کاواک های بلور فوتونیک کاربرد های زیادی در صنعت اپتوالکترونیک دارند. این کاواک ها از ایجاد نقص در ساختار دوره ای بلور های فوتونیک به وجود می آیند. کاواک ها با تغییر پارامترهای فیزیکی نقص خواص اپتیکی متفاوتی از خود نشان می دهند. در این پایان نامه، به مطالعه ی کاواک های بلور فوتونیک می پردازیم. با استفاده از روش شبیه سازی المان متناهی کاواک بلور فوتونیک با نقص های مختلف را مدل سازی کرده و تأثیر کاربرد آن، در تعدادی از وسایل اپتوالکترونیک از قبیل لیزر، حسگر و دیودهای گسیل کننده نور را بررسی می کنیم. با بررسی نمودار های شدت میدان برای تعدادی از این کاواک ها می توان یافت که با تغییر هندسه ی نقص در کاواک ها می توان به نوسانات لیزری با شدت بیشتر و آستانه ی پایین تر دست یافت. برتری لیزر های بلور-فوتونیک ناشی از حجم موثر کوچک، نوسانات کاواک و محدودیت قوی اپتیکی آن ها است. کاواک لیزر با این مشخصات می تواند آستانه پایین، سیگنال با خطای کم و اتلاف های پایینی را داشته باشد. شبیه سازی کاواک بلور فوتونیک با نقص چند حفره ای به منظور افزایش مساحت صفحه نقص ارائه می گردد. برای مطالعه ی حساسیت وسایل، رابطه ی بین اندازه ناحیه نقص چند حفره ای با بسامد تشدید، فاکتور کیفیت و تغییرات کوچک در ثابت دی الکتریک حفره های نقص نشان داده می شود. با افزایش شعاع موثر حفره های نقص، به واسطه بر هم کنش قوی بین مد تشدید کاواک و بیو مولکول ها، می توان به حساسیت بالاتری دست یافت. همچنین با تغییر شعاع حفره های نقص و فضای بین آن ها می توانیم حساسیت و فاکتورکیفیت کاواک را اصلاح کنیم. مزایای ساخت دیودهای گسیل کننده نور به وسیله کاواک ها ی بلور فوتونیک نسبت به دیود های معمولی بررسی می گردد. بدین منظور تأثیر فاکتور کیفیت کاواک ها روی دیودهای گسیل کننده نور مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. از آنجا یی که کاواک های با فاکتور کیفیت بالا میزان گسیل خود به خودی را افزایش می-دهند، درخشندگی دیودهای گسیل کننده نور با افزایش فاکتور کیفیت کاواک افزایش می یابد. در این پژوهش، تأثیر تغییر ضریب شکست ماده زمینه روی فاکتور کیفیت بررسی شده است. با تغییر ضریب شکست ماده دی-الکتریک زمینه بلور فوتونیک، فاکتور کیفیت کاواک محاسبه و مقایسه شده است.

در این پایان نامه به معرفی یکی از ابزارهای مهم اپتیکی یعنی بلورهای فوتونیک می پردازیم. خواص، مزیتها و ابزارهای این بلورها را مورد بررسی قرار داده و انواع نقص را مورد بحث و بررسی قرار می دهیم. سپس به ذکر موارد کاربرد و نحوه عمل هر کدام از ابزارهای بلور فوتونیک می پردازیم. به طور عمده بر روی ترکیب و اصطلاحا جفت شدگی کاواک با موجبر متمرکز شده و شیوه تشکیل فیلترهای بسامدی را معرفی کرده و خواص اپتیکی این فیلترها را براساس روش نظریه مد جفت شده گذرا و روش عددی المان متناهی مورد مطالعه قرار می دهیم. این فیلترها در بسامد تشدید کاواک مقدار عبور تقریبا یک را نشان داده و برای بقیه بسامدها عبور را تقریبا به صفر می رسانند. سپس خواص کاواک های بلور فوتونیک را برای کاربرد در ساختار لیزر بلور فوتونیک بررسی کرده و به شبیه سازی اینگونه کاواکها جهت کاربرد در لیزر می پردازیم. فاکتور کیفیت بالا مربوط به این کاواکها و ابعاد مینیاتوری آنها باعث ایجاد لیزینگ بهینه، کم اتلاف و با بازده بالا خواهد شد.

