های موجبرهای بلور فوتونی حلقوی را مورد مطالعه قرار داده¬ایم. سپس با استفاده از روش ابر سلول بر پایه روش بسط موج تخت ساختار نواری مربوط به بلورهای فوتونی حلقوی دو بعدی شامل نقص خطی را بدست آورده¬ایم. آنگاه با محاسبه¬ی شیب منحنی مد موجبری موجود در نوار ممنوعه فرکانسی، سرعت گروه را بدست آورده ایم. بعد از آن با ایجاد تغییرات گوناگون در قسمت¬های مختلف ساختار شبکه¬های بررسی شده، منحنی مد موجبری را بهینه کرده¬ایم. در نهایت به نور کند در پهنای نوار فرکانسی وسیع دست یافته¬ایم.

چکیده در سال های اخیر بلورهای فوتونی به خاطر خواص جالبشان در کنترل انتشار امواج الکترومغناطیسی توجه زیادی را جلب کرده اند. به طوری که از آنها در ساخت قطعات فوتونی خصوصا در مدارهای مجتمع فوتونی استفاده های زیادی شده است. کاربردهای بلور فوتونی به دو عامل وجود گاف در ساختار نواری فوتونی و پاشندگی تنظیم پذیر در داخل بلور بلور فوتونی بستگی دارد. عامل اول طراحی موجبر ها و فیلترهای فرکانسی را ممکن می سازد و عامل دوم، باعث ایجاد پدیده های مرتبط با پاشندگی در بلورهای فوتونی است. در سال های اخیر پدیده های مرتبط با پاشندگی در بلورهای فوتونی مورد توجه قرار گرفته اند. از جمله این پدیده ها می توان به شکست منفی، پدیده ابر منشور و خودموازی سازی اشاره کرد. خودموازی سازی پدیده ای است که نور یا موج الکترومغناطیسی پس از ورود به داخل بلور فوتونی، به صورت موازی و بدون پراش قابل توجهی منتشر می شود. در این پایان نامه، پدیده خودموازی سازی نور در بلورهای فوتونی دوبعدی مورد مطالعه قرار گرفته است. نکته مهم در بررسی این پدیده، اتنخاب یک فرکانس مناسب است که شرایط لازم برای موازی شدن را داشته باشد. این فرکانس از کنتورهای هم فرکانسی به دست می آید. برای محاسبه کنتورهای هم فرکانسی، از روش عددی بسط موج تخت و برای محاسبه میدان ها و شبیه سازی مسیر انتشار نور، از روش تفاضلات محدود در حوزه زمان با شرط مرزی برنگر استفاده کرده ایم. نتایج نشان می دهند که با انتخاب یک فرکانس مناسب، نور توسط بلور فوتونی از یک نقطه به نقطه دیگر انتقال داده می شود، بدون اینکه اتلاف قابل توجهی در شدت آن بوجود آید. در شبکه مربعی از میله های دی الکتریک با شعاع a35/0 و ثابت دی الکتریک 56/11، فرکانس موازی شونده برای قطبش tm، c/a196/0 و برای قطبش te، c/a31/0 محاسبه شده است. نسبت شدت نور به شدت نور ورودی در فواصل 10، 20، 30 برابر ثابت شبکه، به ترتیب 9/0، 88/0 و 84/0 به دست آمده است که نشان دهنده انتقال بالای انرژی است. همچنین با افزایش شعاع میله های دی الکتریک، مقادیر فرکانسهای موازی شونده، کوچکتر می شوند و بر عکس. نقص های خطی کارایی خوبی به عنوان شکافنده نور موازی شده، نشان می دهند. شدت پرتوهای شکافته شده با تغییرات شعاع نقص خطی، تغییر می کنند به طوریکه در شبکه مربعی از میله های دی الکتریک با شعاع a35/0، به ازای شعاع نقص a25/0 r_d=، نسبت شدت پرتوهای شکافته شده به شدت نور فرودی، 43/0 و 38/0 و به ازای a15/0 r_d=، به ترتیب 18/0 و 56/0 به دست آمده است. با به کار بردن میله هایی از جنس نیمرسانا در ساختار شکافنده، نوع متفاوتی از شکافنده نور بررسی شده است که در آن شدت پرتوهای شکافته شده، وابسته به دماست. بررسی کنتور های کنتور های هم فرکانسی در ساختار متشکل از میله های دی الکتریک بیضی شکل نشان می دهند که با چرخش تدریجی میله های دی الکتریک، جهت انتشار نور نیز به صورت تدریجی تغییر می کند. با انتخاب یک ساختار بزرگ مقیاس در ابعاد a21× a71و چرخش تدریجی میله ها به میزان 90 درجه، نور در مسیر سهمی شکل حرکت می کند. بررسی شبکه مستطیلی نشان می دهد کنتور های هم فرکانسی در شبکه مستطیلی در مقایسه با شبکه مربعی، شکل کاملا متفاوتی دارند. در شبکه مستطیلی با ثابت های شبکه a و a2=b، و با میله های دایره ای شکل، نور موازی شونده، در یک راستا منتشر می شود اما در راستای عمود بر آن، وارد ساختار نمی شود و به یک ناحیه باریک محدود می شود. به عبارت دیگر، در شبکه مستطیلی، خودموازی سازی فقط در یک جهت روی می دهد. همچنین، فرکانس های واقع در نوار دوم، علیرغم موازی شدن، به میزان کمی در داخل ساختار پخش می شوند.

