آنتن های پچ مایکرواستریپ به علت سبکی وزن، ابعاد کوچک، انعطاف پذیری بالا و سهولت مجتمع شدن با مدارات مایکروویو در سیستم های مخابرات بی سیم مانند تلفن های سلولی، رادارها و مخابرات ماهواره کاربرد های فراوان دارند. اگرچه از معایب عمده آن ها می توان به باریک بودن پهنای باند ، پایین بودن کارایی و وجود امواج سطحی اشاره کرد. به منظور غلبه بر مشکلات موجود تاکنون راه حل های زیادی مانند استفاده از ساختارهای مصنوعی پیشنهاد شده است. خاصیت مهم این مواد، جلوگیری از انتشار امواج سطحی در باندهای فرکانسی مشخص، به نام باند ممنوعه ی فرکانسی یا باند توقف است. اگر فرکانس مرکزی آنتن ها در این محدوده قرار گیرد، امواج سطحی انتشار نمی یابند و مشخصات آنتن بهبود می یابد. در این پایان نامه برخی از مشخصات آنتن پچ مایکرواستریپ با استفاده از مواد مصنوعی فرامواد و بلور فوتونی بهبود یافته است. نتایج حاصل از این پژوهش عبارتند از: • کاهش ابعاد، بهبود تلفات برگشتی و پهنای باند آنتن پچ دایروی با استفاده از ساختار فرامواد تشدیدگر مارپیچی • کاهش ابعاد و بهبود تلفات برگشتی آنتن پچ دایروی با استفاده از ساختار فرامواد تشدیدگر حلقوی شکاف دار • کاهش تزویج متقابل در آنتن آرایه ای مایکرواستریپ با استفاده از ساختار فرامواد تشدیدگر مارپیچی • کاهش تزویج متقابل و تلفات برگشتی در آنتن آرایه ای با استفاده از ساختار باند ممنوعه ی فوتونی • بهبود پهنای باند، کاهش تزویج متقابل و تلفات برگشتی آنتن آرایه ای مایکرواستریپ با استفاده از بلورهای فوتونی • کاهش تلفات برگشتی، افزایش پهنای باند و سمت گرایی آنتن مایکرواستریپ با استفاده از ساختار بلور فوتونی

در این تحقیق، روشی نوین برای طراحی تشدیدگرهای تمام حلقوی و تشدیدگرهای میدان مسابقه مبتنی بر بلور فوتونی ارایه شده است. سپس کاربرد این تشدیدگرها در فیلترهای تمام نوری، مانند فیلتر کامل فرود، فیلتر فرود-فزون و فیلتر میان گذر بررسی شده است و درادامه با کمک تشدیدگرهای حلقوی میدان مسابقه تکی و دوتایی طراحی شده، دو نمونه مبدل آنالوگ به دیجیتال تمام نوری دو بیتی با چهار حالت منطقی 00، 01، 10 و 11که شرایط تبدیل دو بیتی را فراهم می کند، طراحی شده است. این مبدل ها بسیار پهن باند، با تعداد بیت کافی و قابلیت پیاده سازی بالا هستند. تشدیدگرهای حلقوی برای تقسیم خطی توان نور ورودی به نسبت های مورد نظر (50%، 25% و 5/12% ) که متناسب با یک سطح آستانه از پیش تعریف شذه است، مورد استفاده قرار می گیرد. سیگنالهای قوی انرژی کافی برای آشکار شدن در تمام طول موجبر را دارند، اما به تدریج هر چه از قدرت سیگنال کاسته می شود، امکان آشکار سازی آن نیز دشوار می گردد و بنابراین حالت منطقی سیگنال از یک به صفر تبدیل می شود. بلور فوتونی انتخاب شده برای پیاده سازی این مبدل ها دارای شبکه مربعی با میله های سیلیکونی با ضریب شکست 47/3 است. جنس محیط اطراف میله ها نیز هوا و نسبت پرشدگی شبکه نیز 17/0 r/a= انتخاب شده است. برای محاسبه ساختار باند از روش بسط امواج تخت (pwe) و برای شبیه سازی چگونگی انتشار نور در محیط بلور فوتونی از روش تفاضل محدود در زمان دو بعدی (2-d fdtd) استفاده شده است.