بلورهای فوتونیک مغناطیسی گروهی از بلورهای فوتونیک هستند که تحت تأثیر میدان مغناطیسی خواص مغناطواپتیکی قابل توجهی از خود نشان می دهند. در این ساختارها، علاوه بر کنترل خواص اپتیکی، قابلیت کنترل و بهبود خواص مغناطواپتیکی نیز وجود دارد. دوران فارادی یا چرخش صفحه ی قطبش امواج الکترومغناطیسی، از جمله خواص مغناطواپتیکی است که به طور گسترده ای در سیستم های مخابرات نوری کاربرد دارد. ایزولاتورهای نوری، انتشاردهنده های دورانی و تعدیل کننده های نوری، از ابزارهای به کاررفته در سیستم های مخابرات نوری و پردازش داده می باشند که تحت اثر دوران فارادی کار می کنند. در این پژوهش، بلور فوتونیک مغناطیسی یک بعدی و دوبعدی برای کاربرد در ابزارهای مغناطواپتیکی بر پایه ی اثر فارادی مورد تحلیل قرار می گیرند. به این منظور، برخی مدل های بلور فوتونیک مغناطیسی یک و دوبعدی بر پایه ی خواص اپتیکی ناهمسانگرد تانسوری شبیه سازی شده و پارامترهای ساختاری و اپتیکی آن ها بهینه می گردد؛ سپس میزان عبور امواج و دوران فارادی در آن ها محاسبه و تحلیل می گردد. هم چنین با تعبیه ی نقص در ساختارهای متناوب، بهبود میزان عبور و دوران فارادی در آن ها ناشی از برانگیخته شدن مد های تشدید بررسی می شود. از سوی دیگر تأثیر عواملی هم چون تغییر نوع ماده ی به کار رفته در ساختار تناوبی یا تغییر هندسه و نوع نقص بر خواص اپتیکی و مغناطواپتیکی نیز بررسی و مورد تحلیل قرار می گیرد

سوخت های فسیلی به دلیل محدود بودن روزی به پایان می رسند و استفاده از آنها باعث آلودگی های زیست محیطی و گرم شدن کره زمین می شود، از این رو تمایل به استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر و ارزان روبه فزونی است. در این میان انرژی خورشید یکی از مهم ترین منابع انرژی جایگزین است. سلول های خورشیدی با استفاده از اثر فوتوولتایی، انرژی نورانی خورشید را جذب و مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. بازده سلول های خورشیدی متداول در بازار که از سیلسیم ویفری ساخته شده اند، در محدوده 20 درصد می باشد یعنی 20 درصد از کل انرژی خورشیدی رسیده به سطح آن به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. عوامل متعددی در این اتلاف انرژی دخالت دارند. از مهم ترین آنها می توان به انعکاس و خروج نور از سطح سلول خورشیدی اشاره کرد. با استفاده از یک لایه شفاف با ضخامت و ضریب شکست مناسب بر روی سطح بالایی سلول خورشیدی به عنوان پوشش، می توان میزان انعکاس را در طول موج های خاصی کاهش داد که به آن لایه ضد انعکاس گفته می شود. از آنجا که ضریب جذب سیلسیم برای نور با طول موج های بلند کم است، باید چندین بار از درون لایه سیلسیم عبور کنند تا جذب گردند. تقریباً 30 درصد انرژی خورشیدی قابل بهره-برداری در این نوع سلول ها، در این محدوده قرار دارد. بنابراین طرحی برای به دام اندازی این ناحیه از انرژی خورشیدی، بسیار مفید خواهد بود. امروزه استفاده از بلورهای فوتونیک درون سلول خورشیدی به منظور پراکندگی نور تحت زوایای مایل و افزایش طول مسیری که نور درون سلول خورشیدی می پیماید، مورد بررسی و در حال تحقیق است. بلورهای فوتونیک دارای ساختار متناوب از مواد در اندازه نانو هستند و طراحی شده اند تا حرکت فوتون ها را درون ماده تحت تأثیر قرار دهند. مانند کاری که بلورهای نیم رسانا با الکترون ها انجام می دهند. ما در این کار به بررسی اثر لایه ضد انعکاس بر میزان انعکاس از سطح سلول پرداخته، سپس چندین نوع بلور فوتونیک یک بعدی را مورد استفاده قرار داده و اثر آن را بر میزان جذب درون سلول خورشیدی و در نتیجه بر بهره سلول خورشیدی بررسی می کنیم.

