نقطه های کوانتومی در اثر محدود شدن سه بعدی حامل های بار در نیم رساناها بوجود می آیند. در یک «نقطه کوانتومی نیم رسانای دو بعدی»، الکترون ها در یک پتانسیل دو بعدی محدود عرضی حرکت می کنند. در اغلب بررسی ها این پتانسیل دو بعدی به صورت پله ای در نظر گرفته می شود. اما از آنجا که برای نقطه ی کوانتومی مرز تیز و مشخصی وجود ندارد، در نظر گرفتن پتانسیل پله ای برای بررسی خواص کوانتومی آنها دقیق نمی باشد. به همین دلیل پتانسیل های یکنواخت و در عین حال تند تغییر مختلفی پیشنهاد شده است که از میان آنها می توان از پتانسیل های کسری و گاوسی نام برد. در این پایان نامه ساختار الکترونی نقطه های کوانتومی دو بعدی دایروی را با استفاده از پتانسیل های محدود شدگی پله ای، کسری و گاوسی محاسبه و آنها را با هم مقایسه می کنیم. به این منظور انرژی حالت های مختلف انرژی را در این نقطه های کوانتومی به صورت تابعی از شعاع ها و ارتفاع های مختلف دیواره ی نقطه ی کوانتومی مورد بررسی قرار داده ایم. نتایج بیانـگر این موضوع می باشد که افزایش شعاع نقطه های کوانتومی در تمام موارد باعث کاهش انرژی تمام ترازها و میل آنها به انرژی حالت کپه ای ماده می شود. همچنین کاهش شعاع نقطه های کوانتومی نیز سبب افزایش انرژی تراز ها و میل آنها به مقدار پتانسیل دیواره می شود که این در واقع به معنای آزادی الکترون از قید نقطه ی کوانتومی و حرکت آزادانه ی آن ها در محیط خارج از نقطه ی کوانتومی می باشد. همچنین برای تمام حالت ها انرژی ترازهای مشابه برای پتانسیل پله ای پایین تر از پتانسیل های کسری و گاوسی قرار می گیرد. این به آن دلیل می باشد که این دو پتانسیل در ناحیه ی نزدیک مبدأ پهنای کمتری دارند که این سبب افزایش انرژی ترازها می شود. همچنین برای شعاع های بزرگ تر انرژی ترازهای این دو پتانسیل با سرعت کمتری به صفر میل می کند. بررسی تابع موج های این ترازها نیز مطالب بالا را تأیید می کند. افزایش ارتفاع دیواره ی پتانسیل در شعاع ثابت همچنین سبب افزایش انرژی و مقید شدن بیشتر حامل ها به نقطه ی کوانتومی می شود. در ادامه ی محاسبات قدرت نوسانگر را برای هر سه نوع پتانسیل مورد بررسی قرار دادیم. این کمیت که بیانگر احتمال گذار بین دو تراز می باشد در یک ارتفاع ثابت پتانسیل دیواره برای پتانسیل ثابت کمتر از سایر پتانسیل ها می باشد.

کلیدزنی نوری در ساخت سیستم های مخابراتی تمام نوری و دستگاه های پردازش سیگنال کاربرد زیادی دارد. مزدوج موازی غیرخطی یکی از عناصر نوری مهم در سیستم های پردازش سیگنال جهت استفاده در سیستم های ارتباطی می باشند که دارای کاربردهایی نظیر تقویت کننده ها، تضعیف کننده ها و کلیدهای نوری می باشند. در این پایان نامه به بررسی کلیدزنی برداری سالیتون تاریک و روشن در مزدوج های موازی متقارن و نامتقارن غیرخطی بر اساس فاز پالس ورودی پرداخته ایم. با شبیه سازی انتشار سالیتون روشن و تاریک در کلید با استفاده از روش عددی کرانک - نیکلسون و رانگ – کوتا و با در نظر گرفتن شرایط اولیه به کلیدزنی دست یابیم. نشان داده ایم که مزدوج موازی متقارن و نامتقارن می تواند به عنوان یک کلید سالیتونی بر اساس زاویه قطبش طراحی شود و با افزایش زاویه قطبش کلیدزنی بهتری را در مزدوج موازی خواهیم داشت و همچنین نشان داده-ایم که با کنترل فاز، مزدوج موازی می تواند به عنوان کلید سالیتونی تمام نوری با توان ورودی کمتر از توان بحرانی استفاده شود. سالیتون ها در طول انتشارشان در شکست دوگانه بالا نسبتاً با ثبات-ترند. تنها تفاوت قابل توجه این است که توان بحرانی کلیدزنی در مزدوج موازی شکست دوگانه پایین نسبت به شکست دوگانه بالا کمتر است و در نتیجه کلیدزنی با توان کمتری صورت می گیرد.