در این پایان نامه، با استفاده از بلور های فوتونی دوبعدی، نحوه طراحی و دست یابی به یکی از اساسی ترین عناصر مدارهای مجتمع نوری یعنی دی مالتی پلکسر تمام نوری بررسی شده است. هدف از این طراحی ها، دستیابی به ساختارهای دی-مالتی پلکسر با مشخصات زیر بوده است: راندمان زیاد انتقال توان در خروجی ها، هم شنوایی کم بین کانال های خروجی، تفکیک پذیری طیفی بالا، ضریب کیفیت زیاد برای هر کانال خروجی، تعداد کانال های زیاد در بازه فرکانسی کم و قابلیت تنظیم فرکانس آنها. شش طرح برای رسیدن به این اهداف در این پایان نامه بررسی شده است. در اولین نمونه، دی مالتی-پلکسر چهار کاناله بر اساس تزویج بین موجبر و تشدیدگر حلقوی طراحی شده است. برای هر تشدیدگر حلقوی، به تنهایی، مقادیر راندمان و ضریب کیفیت به ترتیب 100% و 193 بدست آمده است. ساختار نمونه 1، از سه ناحیه با ضرایب دی الکتریک متفاوت 56/11، 96/12 و 44/14، تشکیل شده است که به آن اصطلاحا" هترو ، گفته می شود. در این طرح، میانگین راندمان 90% و هم شنوایی db25- بدست آمد. دومین و سومین طرح پیشنهادی، شامل سه تشدیدگر حلقوی 5×5 است که هر تشدیدگر به تنهایی دارای راندمان 100%، پهنای باند nm8/1 و ضریب کیفیت 842 است. ابتدا در دومین ساختار، با تغیر شعاع میله های داخلی سه تشدیدگر به میزان r1/1 ، r،r92/0rin= نتایج میانگین راندمان 90%، فاصله کانالی nm5/7، میانگین هم شنوایی بهتر از db11/27- و میانگین پهنای باند nm8/2 برای کانال های خروجی بدست آمده است. در ساختار سوم، در تشدیدگر سمت چپ، ضریب دی الکتریک میله های تزویج را به 13=? و در تشدیدگر سمت راست، ضریب دی الکتریک کل میله ها را به 6/11=? تغیر داده ایم. نتایج شبیه سازی نشان داد این ساختار قادر خواهد بود طول موج های تشدید را با میانگین راندمان و ضریب کیفیت به ترتیب 95% و 766 به کانال های خروجی تشدیدگرها با فاصله کانالی حدود nm5 هدایت کند. چهارمین طرح، دی مالتی پلکسر دوکاناله با استفاده از کاواک های بلور فوتونی، پیاده سازی شد که راندمان آن در حدود 95% است. پنجمین طرح پیشنهادی، دی مالتی پلکسر سه کاناله، به اصطلاح تری پلکسر، بصورت تیغه ای با استفاده کاواک های تشدید است. میانگین راندمان و هم شنوایی بین کانال های خروجی به ترتیب حدود 97% و بین db80/13- ~ db81/26- است. طرح ششم، دی مالتی پلکسر هتروی شش کاناله است که از شش ناحیه با ضریب شکست های 4/3، 42/3، 44/3، 46/3، 48/3 و 5/3 تشکیل شده است. در این افزاره، میانگین راندمان حدود 96% و ضریب کیفیت 2333 بدست آمد.

سلول های خورشیدی بر پایه ی سیلیکون بلوری بدلیل بازده زیاد و سادگی طراحی و ساخت همچنان از پرکاربردترین روش های ساخت سلول های خورشیدی می باشند. در این پایان نامه شبیه سازی پنج مدل از سلول خورشیدی سیلیکونی بدون لایه ی غیرفعال و با غیرفعال سازی لایه ی پشتی بوسیله ی لایه ی نازکی از سیلیکون کربید بی شکل (a-sic)، سیلیکون بی شکل و دی اکسید سیلیکون انجام شده و مشخصه های آن محاسبه و مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته شد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که فرآیند غیرفعال سازی موثر پشت با لایه ی غیرفعال سیلیکون کربید بی شکل (لایه ی passdop) و امیتر سیلیکون بی شکل علاوه بر اینکه باعث تشکیل اتصالی با کیفیت بهتر شده، پارامترهای سلول را نیز بهبود داده است. برای چنین سلولی ضریب پرشدگی (73/83%= ff)، بازدهی (63/26%=?) و بازتابندگی 91% محاسبه شده است که نسبت به سلول بدون لایه a-sic افزایش خوبی را نشان می دهد. بازدهی کوانتومی عالی در محدوده nm500 تا nm1000 براساس اتصال و غیرفعال سازی جدید با استفاده از لایه های passdop بدست آمد. همچنین سرعت بازترکیب سطحی بین نقاط اتصال به عنوان یک پارامتر کلیدی در فرآیند انتقال حامل های تولید شده به خارج از سلول بازای 500 میکرومتر فاصله ی بین نقاط اتصال به کمتر از cm/s1600 و بازای 20 درصد از سطح تحت آلایش لیزر به کمتر از cm/s7 رسیده است.

