ترکیب و تقسیم طول موجی سیگنال های نوری، باعث افزایش حجم اطلاعات مخابره شده در شبکه های انتقال اطلاعات می گردد. توری موجبر آرایه ای(awg) به علت خواص ویژه ای مانند تلفات کم، پایداری بالا و قیمت پایین یکی از قطعات بسیار مورد توجه در سیستم های ترکیب و تقسیم طول موجی می باشد. جداکننده های طول موجی awg بر پایه موجبرهای دفنی سیلیکایی سالها به صورت تجاری مورد استفاده بوده است. با توسعه فناوری نانو می توان موجبرهای نوری مورد نیاز در awg را، با کیفیت خوبی با استفاده از نانوسیم های سیلیکنی یا همان سیم های فتونیکی ساخت. ما در این پایان نامه به مطالعه و بررسی روی چنین awgهایی پرداخته ایم. بعد از مطالعه کافی سیستم های سیلیکایی متداول، به عنوان ارائه یک کار نوین، یک awgی 4 کاناله طراحی شده است که به علت بهره بردن از نانو سیم های سیلیکنی مارپیچی و استفاده از چینش مناسب موجبرهای مارپیچی، دارای تراکم خیلی بالا و فاصله کانالی 0.2 نانومتر می باشد که نسبت به نمونه های قبلی خواص بهتری دارد. در مرحله بعدی پایان نامه، رفتار یک awg سیلیکایی در دو باند طول موجی به صورت هم زمان بررسی شده است و نهایتاً توانسته ایم سیستمی را طراحی کنیم که دارای دو طول موج مرکزی می باشد و برخلاف سیستم های متداول قبلی، می تواند در دو باند طول موجی به کار گرفته شود. این awg در یک رژیم دارای 16 کانال و در رژیم دیگر دارای 27 کانال می باشد. با الهام از بخش قبلی سعی شده است، awgی فوق متراکمی با استفاده از نانوسیم ها طراحی شود که قابلیت عملکرد در دو باند را داشته باشد که توانسته ایم یک سیستم با دو رژیم کاری 4 کاناله و 7 کاناله ارائه کنیم. در مرحله نهایی این پایان نامه سعی شده است، تأثیر هندسه نانوسیم سیلیکنی روی عملکرد جداکننده طول موجی مورد بررسی قرار گیرد. به همین منظور نانوسیم هایی با شکل های سطوح مقطع گوناگون در نظر گرفته شده است و بعد از محاسبه مد اصلی، ضریب شکست موثر و اتلافات خمشی برای آن ها و بررسی رفتار کوپل شدگی اشان، از آن ها در طراحی awg استفاده کرده ایم. نهایتاً با توجه به شبیه سازی هایی که توسط روش های مختلف تفاضل محدود انتشار پرتو نوری صورت گرفته، مشاهده شده است که awgهای دارای موجبرهای با سطوح مقطع به ترتیب، مستطیلی، گنبدی و ذوزنقه ای شکل، جوابدهی طیفی بهتری نسبت به سایر سیستم ها دارند. در تمامی مراحل شبیه سازی این پایان نامه، اعم از بررسی رفتار نور در داخل سیستم مورد نظر، مطالعه نحوه انتشار آن در شرایط گوناگون و نیز محاسبه مدهای اصلی و ضرایب شکست موثر برای موجبرها از روش تفاضل محدود انتشار پرتو نوری بهره جسته ایم.

انتشار باریکه ضعیف کاوشگر در سیستم های لایه ای دی الکتریک شامل اتم های ناخالصی مورد بررسی قرار می گیرد. کنترل همدوس خواص پاشندگی و جذب اتم های ناخالصی، ضریب دی-الکتریک موثر سیستم لایه ای را متأثر می سازد. از این طریق امکان کنترل فعال و تمام نوری عبور، بازتاب، جذب و نیز سرعت انتشار نور کاوشگر در داخل ساختار لایه ای فراهم شده است. از دو نوع از اتم های سه ترازی یعنی -شکل و آبشاری جهت آلایش لایه ها استفاده نموده ایم. با اعمال دمش غیرهمدوس و نیز یک میدان نوری تزویج کننده به بلور فوتونی یک بعدی، پذیرفتاری اتم های ناخالصی آبشاری و در نتیجه ضریب دی الکتریک موثر محیط کنترل می شود. وجود پدیده تداخل کوانتومی در اتم های ناخالصی باعث می شود تا بتوان به صورت تمام نوری و با استفاده از پارامترهای کنترل کننده خواص انتشاری پرتو کاوشگر عبوری از سیستم لایه ای را کنترل نمود. بدین ترتیب با انتخاب مناسب فاز نسبی بین میدان های اعمالی زمان تأخیر نور عبوری و بازتابی کنترل می گردد. از این طریق می توان به عبور و بازتاب هم زمان فروسرعت دست یافت. در سیستم پیشنهاد شده نور عبوری نه تنها تقویت می شود، بلکه سوئیچ پذیری مقدار عبور در بازه وسیعی رخ می دهد. این پدیده ناشی از دو عامل می تواند باشد، اول ساختار هندسی سیستم که منجر به تشدیدهای براگ می گردد و دوم به دلیل ماهیت اتم های ناخالصی که خاصیت تقویت نوری از خود نشان می دهند. بدیهی است که ماهیت این تقویت از نوع تقویت بدون وارونی جمعیت است که در فرایند های لیزرزایی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. علاوه بر این زمان سوئیچ زنی از حالت جذب به بهره (و برعکس) نیز تخمین زده شده است. در ادامه با توجه به گسترش روز افزون مطالعات در زمینه مواد با ضریب شکست منفی (فراماده)، مطالعه این پایان نامه بر روی کنترل انتشار موج الکترومغناطیسی در بره فراماده جفت-منفی متمرکز شده است. این عمل با وارد کردن اتم های -شکل به بره میسر شده است. بر اساس کنترل همدوس بره فراماده آلاییده، یک سوئیچ تمام نوری برای ضریب شکست معرفی گردیده است. با تنظیم خواص جذبی اتم های ناخالصی، کنترل همدوس اتلاف کلی بره فراماده امکان پذیر شده است. از این طریق ضریب شکست بره را با استفاده از فاز نسبی میدان های اعمالی از مثبت به منفی (و بالعکس) می توان کنترل کرد. در خاتمه کنترل فازی سرعت گروه از فراسرعت به فروسرعت (و بالعکس) برای باریکه عبوری و بازتابی از بره فراماده جفت-منفی در حضور تداخل کوانتومی مورد بحث قرار گرفته است. اهمیت این پایان نامه در این است که کنترل نور در حضور فراماده به صورت فعال و تمام نوری انجام شده است؛ بنابراین نیازی به تغییر ساختار فیزیکی ماده نیست.

