در این پایان نامه ما عملکرد بلورهای فوتونی و همچنین بازده تبدیل شبه جفت شدگی فازی (qpm) برای بلورهای فوتونی غیرخطی دو بعدی با پنج نوع ساختار غیرخطی دو بعدی تناوبی از جمله شش گوش و مربعی و مستطیلی و مستطیل مرکز دار و ساختار کج برای دو نوع موتیف مستطیلی و دایره ای بررسی می کنیم. در این بررسی به این نتیجه می رسیم که موتیف مستطیلی روی یک بردار شبکه معکوس واحد نسبت به موتیف دایره ای دارای بازده بیشتری است شرط بهینه برای ph-m یک فرآیند تکی موتیف های مستطیلی است که نقاط شبکه مجاور در یک خط متصل ادغام شوند و ساختار به یک ساختار qpm یک بعدی تبدیل می شود. اگر یک موتیف دایره ای انتخاب شود شبکه مستطیلی بهترین انتخاب برای مرتبه ی (0و1) است و شرط بهینه این است که موتیف های دایره ای نقاط شبکه مجاور به یکدیگر متصل شوند. همچنین بلورهای فوتونی غیرخطی سه بعدی بررسی شده و با به دست آوردن معادلات و نمودارهای مربوط به بازده تبدیل qpm برای ساختارهای مختلف با دو نوع موتیف کروی و مکعب مستطیلی ماکزیمم بازده را برای هر ساختار به دست می آوریم و در پایان را برای دو ساختار linbo3 و ktp محاسبه می کنیم.

باتوجه به این که شاخه های جدیدی از علم همچون نانو اپتیک و نانو فوتونیک پدید آمده که به بررسی پدیده های اپتیکی برهم کنش نور – ماده و امکان کنترل نور در ابعاد نانو می پردازند که طی دهه ی گذشته رشد قابل ملاحضه ای داشته است. بنابراین به منظور کنترل وهدایت نور در ابعاد نانو، ابزارهابی فوتونیکی معادل با ابزارهای الکترونیکی موجود از قبیل کاواک، موجبر وغیره با کمک بلورهای فوتونیک ساخته شده اند. دراین حوزه ، به دلیل پیچیدگی در ساختارهای مورد بررسی و میدان های برهم کنش کننده ، اغلب از تکنیک های محاسباتی استفاده می شود. در این پایان نامه تعیین برخی مولفه های انتشار موج به روش fdtd برای موجبر های مدل سازی شده ، انجام شده است. که در آن به بررسی پدیده غیرخطی dfg به منظور تولید امواج thz در موجبرها با حضور gaas و znteپرداخته ایم. با محاسبات انجام شده می توان بازه فرکانسی راکه شرط جورشدگی فاز را در موجبر برقرار می کند دست یافت. در سه مدل موجبر هایی که با حضور gaas هستند، بازه فرکانسی لیزر دمش را بین thz 147تا thz185 بررسی نموده و توانسته ایم برای هر ساختار به طور جداگانه نحوه ی تولید امواج تراهرتز را در فر کانس های مورد نظر بررسی کنیم . همچنین برای ساختاری که در آن از بلور znte استفاده کردیم با بررسی شرط جورشدگی فاز بین بازه ی فرکانسی لیزر دمش که از thz191 تا thz 216 تعریف شده است، توانستیم تولید امواج تراهرتز را در فرکانس thz 1 و thz 3 تا thz 4 بررسی کنیم.

در طول دو دهه ی آخر قرن بیستم پیشرفت های چشمگیری از دستگاه های اپتیکی و فوتونیکی در عرصه ی فن آوری های ارتباطی را شاهد بوده ایم. در حقیقت در آغاز قرن بیست و یکم، رشد نمایی انتقال اطلاعات مبتنی بر رایانه و برنامه های کاربردی اینترنت موجب افزایش تقاضا برای افزایش ظرفیت انتقال (پهنای باند) و کاهش هزینه ها شده اند که این امر تنها با استفاده از فیبرنوری و فنآوری های پیشرفته ی فوتونیکی مرتبط با آن می تواند فراهم آید. در سال های اخیر، شاخه های جدید تر علم مانند نانو فوتونیک، جهت پاسخگویی به نیاز طراحی و ساخت موجبرهایی با بازده بالا و کنترل و هدایت نور در ابعاد نانو بوجود آمده اند. امروزه با توجه به نیاز های فراوان در حوزه ها ی مختلف علوم برای طراحی و تولید قطعات فوتونیکی و اپتوالکترونیکی، استفاده از شبیه سازی پاسخی قابل قبولی را برای کاهش هزینه و استفاده ی بهینه از زمان در طراحی این قطعات می تواند ارائه دهد. طراحی و ساخت چنین موجبرهایی به روشهای محاسباتی نیاز داشته که یکی از بهترین این روش ها، که برای حل عددی معادلات دیفرانسیل موج استفاده می شود، روش تفاضل محدود است. در این تحقیق، پس از معرفی امواج تراهرتز در فصل اول و بیان ویژگی های امواج الکترومغناطیسی در محیط های غیرخطی در فصل دوم، در فصل سوم به معرفی و بیان ویژگی های موجبرهای تراهرتز پرداخته میشود. در فصل چهارم، شرایط تولید موج thz در یک موجبر با ابعاد نانو در یک محیط غیرخطی و با بهره گیری از اپتیک غیرخطی و مهندسی موجبرها بررسی می شود و سپس نحوه ی انتشار امواج دمش و موج تراهرتز توسط روش تفاضل محدود در دامنه ی زمان شبیه سازی می شود.