در این پایان نامه، ساختارهایی برای طراحی و پیاده سازی گیت های منطقی تمام نوری بر مبنای بلورهای فوتونی ارائه شده است. ساختار بلور فوتونی، از شبکه ی مربعی دوبعدی از میله های دی الکتریک در بستر هوا، تشکیل شده است. میله ها از دو ماده ی ایندیم فسفاید (inp) و ترکیب خاصی از شیشه های کالکوجناید (chalcogenide glasses) تشکیل شده است. این دو ماده، ضریب شکست یکسانی دارند، اما ضرایب اثر غیرخطی آن ها متفاوت است. چون در طراحی گیت های منطقی، از تشدیدگرهای حلقوی t– شکل استفاده شده است، ابتدا این حلقه ها مطالعه شده اند. با بررسی طیف انتقال این تشدیدگرها، فرکانس های تشدید به دست آمد. مقدار توان مرجع در ساختارهای گیت های منطقی مورد مطالعه، mw 200 درنظر گرفته شده است. با بررسی شدت توان در ساختار حلقه هایی که دارای اثر غیرخطی بیشتری هستند، توان آستانه لازم برای عمل سوییچ، mw 277 به دست آمد. سپس با استفاده از تشدیدگرهای حلقوی t– شکل، طرح هایی برای پیاده سازی گیت های منطقی تمام نوری or، and، xor، not و nor ارایه شده است. در طراحی گیت های or، not و nor از تشدیدگر حلقوی t – شکل با ماده ایندیم فسفاید، استفاده شده است. در حالی که گیت های and و xor با مواد کالکوجناید که ضریب غیرخطی بالاتری دارند، طراحی شده است. این دو گیت، همزمان و با یک ساختار ارایه شده اند که منجر به کاهش تعداد ساختارها و در نتیجه کاهش ابعاد شده است. از طرف دیگر، همین ساختار، عملکرد نیم جمع کننده را نیز دارد. در این ساختار، زمان سوییچ گیت های منطقی ارائه شده، بسیار کم و بیشترین مقدار آن 34/1 پیکوثانیه برای گیت xor به دست آمد. از سوی دیگر، سرعت عملکرد این طرح ها بسیار زیاد و کمترین مقدار آن هم برای همین گیت و برابر gb/s747 به دست آمد. به منظور آسانی مجتمع سازی ساختارهای ارایه شده، در تمام طرح ها طول موج ورودی ها یکسان و در پنجره سوم مخابراتی، برابر طول موج 55/1 میکرومتر است. از سوی دیگر در این طرح ها با تعریف توان مرجع p0، سطوح ”صفر“ و ”یک“ منطقی بر حسب آن، بیان شده و برای تمام ساختارها یکسان در نظر گرفته شده است. از دیگر مزیت های این ساختارها، یکسان بودن فرکانس ورودی برای هر گیت منطقی است.