اسپینترونیک یکی از زمینه¬های نوظهور علم نانو است که هدفش مطالعه نقش اسپین الکترون در فیزیک ماده چگال می¬باشد. در این پایان نامه به بررسی دو شاخه جدید اسپینترونیک می¬پردازیم. در بخش مدارهای اسپینی، هدف محاسبه اندازه جریان اسپینی در دو مدار اسپینی π و t شکل با در نظرگرفتن دو نانوکانال غیرمغناطیسی متفاوت از جنس طلا و مس می¬باشد. بر اساس نتایج بدست آمده در این پایان¬ نامه جریان اسپینی شاخه سری با کاهش طول و افزایش سطح مقطع نانوکانال افزایش می¬یابد. جریان اسپینی اتلافی شاخه واگرد اسپینی نیز با کاهش طول و سطح مقطع نانوکانال کاهش می¬یابد. انتخاب فلز مس به عنوان نانوکانال غیرمغناطیسی به دلیل یکسان بودن ثابت شبکه-اش با پرمالوی، طول پخش اسپینی بیشتر و نیز اتلاف جریان اسپینی کمتر برتری دارد. در بخش لیزرهای اسپینی با حل دینامیکی معادلات نرخ حاکم بر لیزر نیمه¬رسانای چاه کوانتومی اسپین قطبیده نشان می¬دهیم با افزایش اندازه قطبش جریان الکترونی تزریق شده و کاهش نسبت واهلش اسپینی بهنجار شده، چگالی جریان آستانه کاهش می¬یابد. ماکزیمم چنین کاهشی 0.31 است. با افزایش اندازه قطبش جریان الکترونی تزریق شده پهنای بازه فیلترینگ اسپینی بهنجار شده افزایش می¬یابد. ماکزیمم این بازه 1.36 است. بهره اپتیکی الکترون¬های اسپین بالا نیز با کاهش همزمان چگالی الکترون¬های اسپین بالا و فاکتور اشباع بهره افزایش می¬یابد. ماکزیمم این بهره 17.36 است. برای لیزر نیمه¬رسانای نقطه کوانتومی اسپین قطبیده پس از حل دینامیکی معادلات نرخ حاکم آن دریافتیم که پهنای بازه فیلترینگ اسپینی بهنجار شده با افزایش اندازه قطبش جریان الکترونی تزریق شده و کاهش زمان گیراندازی الکترونها، افزایش می¬یابد. ماکزیمم این بازه 0.90 است. افزایش پهنای بازه فیلترینگ اسپینی بهنجار شده، چگالی جریان آستانه را کاهش می¬دهد. ماکزیمم چنین کاهشی 0.353 است. بهره اپتیکی الکترون¬های اسپین بالا چنین لیزری با افزایش احتمال اشغال ترازها توسط الکترون اسپین بالا و ترازهای اشغال شده توسط فوتون با هلیسیته منفی، افزایش می¬یابد. ماکزیمم این بهره 17.70 است.