در این پایان نامه با بهره گیری از پدیده های اپتیکی شامل پدیده فابری-پرو، پلاسمون سطحی، پلاسمون سطحی جایگزیده، پراکندگی، پراش و مدهای موجبری، ساختارهای گوناگون نانوپلاسمونیکی را به منظور افزایش بهره ی سلول های خورشیدی طراحی و مورد مطالعه قرار می دهیم. بدین منظور، ابتدا آرایه ای متناوب از نانومیله های پلاسمونیکی را بر روی سطح سلول قرار داده و نشان می دهیم که با انتخاب مناسب پارامترهای تاثیرگذار از جمله ضخامت، ارتفاع، دوره تناوب و هندسه ی نانومیله ها، جذب نور توسط سلول در حدود 60 درصد افزایش می یابد. سپس، به منظور تنظیم بسامد تشدید پلاسمون سطحی نانومیله های پلاسمونیکی در محدوده ی دلخواه، آرایه ای متناوب از نانومیله های جفت شده را بر روی سطح سلول قرار می دهیم و تاثیر ساختار ارائه شده بر افزایش بهره ی سلول را مورد بررسی قرار می دهیم. در گام بعد، آرایه ای متناوب از نانومیله های دی الکتریک را بر روی سطح قرار می دهیم. نانومیله های دی الکتریک با هدایت بخش عمده ای از نور فرودی به سمت سلول، جذب درون سلول را در حدود 90 درصد افزایش می دهند. به منظور استفاده بهینه از خاصیت پلاسمون سطحی و پلاسمون سطحی جایگزیده نانومیله های پلاسمونیکی، آن ها را در انتهای سلول قرار می دهیم. در این حالت جذب درون سلول در حدود 80 درصد افزایش می یابد. در نهایت به منظور بهره گیری از تمام پدیده های اپتیکی بررسی شده، ساختاری را مورد مطالعه قرار می دهیم که شامل آرایه ای از نانومیله های دی الکتریک از جنس سیلیکون بر روی سطح و آرایه ای از نانومیله های پلاسمونیک از جنس نقره در انتهای سلول می باشد. تاثیر نظم و بی نظمی نانومیله ها را بر افزایش جذب درون سلول مورد بررسی قرار می دهیم. بررسی تاثیر پارامترهای تاثیرگذار و مطالعه برهم کنش نور با چنین ساختارهایی به طور تحلیلی امکان پذیر نمی باشد و باید از تکنیک های محاسباتی استفاده شود. برای این منظور، از روش تفاضل-متناهی دامنه-زمان fdtd به دلیل توانایی حل معادلات ماکسول در دامنه ی زمان برای ساختارهای پیچیده با ابعاد و شکل دلخواه استفاده می کنیم.