موجبرهای نوری بازتابی پادتشدیدی arrowاز نوع موجبرهای تک مد با اتلاف تراگسیلی کم می باشند و توانایی محبوس کنندگی و هدایت نور در هسته ای با ضریب شکست کمتر را دارند، لذا در طراحی ابزارهای اپتیک مجتمع نقش بسزایی را ایفا می کنند. در این پایان نامه، نحوه ی انتشار و هدایت نور و محبوس شدگی مدهای پادتشدیدی در موجبرهای نوری بازتابی پادتشدیدی و نیز ساختار و ترکیبات مواد آن ها بررسی شد. همچنین ضخامت لایه ها، ثابت های انتشار و اتلاف تابشی هر مد محاسبه گردید. به منظور بهینه سازی عملکرد موجبر، می توان پارامترهای هندسی و نوری آن را تغییر داد. لذا ساختاری از موجبر arrow شیاردار با بهره گیری از فناوری سیلیکون جهت کاربردهای حسگری ارائه شد و مشخصه های نوری آن با استفاده از روش تفاضل متناهی در حوزه ی زمان (fdtd) مورد ارزیابی قرار گرفت و انتشار پرتو لیزر در موجبر arrow مورد نظر شبیه سازی گردید. علاوه بر این، از آن جا که فیلترهای نوری سرعت پردازش بالایی دارند، نسبت به دیگر فیلترها دارای اهمیت ویژه ای می باشند. با ایجاد ناراستی و همچنین تغییر ساختار یک فیلتر نوری می توان مشخصه های آن را تغییر داد و بخشی از نوار بازتابندگی را به نوار تراگسیلندگی تبدیل نمود. لذا در این پایان نامه، موجبری با کاربرد فیلتری در نظر گرفته شد و تاثیر ناراستی با اضافه نمودن ناخالصی sio2 و نیز تاثیر حضور نقره در ساختار فیلتر نوری با استفاده از روش تفاضل متناهی در حوزه زمان (fdtd) مورد بررسی و شبیه سازی قرار گرفت.

دیودهای نورگسیل پلیمری (pleds) به طورکلی از چند لایه ی آلی پلیمری تشکیل شده اند که روی هم قرار گرفته و با اعمال ولتاژ به آنها، می توان از آنها نور گرفت. این منابع نوری ویژگی های منحصربه فردی دارند که همین ویژگی ها منجر به کاربردهای مختلف آنها شده است. مهم ترین کاربرد این منابع استفاده از آنها در ساخت صفحه نمایش هاست. صفحه نمایش های ساخته شده از این قطعات، در ولتاژهای پایین کار می کنند، می توانند انعطاف-پذیر باشند، زاویه ی دید گسترده ای دارند، سبک هستند، وضوح رنگ بالایی دارند و ... . مجموعه ی این ویژگی ها باعث شده است که این قطعات نورگسیل از جایگاه خاصی در پژوهش و صنعت برخوردار باشند. در همین راستا در این پروژه، سه قطعه ی نورگسیل پلیمری تک لایه ساخته شده است. مطالبی که در فصول مختلف این پروژه عنوان می گردند، به شرح زیرند: در فصل اول، مباحثی پیرامون ساختارهای نورگسیل به صورتی کلی مطرح می شود. در فصل دوم، قطعات نورده با جزئیات بیشتر مورد بررسی قرار می گیرند و فرآیندهای فیزیکی حاکم بر عملکرد این قطعات به تفصیل بیان می شود. هم چنین موادی که در ساخت این قطعات بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند همراه با چند فعالیت نوین که در زمینه ی طراحی این قطعات در چند سال اخیر صورت پذیرفته، به عنوان نمونه بیان می شود. فصل سوم به معرفی دسته ی پلیمری ppv اختصاص دارد. در فصل چهارم مباحثی مربوط به انجام محاسبات کوانتومی روی مولکولها و یافتن سطوح انرژی آنها مطرح می گردد. هم چنین نتایج محاسبات انجام شده در برنامه ی گاوسین روی پلیمرهای مورد استفاده در این پروژه ارائه می شود. فصل پنجم به ساخت قطعات نورگسیل اختصاص دارد. در این فصل شرح مراحل ساخت این قطعات عنوان شده و آنالیزهای طیفی مربوط به آنها نیز ارائه می گردد. کلمات کلیدی: دیودهای نورگسیل پلیمری، پلیمرهای رسانا، ساختارالکترونی، گاف انرژی، بازترکیب

