طراحـی، شبیـه سازی و ساخت مدولاتـور فـاز تـرا هـرتز

در این پایان نامه یک مدولاتور فاز تراهرتز مبتنی بر متامواد الکتریکی توسط ساختار تشدید کننده حلقه شکافته طراحی و شبیه سازی نموده و یک پاسخ بهینه از این ساختار بدست آوردیم. سیگنال مدوله کننده اعمالی به این ساختار باعث ایجاد شیفت فرکانسی، تغییر دامنه و تأخیر فاز متناسب با دامنه سیگنال می نماید. برای این کار ابتدا مواد مختلفی را بررسی نموده و پس از بررسی قابلیت ، کارآیی، معایب و محدودیت های موادی همچون : کریستال های غیرخطی مانند لیتیوم نایوبیت ( که پیک غیر خطیت آنها در طول موج های نوری و مادون قرمز بوده و عملا در طول موج های تراهرتز که بزرگتر از طول موج های نوری و مادون قرمز می باشد، قابلیت چندانی ندارند) ، کریستال های فوتونیکی، ساختارهای ترازی نیمه هادی (بخاطر انرژی کم موج تراهرتز (1thz ≈ 4 mev) ، فاصله ترازها کم است و الکترون ها (در دمای اتاق) به راحتی به ترازهای بالاتر می روند ( thermal backfilling ) ، بنابراین در محدوده تراهرتز کارآیی ندارند) ، ساختار مبتنی بر گرافن (که به خاطر نداشتن گاف انرژی، در دمای پایین (حدود 77 درجه کلوین) کارآیی داردو همچنین اندیس مدولاسیون آن پایین است )، به این نتیجه رسیدیم که این مواد نمی توانند برای طراحی و ساخت مدولاتور در محدوده طول موج تراهرتز به کار روند. لذا در این پایان نامه از متامواد که قابلیت کارکرد در دمای اتاق در محدوده تراهرتز را دارد و نیز به دلیل قابلیت مقیاس پذیری آن ، برای طراحی مدولاتور استفاده کردیم. مدولاتورهای تراهرتزمبتنی برمتامواد بسته به نوع سیگنال مدوله کننده (پیام) ، به دو نوع نوری و الکتریکی می باشند. به دلیل اینکه در مدولاتور تراهرتز مبتنی بر متامواد نوری ، کنترل چگالی حامل ها در ناحیه تخلیه نزدیک شکاف هوایی جهت انجام عمل مدولاسیون ، با شش پارامتر فیزیکی انجام می گیرد و لازم است تا برای رسیدن به پاسخ مطلوب این شش پارامتر بطور همزمان کنترل شوند که این کار مشکلی است و از طرفی در این نوع مدولاتور ، همزمان نمی توان میزان مدولاسیون بالا و سرعت سوئیچینگ بالایی را بدست آورد. لذا ما در اینجا از روش مدولاتور تراهرتز مبتنی بر متامواد الکتریکی استفاده کردیم. همچنین در اینجا ساختار مدولاتور طراحی شده را مقیاس بندی نمودیم که تا به حال چنین کاری در این زمینه در مقالات گزارش شده انجام نشده است و درنتیجه یک پاسخ بهینه در طراحی این مدولاتور بدست آوردیم و نیز توانستیم یک رابطه تقریبی بین طول موج تشدید و پریود ساختار مدولاتور طراحی شده بدست آوریم. در نهایت یک مقایسه بین نتایج بدست آمده از پاسخ بهینه ساختار طراحی شده با نتایج مقالات گزارش شده در این زمینه از نظر مشخصات اصلی مدولاتور از قبیل: فرکانس تشدید ، اندیس مدولاسیون دامنه ، شیفت فرکانسی و... انجام دادیم.