بلورهای فوتونیک ساختارهای متناوب از مواد دی¬الکتریکی¬اندکه مهم¬ترین مشخصه¬ی آن¬ها داشتن گاف نواری فوتونیک است. فرمول¬بندی و روابط فیزیکی مربوط به بلورهای فوتونیک، امواج بلوخ، تقارن¬ها، نقص در بلورهای فوتونیک و ... معرفی می¬گردد. بلورهای فوتونیک مغناطیسی، نوعی از بلورهای فوتونیک¬اند که در آن¬ها اجزای مغناطیسی در کنار مواد دی¬الکتریکی قرار داده می¬شود و با به¬کاربردن میدان مغناطیسی خارجی، خاصیت مغناطش مواد مغناطیسی فعال می¬شود. در این پایان¬نامه، بلور فوتونیک یک بعدی (ساختار بس¬لایه¬ای) مورد بررسی قرار می¬گیرد. ساختارهای بس¬لایه به ساختارهایی گفته می¬شود که در آن¬ها لایه¬های نازک مواد در کنار هم رشد داده می¬شوند. دستگاه¬های مغناطواپتیکی اکثراً شامل سیستم¬های بس¬لایه است. وقتی نور از این ساختارها عبور می¬کند، انتقال آن با مجموع تأثیر چند اثر مغناطواپتیکی تحلیل می¬شود. دوران فارادی مهم¬ترین خاصیت مغناطواپتیکی است که در رابطه با مواد مغناطیسی مطرح می¬شود و به معنای تغییر جهت صفحه¬ی قطبش امواج الکترومغناطیسی است که از محیطی مغناطیده عبور کرده¬اند و ناشی از تغییر ضریب شکست ماده در جهت¬های مختلف در اثر مغناطش است. پس از معرفی بلورهای فوتونیک مغناطیسی بس¬لایه¬ای و روش¬های یافتن دوران فارادی در آن¬ها، شبیه¬سازی این ساختارها در بسته¬ی نرم¬افزاری comsol multiphysics 4.3 انجام می¬شود. این شبیه¬سازی¬ها به منظور یافتن دوران فارادی در بلور فوتونیک مغناطیسی بس-لایه¬ای است. سپس در ساختار بس¬لایه¬ای، با تغییر ضخامت لایه مرکزی نقص به¬وجود آورده می¬شود و اثر آن در تغییرات دوران فارادی اندازه¬گیری می¬شود. در پایان تغییر ضخامت نقص و تغییر مکان آن در حالت¬های مختلف بررسی می¬شود و اثرات آن در تغییرات منحنی دوران فارادی دیده می¬شود.

فرامواد یا شبه مواد ساختارهایی مصنوعی هستند که گذردهی الکتریکی و/یا تراوایی مغناطیسی منفی دارند. بلوک های پایه ساختمان فرامواد، اتم های واقعی نیستند بلکه ساختارهای دوره ای مصنوعی ساخته شده با ثابت شبکه ای کوچکتر از طول-موج تابش فرودی هستند. لذا خصوصیات این مواد می تواند با طراحی بلوک های ساختمان آن ها کنترل شود. این بلوک ها می-توانند به شکل های بسیار مختلفی باشند. معمول ترین آن ها تشدیدگرهای حلقه مجزا می باشد. یک ساختار تشدیدگر حلقه مجزا می تواند متناظر با یک مدار lc باشد. بنابراین بسامد تشدید lc را می توان با پارامترهای ساختار تشدیدگر حلقه مجزا جایگزین کرده و تشدید lc را در این ساختارها مشاهده کرد. این پایان نامه بر شبیه سازی ساختار تشدیدگر حلقه مجزا متشکل از طلا بر زیرلایه ای از شیشه سیلیکا، برای مشاهده تشدید lc، در یک بازه فرکانسی خاص تأکید می کند. به دلیل این-که تراوایی مغناطیسی منفی موثر در اطراف بسامد تشدید مغناطیسی امکان پذیر است، لذا در این پایان نامه شبیه سازی تشدیدگرهای حلقه مجزا، هم به شکل منفرد و هم به صورت آرایه برای مشاهده تشدید، با بسته نرم افزاری comsol multiphysics 4.3که بر پایه روش المان متناهی استوار است، انجام می شود. پس از آن میزان عبور باتغییر پارامترهای مختلف مانند طول تشدیدگرها، فاصله تشدیدگرها در ساختار های دوره ای و ... محاسبه می شود. علاوه بر این-ها، اثرات ناشی از تغییر پارامترهای هندسی ساختار مانند گاف موجود در تشدیدگر بر بسامد تشدید بررسی می شود. علاوه بر شبیه سازی تشدیدگرهای حلقه مجزا، پدیده شکست منفی و بلور فوتونیک یک بعدی متشکل از لایه های ابررسانا/دی-الکتریک شبیه سازی و بررسی می شوند.