بلورهای فوتونی به دلیل قابلیت کوچک سازی، ظاهراً تنها راه دستیابی به مدارات مجتمع نوری هستند. خمش های بلور فوتونی و تقسیم کننده ها در زمینه فشرده سازی نوری ، نقش کلیدی در ارتباط با بلوک های ساختاری مختلف در تراشه های یکپارچه نوری دارند. بنابراین، بررسی انواع تقسیم کننده ها و رسیدن به تقسیم کننده هایی با تلفات کمتر و بازده بیشتر، از اهمیت خاصی برخوردار است. در این پایان نامه، ساختار بلور فوتونی دو بعدی با آرایش مربعی در بستر هوا و میله هایی از جنس gaas انتخاب و مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، ساختارهای بلور فوتونی با شبکه ای متناوب از ستون های دی الکتریک در هوا و نیز حفره های هوا در دی الکتریک شبیه سازی گردید و تأثیر پارامترهایی مانند شعاع ستون ها و جنس ماده دی الکتریک استفاده شده در آن ها بر روی گاف نواری فوتونی بررسی شد. در ادامه طراحی تقسیم کننده توان نوری، جهت تقسیم توان 1 به 2 اتصالt، در جهت افزایش راندمان و پهنای باند انتقالی بررسی شده است، نتایج نشان داد که قطعه دارای بازدهی 48% و در بعضی طول موج ها میزان بازدهی بیشتر از 49% می باشد. همچنین خم 90 درجه و تقسیم کننده 1 به 2 تی شکل بر مبنای تشدیدگر حلقوی بلور فوتونی (pcrr) در شبکه مربعی ایجاد، و شرایط برای بازده حداکثری بررسی شد. نتایج این بررسی نشان داد که بازده قطعه به اندازه حلقه وابسته می باشد که این وابستگی در ساختارهای بررسی شده از روند یکنواختی برخوردار نبود. تغییر شعاع میله های پراکنده ساز و تزویج کننده نیز بعنوان عامل موثر دیگر بر روی مشخصه تقسیم کننده مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله بعد با استفاده از حلقه 3×2 بازه قابل قبولی برای تقسیم کننده ایجاد شد بدین صورت که به جای بازه 65 نانومتری، کل پنجره سوم مخابراتی پوشش داده شد که باعث شد تا انتقال توان در دو خروجی به میزان 97% افزایش یابد. در نهایت یک تقسیم کننده 1به 4 طراحی شد که به این منظور از سه نوع تقسیم کننده 1 به 2 استفاده شد که تفاوت آن ها در شکل خمش این 3 ساختار بود. نتایج نشان داد که انتقال توان برای تقسیم کننده 1به 4 برای کانال خروجی 24% می باشد.

دو طرح برای رسیدن به این اهداف در این پایان نامه بررسی شده است. در اولین نمونه، مبدل آنالوگ به دیجیتال سه خروجی بر اساس تزویج بین موجبر و تشدیدگر حلقوی طراحی شده است. برای هر تشدیدگر حلقوی، به تنهایی، مقادیر راندمان و ضریب کیفیت به ترتیب 100% و 190 بدست آمده است. در ساختار اول ضریب دی الکتریک 3/47 و جنس محیط اطراف میله ها نیز هوا و نسبت پرشدگی شبکه نیز 22/0 r/a= انتخاب شده است. در این طرح، میانگین راندمان 90% و سرعت سوئیچینگ 476/2 gs/s بدست آمد. دومین طرح پیشنهادی، با توجه به این که شیشه های کالکوجناید (chalcogenide glasses) دارای ضریب غیرخطی مناسب و بزرگی است، از این مواد به عنوان میله های دی الکتریک استفاده شده است. ثابت دی-الکتریک و ضریب شکست میله های دی الکتریک شیشه های کالکوجناید انتخابی به ترتیب 9/61 و 3/1 است، و هم چنین پارامتر ضریب غیرخطی اثر کر این میله ها برابر m2/w17-10×9 است. برای دستیابی به بیشترین عرض نوار فرکانسی، نسبت پرشدگی 0.18 بدست آمده است. با ایجاد موجبر نقص در اطراف تشدیدگر و انتخاب طول تزویج مناسب، مبدل آنالوگ به دیجیتال دوبیتی با چهار حالت منطقی مختلف 00، 01، 10 و 11 که شرایط تبدیل دو بیتی را به وجود می آورد، در طول موج مرکزی 1.55 ?m طراحی شده است. نمودار پاشندگی موجبر نقص خطی و مد تشدید تشدیدگر حلقوی، با استفاده از روش بسط امواج تخت (pwe) و طیف توان های خروجی بوجود آورنده حالات منطقی مبدل، با روش تفاضل محدود در حوزه زمان (fdtd) محاسبه شده است. در ساختار دوم بدلیل استفاده از اثرات غیرخطی، سرعت سوئیچینگ بسیار زیاد و برابر gs/s454.5 بدست آمد. از سوی دیگر با تعریف سطح توان 0.37 سطوح ”صفر“و ”یک“ منطقی بر حسب آن، بیان شده است. از دیگر مزیت های این ساختارها، یکسان بودن فرکانس ورودی برای هر دو مبدل است.