در سال¬های اخیر بررسی اثر اسپین مربوط به جفت¬شدگی اسپین- مدار در ساختارهای کوانتومی نیم¬رسانا به ویژه نقاط کوانتومی توجه بسیاری از محققان را به خود جلب نموده است. کنترل اسپین مستلزم این است که اسپین، تمیز پذیر باشد و این بدین معنی است که تبهگنی اسپینی باید از میان برداشته شود. یکی از راه¬های کنترل حالت¬های اسپینی، به کار بردن یک میدان مغناطیسی برای حذف تبهگنی کرامرز است که در نتیجه آن امکان دستکاری حالت¬های اسپینی از طریق جفت¬شدگی اسپین– مدار راشبا و درسل¬هاوس، که به دلیل عدم تقارن انعکاسی فضایی به وجود آمده است، فراهم می¬شود. در سیستم¬های کوانتومی محدود عوامل خارجی همچون میدان¬های الکتریکی، مغناطیسی، فشار، دما و غیره نقش اساسی در تعیین ویژگی¬های فیزیکی نانوساختارها بازی می¬کنند. در این رساله به بررسی اثر فشار و دما بر روی حرکت لرزشی الکترون در نقاط کوانتومی نیم¬رسانا تحت تأثیر جفت¬شدگی اسپین– مدار راشبا و درسل¬هاوس می¬پردازیم و دینامیک مقدار چشم¬داشتی موقعیت الکترون را بر حسب زمان محاسبه می¬کنیم. در این راستا دو سیستم متفاوت که یکی از آن¬ها نقطه¬ی کوانتومی با محدودیت سهموی و تحت تأثیر دما، فشار و میدان مغناطیسی و دیگری یک گاز الکترونی دو بعدی تحت تأثیر دما، فشار و اثر توأم راشبا و درسل¬هاوس می¬باشد بررسی شده¬اند. نتایج نشان می¬دهد که در نوسانات الکترون یک زنش وجود دارد و فرکانس و دامنه این نوسانات لرزشی به شدت به دما و فشار وابسته می¬باشد.

چاه کوانتومی، یکی از سیستم¬های کوانتومی نیم¬رسانا است که درآن حرکت حامل¬های بار در یک راستا محدود و در دو راستای دیگر آزاد می¬باشند. محدودیت کوانتومی یک بعدی در این ساختارها باعث گسستگی ترازهای انرژی شده و ویژگی های الکترونی و نوری جدیدی که در مواد کپه ای وجود ندارد را تولید می نماید. علاوه براین، به علت کاربرد گسترده چاه های کوانتومی نیمرسانا در ساخت قطعات الکترونی، اپتوالکترونی، لیزرهای نیمرسانا، رایانه¬های کوانتومی و دیودهای نورگسیل، مطالعه ویژگی¬های الکترونی و نوری این سیستم کوانتومی و تاثیر عوامل خارجی بر این ویژگی¬ها ضروری به نظر می¬رسد. ازاین روی، در این پایان نامه یک چاه کوانتومی نیم رسانا را در نظر گرفته و با حل معادله شرودینگر در مختصات دکارتی، ترازهای انرژی الکترون محبوس در چاه کوانتومی را تحت تأثیرمیدان¬های مغناطیسی، الکتریکی و لیزری مورد مطالعه قرار می¬دهیم. در ادامه با داشتن ویژه توابع و ویژه مقدارها¬ی انرژی، تغییرات ضرایب جذب، شکست و همچنین ضریب همسوسازی نوری ناشی از گذار بین زیرنوارهای چاه کوانتومی مورد نظر را محاسبه می-نماییم. بدین منظور با استفاده از ماتریس چگالی و روش تکرار، تغییرات ضرایب جذب، شکست و ضریب همسوسازی نوری را بررسی نموده و تأثیر اندازه چاه و میدان¬های الکتریکی، مغناطیسی و لیزری را بر این ویژگی¬های نوری مورد مطالعه قرار می¬دهیم. نتایج به دست آمده نشان می دهند که نه تنها اندازه چاه بلکه عوامل خارجی از قبیل میدان های مغناطیسی، الکتریکی و لیزری تاثیر قابل توجهی بر ساختار الکترونی و ویژگی های نوری چاه کوانتومی دارند.

