بررسی، مطالعه و شبیه سازی بلورهای نوری فلز-دی الکتریک

شروع مبحث بلورهای فوتونی در سال 1987 با تحقیقات یابلونویچ به منظور کم کردن اتلاف ناشی از گسیل خودبخودی و جان به دنبال جایگزیده کردن نور بوده است. فعالیت تحقیقاتی هر دو به معرفی بلور فوتونی منجر شد. بلورهای فوتونی به علت خاصیت تناوبی اجزاء سازنده آن ها، دارای خواص بسیار جالبی در بر هم کنش با امواج الکترومغناطیسی هستند و بازتاب براگ امواج الکترومغناطیسی باعث ایجاد ساختار باند فوتونی در آن ها می شود، که بسیار مشابه ساختار باند الکترونی در نیم رساناها است. می توان با تغییر ضریب شکست عناصر شبکه و کسر اشغال حجمی، خواص بلورهای فوتونی را کنترل کرد. همچنین با ورود یک ناخالصی کنترل شده، در بلور فوتونی می توان به شبکه ای برای جایگزیده کردن نور دست یافت، که از این پدیده برای ساخت تشدید کننده ها و موجبرها استفاده می شود. تغییراتی که ناخالصی در ساختار باندهای فوتونی ایجاد می کند زمینه های تحقیقاتی و کاربردهای جدید برای محققان فراهم آورده است. روش های ساخت بلورهای فوتونی مبحثی است که طی دو دهه گذشته دستخوش تحولات و نوآوری های فراوانی شده است. پس از ساخت اولین بلور فوتونی بعد از سه سال تلاش توسط یابلونویچ و همکارانش، گروه های زیادی با استفاده از روش های مختلف در جهت ساخت بلورهای فوتونی و دستیابی به گاف ممنوعه پهن تر تلاش کردند. همچنین به علت وجود گاف فرکانسی در فرکانس های پایین، سادگی ساخت و طراحی، کوچک بودن حجم این سیستم ها و ارزان بودن هزینه های ساخت، در سال های اخیر تحقیقات گسترده ای در زمینه ساخت بلورهای فوتونی فلزی انجام شده است. بلورهای فوتونی را برای ساخت تشدید کننده ها، فیلترها، مقسم ها، لیزرهای دیودی و تارهای نوری حفره دار به کار برده اند. به این ترتیب بلورهای فوتونی به صورت گسترده ای در مبحث مخابرات نوری اثر گذاشته اند. انتظار می رود در آینده فناوری فوتونیک به طور کامل جای فناوری الکترونیک را بگیرد و قطعات فوتونیکی جایگزین قطعات الکترونیکی شوند. در فصل اول این پایان نامه مفاهیم، تعریف های اولیه و روش های محاسبه گاف های ممنوعه فوتونی در بلور فوتونی بیان شده است. در فصل دوم اقدام به محاسبه ساختار باندهای فوتونی در بلور یک بعدی فلزی با استفاده از روش بسط موج تخت نموده و در پایان این فصل ساختار باند فوتونی برای شبکه دو بعدی مربعی، متشکل از میله های استوانه ای فلزی به روش بسط موج تخت محاسبه شده و گاف های فوتونی مشاهده می شوند. در فصل سوم با در نظر گرفتن اتلاف در فلز، به محاسبه ساختار باندهای فوتونی در بلور یک بعدی و دو بعدی به روش بسط موج تخت پرداخته شده است. همچنین در این فصل با به کارگیری مدل مناسب تری ساختار نواری بلور یک بعدی محاسبه شده و گاف های فوتونی برای بلورهای متنوع به دست آمده اند.