در این پایان نامه، دو طرح جدید از فیبرهای بلور فوتونی برای بهینه سازی و بهبود مشخصات فیبر نظیر پاشیدگی، تلفات و اثر ابرپایستار ارائه شده است. در اولین ساختار، مشخصات پاشیدگی و تلفات فیبر بلور فوتونی به ترتیب به میزان چشمگیری از 50- تا 50+ مربع فمتوثانیه بر میلی متر و 20 دسی بل بر متر کاهش می یابد. در دومین ساختار، مشخصه اثر ابرپایستار فیبر بهبود و توسعه می یابد. ابتدا مشخصات اصلی طراحی بدست می آید، سپس شرایط تک مود بودن فیبر جهت به حداقل رساندن تلفات بررسی میشود. سپس شرایط ایجاد اثر غیرخطی ترکیب چهار موج بررسی و بهبود می یابند. و در آخر با ترکیب تمام این شرایط و استفاده از یک منبع پالسی فوق کوتاه با طول موج کاری 3میکرومتر، پهنای باند اثر ابرپایستار را به میزان حدود 7 میکرومتر افزایش و بهبود خواهیم داد. در این طراحی از یک شبکه شش گوش با تعداد پنج حلقه اصلی با مشخصات d/?=0.8 و ?=2 و یک حلقه نقص با همان d/? و ?=1 استفاده شده است.

در این پایان نامه، روش طراحی مقسم توان نوری به کمک بلور های فوتونی ارایه شده است. برای پیاده-سازی این قطعه که در قسمت های مختلف هر سیستم مدار مجتمع نوری بکار می رود، دو ساختار نمونه بررسی شده اند: بلور فوتونی متشکل از ساختار میله ای در بستری از هوا و حفره هوا در دی الکتریک. در نمونه اول، مقسم توان 2×1 ( یک ورودی، به دوقسمت مساوی تقسم شده است)، با استفاده از کاواک-های تزویج شده در موجبرهای بلور فوتونی طراحی شده است. نمونه دوم یک مقسم توان 2×1 با استفاده از کاواک های تشدید در موجبرهای سری شده ارایه شده است، تا در نهایت دو نمونه مقسم توان نوری که شرایط بسیار مناسب برای تقسیم توان مساوی در هر کانال خروجی با تلفات کم برای دو ساختار متفاوت را فراهم می کند. بلورهای فوتونی انتخاب شده برای پیاده سازی این مقسم های توان، برای اولین ساختار، از شبکه ی مربعی دوبعدی از میله های دی الکتریک در بستر هوا، تشکیل شده است. میله ها ازماده سیلیکون (si) با ضریب شکست 47/3 تشکیل و نسبت پرشدگی شبکه برابر با 174/0 r/a= انتخاب شده است که در آنr شعاع میله ها و a ثابت شبکه است. در این ساختار، انتقال توان بیش از 45% بوده و محدوده فرکانس بهنجارشده انتقال توان 3757/0? a/? ?3740/0 می باشد. برای دومین ساختار، شبکه ی مثلثی دوبعدی از حفره های هوا در بستر دی الکتریک، تشکیل شده است. دی الکتریک از ماده تری سلنیدآرسنیک (as2se3) با ضریب شکست 1/3 تشکیل و نسبت پرشدگی برابر با 32/0 r/a= انتخاب شده است. در این ساختار، انتقال توان بیش از 45? بوده ومحدوده فرکانس بهنجارشده انتقال توان 2611/0 ? a/? ? 2567/0 می باشد. به منظور سهولت مجتمع سازی ساختارهای ارایه شده، طول موج ورودی یکسان و در پنجره سوم مخابراتی، برابر طول موج 55/1 میکرومتر انتخاب شده است.

هدف از پایان نامه، نحوه شبیه سازی عملکرد افزاره های فوتونی با استفاده از روش عددی تفاضل محدود در حوزه زمان (fdtd ) بر پایه نرم افزار متلب می باشد. روش fdtd، رایج ترین ابزار تحلیل در بلورهای فوتونی است و سایر روش های تحلیلی یا عددی دیگر را با آن می سنجند. به نحوی که می توان ادعا کرد در حال حاضر، تقریباً هیچ روش دیگری به غیر از fdtd بکار نمی رود. بلورهای فوتونی بدلیل دارا بودن کاربردهای بالقوه از مناسب ترین گزینه ها برای طراحی و ساخت مدارهای مجتمع نوری به شمار می روند. به همین منظور، کلیه مراحل گسسته سازی و نوشتن کدهای متلب برای پیاده سازی این روش، بر روی بلورهای فوتونی درج شده است. برای نمونه، چند ادوات فوتونی پرکاربرد که در مدارهای مجتمع نوری بکار میروند، از جمله موجبر، خم 90 درجه، تقسیم کننده توان، و مالتی پلکسر/ دی مالتی پلکسر سه کاناله شبیه سازی شده اند. ساختار بلور فوتونی در تمام نمونه ها، میله های دی الکتریک در بستر هوا با آرایش استوانه ای شکل از جنس سیلیکون انتخاب شده است. با استفاده از این روش، ساختار نوار باند بلورهای فوتونی نیز استخراج و منحنی های پاشیدگی آن به نمایش گذاشته شده است. در حل مسایل الکترومغناطیسی به روش fdtd در فضای نامحدود، به شرایط مرزی مناسب نیارمندیم، که گسترش فضا تا بی نهایت را شبیه سازی کند. در این پایان نامه از مدل abc با لایه های کاملا تطبیق یافته (pml)، برنجر ، این شرایط را فراهم نموده ایم همچنین از یک منبع به صورت یک پالس زمانی کوتاه جهت انجام شبیه سازی استفاده شده، و برای محاسبه طیف توان خروجی از مجموع بردار پویین تینگ روی دهانه خروجی استفاده کرده ایم و زمان اجرای برنامه 30000 پله زمانی می باشد.