در دهه های اخیر نیاز بشر به دستیابی سرعت ها و ظرفیت های بالاتر باعث گردیده است که محققان توجه خود را به ابزارهایی بسیار کوچکتر و سریع تر از قطعات الکترونیکی رایج معطوف نمایند. این امر موجب شده است که مطالعات گسترده ای در ابعاد نانو، بر روی بلورهای فوتونیک انجام گیرد. این گونه از بلورهای فوتونیکی به دلیل خواص منحصر به فرد و پتانسیل بالا در اپتوالکترونیک، جهت کاربرد در مخابرات، فناوری اطلاعات، علوم پزشکی، صنایع نظامی و غیره مورد توجه قرار گرفته اند. استفاده از بلورهای فوتونیک در ساخت قسمت های اصلی ابزارهای فوتونیکی، انقلاب بزرگی در فناوری کنترل نور به همراه داشته است. تلاش های فراوانی صورت گرفته است تا بتوان راه ها و روش هایی پیدا کرد که بوسیله آن ها از بلور فوتونیک در بازتاب و یا به دام انداختن نور استفاده نمود. این امر موجب شکل گیری آینه ها، موجبرها، کاواک ها، فیلترها، لیزرها و ... شده است. همچنین این امکان وجود دارد که بتوان با ترکیب این ابزارها، کنترل و هدایت بهتری از نور را به کار گرفت. برای مثال فیلترها که نور را با بسامد مشخصی عبور می دهند و خمیدگی ها که نور را در اطراف زاویه های تند هدایت می کنند و یا جداکننده ها که یک موجبر را به دو موجبر تقسیم می-نمایند. همچنین led ها تأثیر شگرفی بر روی صنعت برق، هم از لحاظ روشنایی و به ویژه کاهش مصرف انرژی در سال های اخیر داشته اند. برای دست یابی به led های بهینه، بلورهای فوتونیک یکی از گزینه های مناسب می باشند و بدین منظور نیاز است تمامی جوانب بلورهای فوتونیک در نظر گرفته شوند که این تحقیق به این موضوع پرداخته است. در این تحقیق برای سادگی، بیشتر نمونه هایی که ذکر می شود در دوبعد مورد بررسی قرار می-گیرند. چرا که نیاز به منابع کامپیوتری، شبیه سازی در سه بعد را پیچیده می کند و در نتیجه به زمان بسیار بیشتری احتیاج است و در بعضی مواقع امکان پذیر بر روی کامپیوترهای شخصی نمی باشند. اما استفاده از بلورهای فوتونیک دوبعدی نیاز به زمان کوتاه تری دارد. یکی از کاربردهای بلورهای فوتونیک دوبعدی، مته کاری موجبر در آبکاری فلزی است. این امر منجر به اتلاف های خارج از صفحه می گردد. مته کاری این حفره های هوا باعث اتلاف به سوی هوا و به سوی لایه زیرین می-شود. احتساب این اتلاف ها به ما اجازه خواهد داد که بره موجبر بلور فوتونیک دوبعدی را در نظر بگیریم. جایی که اتلاف های خارج از صفحه با در نظر گرفتن ضریب گذردهی به حفره ها مدل-سازی می شوند و بر این اساس مدل سازی های سه بعدی بره های بلور فوتونیک به دوبعد کاهش می-یابند. قابل ذکر است مدل سازی بره های بلور فوتونیک در دو بعد یک روش مفید و کارآمد در استخراج نور در led های صفحه ای است. بلورهای فوتونیک متمایل به برهم کنش با نور هدایت شده که کسر مهمی از نور تلف شده در ledهای معمولی را تشکیل می دهد، می باشند و از این رو منبع مهمی برای استخراج نور محسوب می شوند. در حالت کلی از روش های متفاوتی از بلورهای فوتونیک در بالا بردن بهره led ها استفاده می شود. برای آن که led ها رقیب تمام منبع های نوری سنتی شوند لازم است تمام کارآیی های آن ها بهینه شود که بلورهای فوتونیک یکی از گزینه های مناسب در جهت رسیدن به این مهم هستند