برای ایجاد نور لیزر به یک محیط فعال لیزری، چشمه دمش جهت افزایش وارونی جمعیت و مشددی جهت تقویت نور خروجی نیاز است که در آن، چشمه دمش را می توان به صورت تاپ هت در نظر گرفت. در حین دمش و افزایش جمعیت معکوس، به خصوص در لیزرهای با توان بالا، گرمایی در سیستم ایجاد می شود که موجب تغییرات خواص اپتیکی محیط از جمله ضریب شکست می شود. بنابراین باید تابع دمایی در محیط مورد بررسی قرار گیرد. برای این منظور روش های متعددی وجود دارد. در این پایان نامه، تابع توزیع دما در مشددهای لیزری مستطیلی مورد بررسی قرار گرفته است؛ برای بررسی تابع حرارتی از روش تابع گرین استفاده شده است. در این روش که برای حل معادلات دیفرانسیل ناهمگن استفاده می شود، ابتدا تابع گرین مربوطه را در دستگاه مختصات دکارتی به دست آورده ایم و سپس با استفاده از معادلات هلمهولتز و با اعمال شرط مرزی دیریکله، به دلیل مشخص بودن دمای مشدد روی مرز، معادله مربوط به دمای ایجاد شده درون و روی مرز را حل کرده ایم. نمودار مربوط به تغییرات دمایی برای تعدادی چشمه با توان متفاوت و در نقاط دلخواه محیط به کمک نرم افزار maple رسم شده است. با توجه به گرمای ایجادشده در محیط به خصوص در لیزرهای با توان بالا، شرایط اپتیکی محیط تغییر می کند، لذا تغییرات ضریب شکست محیط فعال که یکی از اثرات دمایی و گرمای ایجاد شده در محیط است در این پایان نامه بررسی شده است.

چکیده ندارد.

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

کلیدزنی یک عمل اساسی در شبکه های مخابراتی، کامپیوترهای رقمی و سیستم های پردازش سیگنال است. توسعه سیستم های مخابراتی نوری با نرخ بالای انتقال اطلاعات، نیاز به طراحی مدارهای منطقی و کلیدهای تمام نوری را بیش از پیش افزایش داده است. مزدوج های موازی غیرخطی یکی از عناصر نوری مهم جهت استفاده در ارتباطات و محاسبات اپتیکی است که باعث جذابیت های زیاد تحقیقاتی شده است. تعداد زیادی از کاربردهای این ابزار نظیر مدوله کننده ها، سوئیچ ها، تقویت کننده ها، تضعیف کننده ها و عناصر منطقی نظیرand, xor, nand, or گزارش شده است. در این پایان نامه ما فرایند کلیدزنی را در مزدوج موازی غیرخطی دوهسته ای و سه هسته ای بررسی کرده-ایم. برای مزدوج سه هسته ای سه مدل مثلثی (tnldc-t)، تخت نوع اول (tnldc-p1) و تخت نوع دوم (tnldc-p2) در نظر گرفتیم. هسته ی تمام این مزدوج ها به صورت فیبر تک مد بدون اثرات جذب، اتلاف، پاشندگی و به صورت کاملا متقارن می باشند. همچنین ورودی این مزدوج ها یک بار با موج پیوسته (cw) و بار دیگر شبه پالس ایستا می باشد. این مزدوج های موازی به عنوان یک سوئیچ خودکنترل کننده ی تمام نوری طراحی شده اند. در مدل مثلثی تفاوتی نمی کند که هسته ی کنترلی را کدام هسته در نظر بگیریم اما در مدل تخت بسته به اینکه کدام هسته را لحاظ کرده ایم، به دو مدل نوع اول و نوع دوم تقسیم می شود. با استفاده از مزدوج های فوق می توانیم دروازه های منطقی and, or, nor, xor, nxor, not, nand را طراحی کرده و تنها تفاوتی که با طراحی سوئیچ دارد این است که در مدار منطقی کنترل توسط تغییر فاز سیگنال صورت می گیرد در حالیکه در طراحی سوئیچ کنترل توسط دامنه سیگنال انجام می شود. کارایی دروازه های منطقی که طراحی کرده ایم به روش مرسوم مدارهای منطقی (fomelg) بررسی شده است و در نهایت با استفاده از این دروازه ها یک نیم جمع کننده تمام نوری طراحی کرده ایم.