در این پایان نامه، خواص بلورهای فوتونی و روش تبدیل نوری در رسیدن به مخفی سازی بحث می شود. ساختار طراحی شده در این پایان نامه به عنوان مخفی ساز، دو استوانه ی متداخل دایروی است، که از یک ماده ابررسانا در استوانه ی مرکزی و یک ماده فرومغناطیسی در استوانه ی بیرونی، تشکیل شده است. بازه فرکانسی مورد استفاده در شبیه سازی ها، بین 2ghz تا 20thz می باشد. ابعاد بهینه شده برای ایجاد بهترین خمش امواج الکترومغناطیسی در ساختار طراحی شده عبارت است از r1 = 0.15m و r2 = 0.2m، که در آن r1 شعاع استوانه ی مرکزی و r2 شعاع استوانه ی خارجی می باشد. کلیه شبیه سازی های صورت گرفته بر روی ساختار مورد نظر، با استفاده از نرم افزار comsol multiphysics 3.5 انجام شده است.

در این پایان¬نامه با استفاده از بلورهای فوتونی، نحوه طراحی و دست¬یابی به یکی از اساسی¬ترین جزء مدارهای مجتمع نوری یعنی موجبر بلورفوتونی با خم¬های مختلف بررسی شده است. هدف از این طراحی¬ها، دستیابی به موجبر فوتونی با ضریب انتقال بالا و پهنای باند بزرگ در خم¬های مختلف است. برای کاهش بازتاب¬های برگشتی و پراکندگی به کمترین مقدار، عوامل ایجاد تلفات، و تلاش برای از بین بردن این نقص¬ها در ساختارهای مختلف بررسی شده است. برای این منظور، سه ساختار متفاوت، بسته به نوع کاربرد آن، طراحی شده است. ابتدا پارامترها و مشخصه¬های مورد ارزیابی در یک موجبر بلورفوتونی با خم ?90 با شبکه مربعی و توپولوژی میله¬های دی¬الکتریک در بستر هوا معرفی شده است. با جابجایی نقص¬ها و ایجاد میله¬های دی¬الکتریک در نواحی خم و تزریق سیلیکون با ضریب شکست 4/3n= در آن، موجبری با خم ?45، طراحی شده است. در بهترین شرایط ضریب انتقال برای چنین خم تیزی برابر 88/0 بدست آمد. طراحی بعدی، بهبود انتقال در موجبر فوتونی با ساختار شبکه مثلثی از نوع حفره¬ای با خم ?60 درجه است. این طرح شامل افزودن سه حفره در مرکز خم با شعاع a 2/0 است که دو حفره کناری با سیال نوری به ضریب شکست 1/2 پُر شده است. در این ساختار ضریب عبور به 95% می¬رسد و پهنای باند 75 نانومتر می¬باشد. این ساختار پیشنهادی نسبت به سایر ساختارهایی که پیش از این ارایه شده، ضریب عبور بالاتری دارد. اثر تغییر ضریب شکست با وارد کردن سیال تزریقی متفاوت در این ساختار بررسی شده است. روش تحلیل و شبیه¬سازی ساختارها، مبتنی بر روش¬های عددی تفاضل محدود در حوزه زمان (fdtd) و روش بسط امواج تخت (pwe) است.