جابجایی گوس-هانشن در حقیقت به جابجایی عرضی موج نوری که از سطح مقطع دو محیط با ضریب شکست مختلف بازتابش کلی یافته است اطلاق می شود. جابجایی گوس-هانشن در مورد محاسبات مربوط به عمق نفوذ میدان نوری به بیرون موجبر اپتیکی یک کمیت بسیار مهم است که باید لحاظ گردد. این جابجایی یک پدیده ی کلاسیکی است و بدان سبب که می توان این جابجایی میدان کاوشگر را با اعمال یک میدان کنترلی خارجی و بدون دستکاری محیط اتمی مورد مطالعه، کنترل نمود مورد توجه ما در این پایان نامه است. نشان داده شده است که پرتو انعکاسی و عبوری از یک لایه ی دی الکتریک نسبت به پرتو تابیده شده دچار جابجایی عرضی می گردد. این پدیده دارای اهمیت زیادی در مدارهای مجتمع نوری و سیستم های مخابرات نوری می باشد. در این پروژه ی تحقیقاتی قصد داریم تا امکان کنترل این پدیده را از طریق آلایش اتم های ناخالصی به محیط انتشاری نور کنترل نماییم. اساس این طرح کنترل همدوس اتم های اعمال شده به محیط با استفاده از راهکارهای اپتیک کوانتومی می باشد. در نظر داریم از طریق تمام نوری و با استفاده از پدیده های اپتیک کوانتومی میزان جابجایی گوس-هانشن را کنترل نماییم

کنترل انتشار نور در ساختارهای دی الکتریک لایه ای همواره مورد توجه محققین بوده است. این امر ناشی از قابلیت های فراوان این سیستم ها در کاربردهای گوناگون و وسیع در حیطه نورشناسی می باشد. مزیت اصلی سیستم لایه دی الکتریک نسبت به محیط اتمی قابلیت کاربرد آن در مطالعه انتشار نور در باند گاف بلور فوتونی است. تا به حال روش های گوناگونی برای کنترل رفتار انتشاری نور در داخل این سیستم ها ارائه شده است. برای نمونه می توان به کنترل الکتریکی، آکوستیکی، اپتیکی و نیز کنترل از طریق طراحی هندسی اشاره کرد. خواص انتشاری نور در یک سیستم لایه ای شامل سرعت گروه، جذب، پاشندگی، بازتاب و عبور می باشد. با توجه به اهمیت روش های تمام نوری برای کنترل خواص انتشاری، می توان از پدیده های همدوس برای کنترل جذب و پاشندگی در بلور فوتونی یک بعدی استفاده کرد. با توجه به وابستگی تمامی خواص نور به پذیرفتاری دی الکتریک، از این طریق می توان انتشار نور کاوشگر را از طریق میزان جذب و پاشندگی در سیستم لایه ای به صورت تمام نوری کنترل نمود. بدیهی است که حین این فرایند می توان با بهینه سازی ضخامت لایه ها کنترل پذیری انتشار نور در این سیستم ها را نیز ارتقا داد. رفتار حالت پایا و دینامیکی طیف جذبی و پاشندگی می تواند اطلاعات مفیدی در میزان کنترل پذیری سرعت گروه بدست دهد که موضوع اساسیِ این پروژه است. همچنین، پارامتر های موثر بر دینامیک و حالت پایای جذب و پاشندگی در این پروژه مورد بحث قرارخواهد گرفت. کنترل تمام نوری انتشار نور در بلورهای فوتونی یک بعدی در زمینه های گوناگون فوتونیک از قبیل سوئیچ های تمام نوری فعال، بلورهای فوتونی یک بعدی، لیزرهای کاواک نیم رسانا، آینه های عبوری و بازتابی براگ، تقسیم-کننده های توان و ... دارای کاربرد می باشند.