تب خونریزی دهنده کریمه کنگو crimean –congo haemorrhagic fever (cchf) بیماری حاد ویروسی مشترک بین انسان و دام با میزان مرگ و میر بین 50-5 % می باشد. ویروس عامل این بیماری یکی از مهمترین آربوویروس ها ، از خانواده بونیاویریده و از جنس نایروویروس است که تا کنون از بیش از 30 کشور دنیا گزارش شده است. این ویروس بر اثر گزش کنه و یا تماس مستقیم با امعاء واحشاء دامهای آلوده و یا تماس با خون و ترشحات بدن بیمار به شخص سالم انتقال می یابد. مکانیسم بیماریزایی این ویروس هنوز به خوبی شناخته نشده است. دانشمندان فرضیاتی را مطرح می کنند مبنی بر این که بیماری، ناشی از آسیب مستقیم به بافت آلوده شده با ویروس و بطور همزمان تأثیر غیر مستقیم پاسخ ایمنی بدن میزبان شامل سیتوکین ها باشد. نقش سیتوکین های التهابی مانند il-1?، il-6 و tnf-? و سیتوکین مهاری il-10 در بروز علائم بیماری حیاتی می باشد. به منظور بررسی بیشتر تأثیر سیتوکین ها، پاسخ آنتی بادی های اختصاصی و بار ویروسی بر شدت بروز علائم بیماری سرم 30 بیمار که ابتلای آنها به این بیماری توسط آزمایشگاه مرجع کشوری آربوویروس ها و تب های هموراژیک ویروسی انستیتو پاستور ایران تأیید شده بود، وارد مطالعه شدند. در این مطالعه با استفاده از تکنیک های بسیار حساس و اختصاصی elisa و quantitative real-time rt-pcr سطح سرمی اینترلوکین ها و میزان بار ویروسی موجود درسرم افراد بیمار اندازه گیری شدند. نتایج حاصل از این پژوهش ارتباط مستقیم بین بار ویروسی و شدت بروز علائم بیماری را قویاً نشان می دهد. بطوری که میانگین بار ویروسی در بیماران منجر به فوت از زنده مانده ها بمراتب بالاتر گزارش شد (p value < 0.05). همینطور واکنش آنتی بادی اختصاصی در بیمارن منجر به فوت بسیار ضعیف بوده و یا اصلاً وجود نداشته است، تا حدی که با روش elisa قابل تشخیص نبوده و منفی گزارش شده اند، این در حالی است که در بیماران بهبود یافته پاسخ آنتی بادی قوی تر گزارش شده است. سطح سرمی il-10 و tnf-? در گروه بیماران منجر به فوت، بالاتر دیده شد و به علاوه ارتباط مستقیم و خطی بین بار ویروسی و سطح این اینترلوکین ها مشاهده شده است. مطالعه حاضر بر این مسأله تاکید دارد که شدت بروز علائم در بیماری تب خونریزی دهنده کریمه کنگو با شدت پاسخ ایمنی بدن میزبان مرتبط است که این خود به میزان بار ویروسی در سرم بیمار بستگی دارد، بر این اساس فرضیه ای مطرح می شود که سطح بالای il-10 در بیماران با تأثیر ضد التهابی سبب به تأخیر افتادن واکنش اختصاصی ایمنی و در نتیجه بالا رفتن بار ویروس در بدن می شود، و این به نوبه خود سبب شدت بخشیدن به پاسخ های ایمنی بعدی می شود و این شدت پاسخ ایمنی شدت بروز علائم را سبب می شود.

