نظریه ی نور تبدیلی و کاربرد آن در طراحی ادوات نوری

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.