برای حل معادله انتقال حرارت در بافت، تابع گرین یک لایه پوست، از سطح تا اولین رگ خونی را در مختصات استوانه ای با شرایط مرزی روی z حل کرده ایم، که از لحاظ فیزیکی، بیشترین تشابه را با مساله واقعی دارد. به این دلیل که مدل لامبرت-بیر، مدل کاملی نیست و گستردگی باریکه را در نظر نگرفته است، همچنین در محیط بافت با پراکندگی زیاد، ایرادهایی دارد، از مدل ولش به عنوان تابع منبع استفاده نموده ایم، که این مدل توسط ولش و همکارانش برای مساله واقعی ارایه گردیده است. ابتدا نتایج مدل ولش و مدل لامبرت-بیر و میزان انحراف این دو مدل، مقایسه شد. سپس با استفاده از مدل ولش و تابع گرین به دست آمده، دمای بافت را محاسبه نموده ایم. به منظور امتحان درستی معادلات به دست آمده، از منحنی تجربی استفاده نموده ایم، که محاسبات ما تطابق خوبی با منحنی مذکور دارد. در ادامه منحنی های هم دما را برای بافت پوست روشن، پرتودهی شده با لیزر هلیوم-نیون را رسم کردیم.

تقویت کننده های عناصر کمیاب خاکی به علت بهره بالا، کیفیت پرتو خوب، کوچکی و ... در ارتباطات، صنعت و پزشکی کاربردهای متعددی دارند. آغاز استفاده از لیزرهای دیودی توان بالا با درخشندگی زیاد برای پمپ کردن فیبرهای دو غلافه آلاییده با ایتربیوم، منجر به خروجی های توان بالا در این تقویت کنند ها شد. در این پایان نامه بررسی های تئوری و تجربی در راستای طراحی و ساخت تقویت کننده ی فیبری پیوسته دو غلافه آلاییده با ایتربیوم، برای سیگنال های ورودی ضعیف، انجام شده است. در ابتدا با استفاده از برنامه rp fiber power بررسی های لازم برای انتخاب طول موج مورد استفاده در دو لیزر دیودی دمش و سیگنال، مشخصات ظاهری فیبر از جمله ضریب جذب، طول، قطر فیبر و ... مورد شبیه سازی قرار گرفته اند. همچنین اثرات تغییرات توان سیگنال و دمش بر روی گسیل خودبخودی تقویت شده (ase) که یکی از عوامل اصلی ایجاد نوفه در این تقویت کننده ها می باشد، مورد بحث قرار گرفته است . پس از بررسی های لازم طرح اولیه ای از آن ساخته شد. در این آزمایش ابتدا از لیزر دیودی با پهنای باندی5/0 نانومتر و سپس لیزر دیود سیگنال 30مگاهرتزی استفاده شد و نتایج بدست آمده با هم مقایسه شد. در نهایت با انتخاب اجزا مناسب تقویت کننده ای با پهنای طیفی باریک و حداکثر توان خروجی 80 وات برای سیگنال ورودی 200 میلی وات حاصل گردید و ضریب بهره نیز70%بدست آمده است.