با توجه به واقع شدن ایران بر روی یکی از دو کمربند زمین لرزه خیز جهان و وجود گسل های فراوان، وقوع زمین لرزه امری طبیعی است. ایران جزء ده کشور بلاخیز و ششمین کشور زلزله خیز دنیا است که زلزله های روی داده بیشترین تلفات انسانی را در آن باعث شده است. کمربند زلزله خیز آلپ - هیمالیا 90 درصد از خاک کشور ایران را در بر گرفته است. بدلیل صدمات و تلفاتی که زلزله ها در طول تاریخ ایجاد کرده اند، بشر بدنبال راه هایی بوده تا خطرات زمین لرزه را کاهش دهد یکی از این راه ها، تلاش برای پیش بینی زمین لرزه با استفاده از پیش نشانگرهای مختلف است، که قبل از وقوع آن حادث می شوند، از آن ها به عنوان پیش نشانگرهای زمین لرزه یاد می شود. این نشانگرها می توانند از چند سال قبل از وقوع زمین لرزه تا چند ثانیه قبل از وقوع آن حادث شوند. از جمله موفق ترین این پیش نشانگرها، پیش نشانگرهای الکتریکی(روشvan) است. تکنیکvan یکی از این روش ها است که با استفاده از سیگنال های الکتریکی لرزه ای (ses)، زلزله های قریب الوقوع را می-توان پیش بینی کرد. این سیگنال ها تنها در ایستگاه های حساس به ses ثبت می شود. با نصب این ایستگاه های حساس و ثبت ses می توان سه پارامتر اصلی( رومرکز r، بزرگا m و زمان t) زلزله های قریب الوقوع را پیش-بینی کرد. دقت این روش اگر پراکندگی و تراکم ایستگاه های حساس به اندازه کافی باشد 100 کیلومتر در رومرکز، 1 روز در زمان و 0.7 واحد زمین لرزه در بزرگا است. آذربایجان در شمالغرب ایران ناحیه ای است که زمین لرزه های تاریخی و دستگاهی مخرب زیادی داشته و گسل های این منطقه در طول زمان های گذشته زلزله-های ویرانگری از خود بجا گذاشته است و باعث خسارت های جانی و مالی زیادی شده است. هدف از این تحقیق امکان سنجی جستجو و ثبت سیگنال های الکتریکی لرزه ای زمین لرزه های شمال غرب ایران، بویژه گسل تبریز با روش پیش نشانگرهای الکتریکی(روشvan) می باشد. برای این منظور با نصب کردن چندین ایستگاه در منطقه، 3 ایستگاه حساس به ses کشف شد، این ایستگاه های حساس موفق به ثبت ses هایی شدند، که گروه van به وسیله آنها چندین زمین لرزه را پیش بینی کرده بودند. با بررسی sesهای ثبت شده و مقایسه آنها با نتایج کارهای گروه van در یونان، این نتیجه بدست آمد که ses ثبت شده در منطقه همان sesهایی هستند که گروه van کشف کرده بودند. به وسیله این سیگنال های ثبت شده در ایستگاه های حساس وقوع چندین زلزله متوسط مقیاس را چند روز قبل از رخ دادن زلزله به سازمان بحران استان آذربایجان شرقی هشدار داده شده است که همگی آنها طبق علائم حاصل از پیش نشانگرها روی داده اند.

پیشرفت های روز افزون در تکنولوژی ساخت مواد نیم رسانای کم بعد و نیز ویژگی های منحصربه فرد این ساختارها باعث ظهور نسل جدیدی از ابزارهای اپتوالکترونیکی با سرعت های بالا از جمله لیزرهای مادون قرمز، تقویت کننده ها و آشکارسازهای فوتونی شده است. در این میان ساختار های نقطه کوانتومی به دلیل محبوسیت سه بعدی حاملین بار و سطوح الکترونیکی کاملاً گسسته کاندیدای اصلی برای مطالعات بنیادین می باشند، علاوه بر این حضور حالت های ناخالصی هیدروژن گونه ی محبوس شده در ابزار های نیم رسانا ویژگی های فیزیکی این ساختارها را به طور چشم گیری تغییر می دهد.

چکیده ندارد.