در این طرح با بررسی و محاسبه دقیق بهره پراکندگی نانوپوسته، طول موج تشدید پلاسمونی جایگزیده مشخص شده و تاثیر پارامتر¬های مختلف از نانوپوسته بر آنها نشان داده می¬شود. علاوه بر این، وجود نانوپوسته در کنار یک گسیل کننده تغییراتی در محیط الکترومغناطیسی موضعی اطراف گسیل کننده ایجاد می¬کند که گسیل خودبه¬خودی گسیل کننده را تحت تاثیر قرار می¬دهد. بنابراین در این طرح نرخ واپاشی تابشی در مجاورت نانوپوسته پلاسمونیکی محاسبه شده و تغییرات آن در اثر تغییرات پارامتر¬های مختلف از نانوپوسته به طور دقیق مورد بحث و بررسی قرار می¬گیرد. شعاع هسته نانوپوسته، ضخامت پوسته، جنس هسته، پوسته و محیط میزبان نانوپوسته، فاصله گسیل کننده تا نانوپوسته و راستای قرار گیری گشتاور دوقطبی گسیل کننده از جمله پارامترهایی هستند که تاثیر آن بر بهره پراکندگی و نرخ واپاشی تابشی نشان داده می¬شود. سپس با کمک نتایج به دست آمده، به منظور افزایش فلوئورسانس در یک فلوئورفور مشخص شده که ممکن است از احتمال برانگیختگی یا احتمال گسیل خودبه¬خودی پایینی برخوردار باشد، مقدار بهینه¬ی پارامترهای مختلف یک نانوپوسته، تعیین می¬شود.

گرافن ماده ی کربنی به ضخامت اتمی در شبکه ای لانه زنبوری از اتم های کربن است که با پیوند sp2 به هم متصل شده اند. گرافن گاف نواری صفر دارد و برای کاربردهای الکتریکی مناسب نیست. یکی از راه های ایجاد گاف نواری در گرافن هالیددارکردن آن می باشد. در این پایان نامه با استفاده از هالوژن های مختلف فلوئور، کلر و برم گرافن را هالوژن دار کرده و پایداری هالیدهای گرافن فلوروگرافن، کلروگرافن و برموگرافن را مورد بررسی قرار می دهیم. در این تحقیق مولکول های سه حلقه ای و شش حلقه ای فلوروگرافن، کلروگرافن و برموگرافن مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی این مولکول ها با استفاده از نرم افزار گاوسین 9 انجام گرفته است. برای بهینه کردن مولکول ها از روش نظریه ی تابعی چگالی استفاده شده است. کلیه ی شبیه سازی ها با استفاده از تابع-پایه ی b3lyp و مجموعه پایه ی 6-31g انجام گرفته است. بررسی پایداری مولکول ها با استفاده از هفت کمیت انرژی کل سیستم، گشتاوردوقطبی، قطبش پذیری، سختی، اختلاف انرژی بین سطوح اوربیتال های مولکولی هومو و لومو، انرژی یونیزاسیون و الکترون خواهی انجام گرفته و در نهایت هالیدهای گرافن شبیه سازی شده از نظر پایداری با یکدیگر مقایسه شده اند.