در این پایان نامه پس از نگاهی به تاریخچه بلورهای فوتونیکی، اثرات اپتیک غیرخطی را بررسی کردیم و سپس نگاهی عمیق به درون بلورهای فوتونیکی انداختیم و فهمیدیم شکافت نواری کامل فوتونیکی برای یک شبکه مربعی چه زمانی حاصل می شود بدلیل سادگی ساختار بلور های فوتونیکی دوبعدی نسبت به بلورهی فوتونیکی سه بعدی ما شبکه های دو بعدی را در نظر گرفتیم. با در نظر گرفتن یک بلور فوتونیکی، که آنچنان ساخته شده است که داری نفوذپذیری الکتریکی یکسان ولی با علامات متفاوت منفی و مثبت برای زمینه و محیط می باشد، جفت شدگی فازی را بررسی کردیم. در این بررسی به این نتیجه می رسیم که موتیف مستطیلی روی یک بردار شبکه معکوس واحد نسبت به موتیف دایره ای دارای بازده بیشتری است شرط بهینه برای ph-m یک فرآیند تکی، موتیف های مستطیلی است که نقاط شبکه مجاور در یک خط متصل ادغام شوند و ساختار به یک ساختار qpm یک بعدی تبدیل می شود. اگر یک موتیف دایره ای انتخاب شود شبکه مستطیلی بهترین انتخاب برای مرتبه ی (0و1) است و شرط بهینه این است که موتیف های دایره ای نقاط شبکه مجاور به یکدیگر متصل شوند. همچنین بلورهای فوتونی غیرخطی سه بعدی بررسی شده و با به دست آوردن معادلات و نمودارهای مربوط به بازده تبدیل qpm برای ساختارهای مختلف با دو نوع موتیف کروی و مکعب مستطیلی ماکزیمم بازده را برای هر ساختار به دست می آوریم و در پایان نفوذ پذیری غیر خطی مرتبه سوم برای بلورهای فوتونیکی linbo3 و ktp محاسبه می کنیم.

در این رساله سعی داریم نحوه¬ی عملکرد موجبرهای فلزی، با ترکیب یک محیط غیر خطی در بستر ساختار کوارتز و یا سیلیکون و کوارتز، را مورد مطالعه قرار دهیم. مهمترین کاربرد این ساختارها در تولید امواج تراهرتز(thz) همدوس به روش تولید فرکانس تفاضلی (dfg)است. در طراحی این موجبرها با دو چالش اصلی، محدودسازی نور و موج thz در ابعاد مورد نظر و دیگری شرایط جورشدگی فاز بین دو موج، مواجه هستیم که در این رساله به آن دو می¬پردازیم. یکی از ساختارهای فلزی که در این پروژه مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته، موجبر معلق فلزی است. تولید امواج تراهرتز کوک¬پذیر و نحوه جورشدگی فاز در دو حالت مختلف محدود شدگی عادی و محدود شدگی در ابعاد نانومتری در این نوع موجبرها بررسی شده است. همچنین نحوه جورشدگی و تولید امواج در فرکانس تفاضلی در چند ساختار دیگر نیز به روش تفاضل متناهی در حوزه زمان) (fdtd شبیه¬سازی شده و مورد مطالعه قرار گرفته است.

امواج تراهرتز (thz) کاربردهای فراوانی در زمینه های مختلف از جمله پزشکی، صنعت، ارتباطات و تصویربرداری با سرعت بالا و ... دارد. از این رو طراحی منابع تولید تراهرتز در ابعاد کوچک از اهمیت زیادی برخوردار هستند. بنابراین در این پایان نامه بر آن شدیم تا موجبری قابل تنظیم و کم اتلاف در ابعاد نانو به شکل مستطیل طراحی کنیم. برای تولید امواج تراهرتز در این موجبر از روش تولید تفاضل فرکانسی (dfg) در محیط غیر خطی استفاده نموده ایم. محیط غیر خطی را ماده گالیم آرسناید (gaas) انتخاب کرده ایم. همچنین از فلز نقره برای محدود کردن امواج تراهرتز استفاده می کنیم. گالیم آرسناید و فلز نقره بر روی تکه های کوارتز نصب می شوند به طوریکه تنظیم پذیری موجبر مبتنی بر تغییر فاصله ی بین دوتکه ی کوارتز در موجبر می باشد. برای بررسی این موجبر برخی از ویژگی های آن را با استفاده از روش عددی تفاضل متناهی در حوزه ی زمان (fdtd) شبیه سازی کرده ایم. این ویژگی ها شامل نحوه ی انتشار امواج هدایت شده در موجبر، شاخص موثر، شاخص گروه، رابطه پراکندگی، تلفات، عامل همپوشانی و توان تولیدی تراهرتز می باشد.

در این پایان نامه ما نحوه ی تولید امواج تراهرتز با استفاده از بلورهای آلی را بررسی کرده و بازده تولید این امواج را با بازده تولید امواج تراهرتز در بلورهای معدنی که برای تولید این امواج بسیار متداول هستند مقایسه می کنیم. هدف ما طراحی ساختاری است که بتواند بازده تولید امواج تراهرتز را به طور قابل قبولی افزایش دهد.

دراین پایان نامه به طور عددی و تحلیلی نشان داده می شود که یک باریکه ی گاوسی در یک صفحه ی مرجع در موجبرهای فلزی در مسافت هایی که به خوبی حساب شده اند، تکرار خواهد شد.