در این پایان¬نامه فیبرهای بلور فوتونی جبران پاشندگی رنگی بررسی می¬شود و سه ساختار جدید برای فیبرهای بلور فوتونی جبران پاشندگی به منظور پهن کردن مشخصه پاشندگی و افزایش قابلیت جبران پاشندگی در محدوده وسیعی از طول موج ارائه می¬شود. در نمونه پیشنهادی اول، با قرار دادن ساختار ستاره¬ای به جای حلقه اول پوشش داخلی فیبر شبکه مربعی، مشخصه پاشندگی فیبر پهن¬تر می¬شود و فیبر توانایی جبران پاشندگی سرتاسر باندهای مخابراتی e تا u را خواهد داشت. با این فیبر در طول موج 55/1 میکرومتر ضریب پاشندگی ps/(nm.km)553- و کمینه ضریب پاشندگی ps/(nm.km)1205- در طول موج 71/1 میکرومتر بدست می¬آید. در ساختار دوم، قرار دادن ترکیبی از حفره¬های دایره¬ای و ساختار ستاره¬ای در پوشش هسته داخلی فیبر موجب پهن شدن مشخصه پاشندگی فیبر می¬شود و باعث می¬شود فیبر در سرتاسر باندهای مخابراتی s تا u ضریب پاشندگی منفی داشته باشد. در این فیبر کمینه ضریب پاشندگی برابر با ps/(nm.km)653- و ضریب پاشندگی ps/(nm.km)176- در طول موج 55/1 میکرومتر بدست می¬آید. همچنین با افزایش قطر حفره¬های دایره¬ای پوشش داخلی این ساختار، مشخصه پاشندگی نسبتا تختی در سرتاسر باندهای مخابراتی e تا u با نوسان پاشندگی ps/(nm.km)46 بدست می¬آید. در باندهای مخابراتی s تا c نوسان پاشندگی برابر با ps/(nm.km)17 است. در ساختار سوم، قرار دادن حفره¬های بیضوی در حلقه اول پوشش هسته داخلی یک فیبر جبران پاشندگی شبکه شش ضلعی، موجب افزایش محدوده طول موج جبران پاشندگی می¬شود و باعث می¬شود این فیبر توانایی جبران پاشندگی در سرتاسر باندهای مخابراتی e تا u را داشته باشد. در این فیبر کمینه پاشندگی برابر با ps/(nm.km)1006- در طول موج 68/1 میکرومتر و در طول موج 55/1 میکرومتر ضریب پاشندگی ps/(nm.km)710- بدست می¬آید.

جراحی لاپاروسکوپی به عنوان روشی کارآمد با حداقل تهاجم است که سهم زیادی در عمل¬های جراحی دارد. جراح با دیدن تصاویر زنده از داخل شکم ابزارهای جراحی را کنترل می¬کند. ولی تصویری که از دوربین¬های لاپاروسکوپ در اختیار جراح قرار می¬گیرد تفاوت زیادی با دید مستقیم چشم دارد. گستره¬ی دید، رنگ¬ها، قابلیت دید سه¬بعدی از جمله تفاوت¬های تصویر دوربین و دید چشم هستند. تلاش¬های زیادی برای بهبود تصاویر لاپاروسکوپی جهت کمک به پزشک انجام شده است. کارهای عمدتاً نرم¬افزاری و گاهاً سخت افزاری برای کم کردن از محدودیت¬ها انجام شده است. پردازش تصاویر با استفاده از اطلاعات بیوفوتونیکی کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این نوع پردازش از اثرات بیولوژیکی که باعث ایجاد تفاوت در تصویر می¬شوند استفاده می¬شود. یکی از این تفاوت¬ها تغییر رنگ خون در اثر گرفتن یا از دست دادن اکسیژن است. اگر این تغییر رنگ در ناحیه مرئی رخ دهد می¬تواند به عنوان ابزاری در خدمت جراح قرار گیرد. در این پژوهش از سه ccd موجود در دوربین لاپاروسکوپ به عنوان ابزار ساده¬ی طیف¬سنجی استفاده شده است تا تغییر رنگ خون در اثر از دست دادن اکسیژن را در تصاویر لاپاروسکوپی مشخص کنیم. این روش مبتنی بر تفاوت طیفی دو نوع خون اکسی¬هموگلوبین و دی¬اکسی¬هموگلوبین است. تفاوت جذب اکسی¬هموگلوبین و دی¬اکسی¬هموگلوبین در طول¬موج¬های آبی و قرمز می¬تواند ما را در تمییز شریان و ورید که حامل دو نوع خون هستند کمک کند. برای پردازش تصاویر لاپاروسکوپی کدی در نرم¬افزار matlab نوشته شده است. این کد در شرایط فیزیکی و فیزیولوژیکی متفاوت عمل لاپاروسکوپی مورد ارزیابی قرار گرفت تا نقاط قوت و ضعف آن مشخص گردد. با بررسی تصاویر لاپاروسکوپی از دستگاه¬های مختلف و عمل¬های متفاوت دقت و صحت این روش سنجیده شد و نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد که روش توسعه داده شده در این پژوهش پتانسیل استفاده در کلینیک را دارد.

