سنسورهای تمام نوری مبتنی بر نور کند در بلورهای فوتونی

در این پایان نامه یک سنسور نوری گاز متان با حساسیت بالا مبتنی بر نور کند در موجبرهای بلور فوتونی پیشنهاد شده است. تشخیص متان برای حفظ ایمنی در معادن بسیار با اهمیت است چرا که این گاز اشتعال پذیر بوده و دارای حد انفجار 5% متان در هوا می باشد. بنابراین توسعه سنسور های گاز متان برای جلوگیری از بالا رفتن مقدار آن از حد مجاز ضروری است. در این کار موجبرهای بلور فوتونی به عنوان سلول گاز استفاده شده اند. در موجبرهای بلور فوتونی نور می¬تواند فرکانسی در محدوده گاف باند فوتونی داشته باشد. ما می توانیم برای محدوده خاصی از فرکانس ها و به ازای پارامتر های هندسی مشخصی، درون موجبر نور کند تولید کنیم. در این فرکانس ها سرعت نور کاهش می یابد. بنابر این مزیت کلیدی این نوع ساختار ها تجمع قوی نور ناشی از اثر نور کند و در نتیجه بر هم کنش قوی نور- ماده است که ما را برای کوچک کردن سایز سنسور توانا می سازد. روش های عددی برای شبیه سازی موجبرهای بلور فوتونی طراحی شده، شامل تفاضل متناهی در حوزه زمان، بسط امواج تخت و روش المان های محدود می باشند. در این کار ابتدا یک سنسور گاز متان جدید مبتنی بر اثر نور کند در موجبر بلور فوتونی میله ای طراحی شد. سپس با تغییر هندسه موجبر بلور فوتونی آن را به گونه ای مهندسی کردیم که بتواند در طول مسیر هم پاشندگی سرعت گروه مثبت و هم منفی را تجربه کند و همچنین فاصله مد اصلی با باند هوا در ناحیه نور کند حداکثر باشد که این منجر به جبران پاشندگی و کاهش تلفات و در نتیجه افزایش پیک جذب می شود. نتایج عددی نشان می دهد که اثر نور کند می¬تواند به طور مؤثری حساسیت تشخیص را در طیف سنج های جذب کوچک بالا ببرد. در این پروژه فاکتور افزایش بزرگی نزدیک γ = 150 ناشی از اثر نور کند بدست آمده است.