در این پایان نامه، با استفاده از هامـیلتونی الکــترون برای جعبه کوانـتومی با پتانسیل محصور شده متناهی برای ماده نیم رسانا ، به حل معادله شرودینگر در سه بعد به روش جـداسازی متغیرها در سیـستم مختصات دکارتی، پرداخته و ویژه توابع موج برای حالت پایه و حالت برانــگیخته به دست آورده شده است. همچنین ویژه مقادیر انرژی این ویژه توابع، با روش حل نموداری به دست آورده شده است. در ادامه، برهم کنش الکــترون با میدان الکترومغناطیسی برای جعبه کوانتومی با پتانسیل محصور شده متناهی، در نظر گرفته شده و با استفاده از نظریه اختلال هماهنگ و تقریب دو قطبی الکتریکی، احتمال گذار برای حالت جذب محاسبه گردیده است و عبارت سطح مقطع جذب به دست آورده شده است. در ادامه، به بررسی اثر فوتوالکتریک پرداخته و با در نظر گرفتن کت حالت موج تخت در حالت برانگیخته و با استفاده از تقریب دوقطبی الکتریکی، عبارت سطح مقطع دیفرانسیلی جذب برای جعبه کوانتومی با پتانسیل محصور شده متناهی برای ماده نیم رسانا در سیستم مختصات دکارتی محاسبه گردیده است. همچنین با کمک گرفتن از سیستم مختصات قطبی، عبارت سطح مقطع دیفرانسـیلی جذب بر حسب و نوشته شده است و با استفاده از مقادیر عددی و با استفاده از نرم افزار ، نمودارهای سطح مقطع دیفرانسـیلی جذب بر اثر فوتوالکتریک، بر حسب و برای مقادیر مخـتلف طول جعبه کوانتومی و همچنین مقادیر مخـتلف غلظت آلومینیم جعبه کوانتومی با پتانسیل محصور شده متناهی رسم گردیده است.

بلورهای فوتونی ساختارهای طبیعی یا مصنوعی هستند که در آن ها ضریب شکست به طور تناوبی تغییر می کند. این ساختارها اجازه انتشار امواج الکترومغناطیسی را درون ناحیه فرکانسی معینی نمی دهند بنابراین نور در این ناحیه کاملاً منعکس می شود. این نواحی ممنوعه گاف نوار فوتونی نامیده می شود. بلورهای فوتونی یک بعدی ساختارهای دی الکتریکی هستند که خصوصیات اپتیکی-شان در یک جهت تغییر می کند، این جهت محور تناوبی نامیده می شود، در دو جهت دیگر ساختار یکنواخت است. مواد چپگرد نیز ساختارهای مصنوعی با گذردهی الکتریکی ? و تراوایی مغناطیسی µ هم زمان منفی می باشند. در این مواد جهت بردار پویین تینگ در خلاف جهت بردار موج است، بنابراین بردار موج و ضریب شکست بایستی منفی باشند و ، و تشکیل یک دستگاه سه گانه چپگرد می دهند. در این پایان نامه هدف بررسی انعکاس حاصل از بلورهای فوتونی می باشد که برخی لایه های آن از مواد چپگرد تشکیل شده است. بررسی انعکاس بلورهای فوتونی سه لایه ای شامل مواد چپگرد هدف اصلی پایان نامه است. در ابتدا رابطه پاشندگی را برای این ساختار محاسبه کرده و سپس تغییرات پهنای نوار گاف را در ساختارهای مختلف با تغییر ضریب شکست و یا ضخامت لایه ها بررسی می کنیم. در نهایت افزایش انعکاس تمام جهتی را برای بلور فوتونی سه لایه ای با وارد کردن ماده چپگرد به ساختار بررسی و رابطه پاشندگی را برای این ساختار سه لایه ای رسم خواهیم کرد. نشان خواهیم داد که ورود ماده چپگرد به ساختار بلور فوتونی سه لایه ای سبب افزایش پهنای نوار گاف نسبت به ساختار معمولی شده و این مزیتی نسبت به بلور فوتونی سه لایه ای با ضرایب شکست مثبت محسوب می شود.