در سال‏های اخیر با توجه به پیشرفت‏های انجام گرفته در علم الکترونیک و استفاده از بلورهای نیمرسانا در کاربردهای مختلف از جمله پزشکی، صنعت، نظامی، ارتباطات و غیره، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که محصورشدگی کوانتومی در ساختارهای غیرهمجنس با بعد کوچک، ویژگی‏های اساسی یک بلور نیمرسانا را به شدت بهبود می‏بخشد. از آنجایی که در نقاط‏کوانتومی، حامل‏ها در سه بعد محصور می‏شوند، بهبود ویژگی‏های الکترونی به‏مراتب بیشتر است. بنابراین می‏توان با تغییر دادن ترکیب و اندازه‏ی نقاط کوانتومی، انرژی‏های حالت‏های شبه‏اتمی آنها را تنظیم کرد، ازاین‏رو برای مطالعه بیشتر این نقاط بسیار مورد توجه قرار گرفتند. در این پایان‏نامه بهره و مشخصه‏های لیزرهای نقطه‏کوانتومی مورد بررسی قرار خواهند گرفت. مشخصه‏هایی از جمله شعاع و ارتفاع نقطه‏کوانتومی، طول کاواک، پوشش نقطه‏کوانتومی، ضریب محبوس‏شدگی نوری و ضریب شکست مؤثر بررسی می‏شوند. این مشخصه‏ها برای سه شکل از نقطه‏کوانتومی شامل کره، استوانه و هرم با حجم‏های مختلف استفاده شده و نتایج بدست آمده در این پایان‏نامه ذکر می‏شوند. شبیه‏سازی انجام شده با استفاده از روش حل عددی رانگ-کوتا مرتبه چهارم و همچنین معادلات آهنگ حاکم بر عملکرد لیزر نقطه‏کوانتومی ingaas/gaas خود سازمان یافته انجام می‏پذیرد. در حالت ایده‏آل مشاهده می‏شود، سه شکل انتخاب شده، با در نظر گرفتن شعاع و ارتفاع نقطه‏کوانتومی برابر با 9 نانومتر نقطه‏کوانتومی کروی شکل توان خروجی بیشتری را تولید می‏کند. در حالت واقعی، هر دو پهن‏شدگی همگن و ناهمگن در فرمول بهره نوری لحاظ شده و بهره به‏صورت خطی در نظر گرفته می‏شود. در این حالت افزایش پوشش نقطه‏کوانتومی ، طیف بهره-گسیل را به‏سمت تلفات بیشتر هدایت می‏کند.

کاهش تلفات در فیبرهای نوری معمولی از اهداف مهمی است که به دلیل عبور نور ازدرون هسته شیشه ای بامحدودیت هایی روبه رو شده است.ایده انتشار نوردرهسته ای از جنس خلاء و یا هوا،مطالعه و بررسی فیبرهای بلورفوتونی هسته توخالی را مورد توجه قرارداده است. دراین پایان نامه دونمونه سطح مقطع فیبر بلور فوتونی هسته توخالی 19سلولی ازجنس شیشه مخابراتی 7980کورنینگ طراحی و به روش تفاضل محدود با کمک نرم افزارشبیه سازی گردیده است.دراولی بارویکرد ساختاری کم تلفات،انتخاب سطح مقطع دایره ای به شعاع70میکرومتر، هسته ای توخالی به شعاع 7میکرومترو پوششی با 5حلقه حفره هوایی درترکیب متوالی با 4رینگ توخالی به مرکزیت هسته، تلفاتی به مقدار db/km0/26344درطول موج 1/55میکرومتر به دست آمد.همچنین دو کمینه تلفات دیگر به مقدارdb/km 0/045در طول موج 1/52604میکرومتر و db/km 0/009در طول موج 1/57682میکرومتر مشاهده شد. در طراحی فیبر دوم با انتخاب همان جنس وپوششی شش گوش متشکل از 5 حلقه حفره هوایی، هسته ای به شعاع 47/8947،شعاع کل فیبر 309میکرومتر و با انتخاب شعاع حفره های هوایی پوشش به ترتیب در حلقه اول 9/6152، حلقه دوم 7/8903، حلقه سوم 6/7333 و حلقه چهارم و پنجم 11 میکرومتر،کمینه تلفاتی به مقدارdb/km 4/1565*10^-12در مود اصلی و طول موج 1/55 میکرومتر به دست آمد.

چکیده ندارد.