چکیده گرافن، یک لایه از گرافیت به ضخامت یک اتم است که اتم های کربن آن یک شبکه ی دو بعدی لانه زنبوری تشکیل داده اند. در این پژوهش، گروه های مختلف گرافن با تعداد اتم های کربن و هیدروژن متفاوت، به صورت-های ساده، لبه هیدروژنه و تمام هیدروژنه با لبه های زیگزاگ در دو چیدمان دایروی و راست گوشه، با نرم افزار محاسباتی گوسین، به روش نظریه تابعی چگالی، با پایه های b3lyp/3-21g، b3lyp/6-31g و b3lyp/6-311g، مورد شبیه سازی و محاسبه و بررسی قرار گرفته است، مشاهده می شود که انرژی تشکیل ساختار با افزودن حلقه های بنزنی به مولکول گرافن، افزایش می یابد. در نتیجه، ساختار پایدارتری بدست می آید و گاف نواری کاهش می یابد. همچنین، پایداری در مولکول های راست گوشه بیشتر از مولکول های دایروی به چشم می-خورد. علاوه بر این، گاف نواری در چیدمان دایروی گسترده تر است. در عین حال، گشتاور دوقطبی برای مولکول تمام هیدروژنه کمتر از گشتاور دوقطبی مولکول لبه هیدروژنه بدست آمد. در ضمن، با گسترش ساختار، انرژی فرمی، افزایش می یابد. در ادامه ی محاسبات، با اعمال نقص بر ساختارهای گرافن، پایداری کم می شود و چگالی حالت ها نیز کاهش می یابد. با حذف تعداد اتم های یکسان از ساختار، تغییر چندانی بر چگالی حالت و تراز فرمی ساختار، ایجاد نمی شود جز این که هر چه جایگاه اتم حذف شده به مرکز ساختار نزدیک تر باشد، ساختار حاصل، پایدارتر خواهد بود.

روش نیمه تحلیلی چندقطبی چندگانه (gmt) به عنوان روشی قدرتمند و دقیق در بررسی برهم کنش امواج الکترومغناطیس با ماده زیر حد پراش مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی میدان پراکنده شده از میکرواستوانه های دی الکتریک و نانوآنتن های پلاسمونیکی، با به کارگیری دو روش تحلیلی می و می تعمیم یافته و روش نیمه تحلیلی gmt، در matlab کدنویسی شده است. به منظور اعتبارسنجی، نتایج حاصل از روش های تحلیلی می و می تعمیم یافته با روش نیمه تحلیلی gmt مقایسه شد. هم خوانی بالای نتایج، نشان از دقت روش gmt در بررسی این گونه مسائل الکترودینامیکی می باشد. در گام بعد، تاثیر انواع کمیت های فیزیکی از جمله جنس، اندازه، هندسه و ضریب شکست محیط پس زمینه بر روی خواص اپتیکی نانوآنتن ها بررسی و تحلیل می گردد. در نهایت، الگوریتم ژنتیک به عنوان یک روش مناسب جهت بهینه سازی نانو ساختارهای پلاسمونیک و پوشش های ضد بازتاب لایه نازک مورد بحث و بررسی قرار گرفته و با کمک نرم افزار matlab کدنویسی شده است.

بخش عمده ی انرژی جهان توسط انرژی فسیلی تامین می شود. با توجه تجدیدناپذیر بودن سوخت های فسیلی، منابع انرژی تجدید پذیر مورد توجه قرار گرفته اند. انرژی خورشیدی یک منبع بدون آلودگی و تمام نشدنی در بین منابع انرژی تجدید پذیر است. سلول های خورشیدی ابزارهای هستند که نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. بخش عمده ای از انرژی خورشیدی که در ناحیه فروسرخ به سطح سلول می رسد توسط سلول جذب نمی شود و از آن عبور می کند. به منظور افزایش جذب فوتون توسط سلول خورشیدی در ناحیه فروسرخ و کاهش اتلاف درآن، لایه مبدل بالا را در انتهای سلول پیشنهاد می دهیم سپس ساختاری شامل آرایه ای از نانومیله های پلاسمونیکی نقره در درون مبدل بالا قرار می دهیم و با برانگیختگی مد های پلاسمونی، بهره مبدل بالا و در نتیجه بهره سلول را افزایش می دهیم. در این پایان نامه به کمک روش تحلیل دقیق موج جفت شده (rcwa)، میزان افزایش بهره مبدل بالا را مورد بررسی قرار می دهیم.