ساختارهای کوانتومی، ساختارهایی می¬باشند که در آنها الکترون¬ها و حفره¬ها در اندازه¬های کوانتومی جایگزیده شده¬اند. خواص الکترونی و نوری این مواد به مقدار قابل توجهی با خواص آنها در حالات کپه¬ای متفاوت است. در این ساختارهای خیلی کوچک توابع موج در ناحیه کوچکی از فضا محبوس بوده که این منجر به اثراتی می¬گردد که آنها را اثرات تحدید کوانتومی گویند. سیم کوانتومی یکی از ساختارهای کوانتومی است که در آن حامل¬های بار در دو جهت محدود و در یک جهت آزاد می¬باشند. این محدودیت کوانتومی باعث شده که ترازهای انرژی سیم کوانتومی گسسته و چگالی حالات آن نیز جایگزیده باشد و این خود باعث پیدایش ویژگی¬های الکترونی و نوری منحصربه فردی در اینگونه نیم¬رساناها می¬شود که منجر به کاربرد وسیع آنها می¬گردد. در این رساله ابتدا با حل معادله شعاعی شرودینگر در تقریب جرم موثر، برای داخل و خارج سیم کوانتومی استوانه¬ای با کف محدب در حضور یک میدان مغناطیسی که در راستای محور سیم است، حالات الکترونی آن را بررسی کرده و ترازهای انرژی آن را بدست می¬آوریم و تأثیر عواملی از جمله شعاع سیم، برجستگی کف سیم، قدرت میدان مغناطیسی و پتانسیل تحدید را بر ترازهای انرژی سیم بررسی نموده¬ایم. نتایج بدست آمده حاکی از این است که ترازهای انرژی سیم کوانتومی به ابعاد و خصوصیات سیم وابسته است. در ادامه ناخالصی هیدروژنی را به سیستم وارد می¬کنیم و نشان می¬دهیم که وجود ناخالصی هیدروژنی کاهش انرژی ترازها رابه دنبال خواهد داشت سپس به کمک ماتریس چگالی تأثیر این ناخالصی را بر ضرایب جذب و شکست مطالعه می¬کنیم. سپس میدان الکتریکی را نیز به سیستم وارد کرده و تأثیر آن را بر ضرایب جذب و شکست بررسی می¬کنیم در نهایت نیز مقایسه¬ای بین تاثیر ناخالصی هیدروژنی و میدان مغناطیسی برسیستم انجام خواهیم داد. نتایج حاصله نشانگر این است که حضور ناخالصی هیدروژنی و میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی کاملا بر خصوصیات الکترونی و نوری سیم تأثیرگذار می-باشد.

در سالهای اخیر خواص اپتیک چاههای کوانتومی، سیم های کوانتومی و نقاط کوانتومی بطور قابل ملاحظه ای مورد توجه قرار گرفته است. مطالعه این ساختارها حوزه های جدیدی را در فیزیک بنیادی نانوفوتونیک و شیمی باز نموده و گستره عظیم و بالقوه ای از کاربردها را برای وسایل اپتوالکترونیک از جمله لیزرهای نیم رسانا، ترانزیستورهای تک الکترونی، حافظه های اپتیکی و آشکارسازهای فوتونی مادون قرمز را پیشنهاد می¬کند. در این پایان نامه به بررسی خواص اپتیکی چاههای کوانتومی با توجه به اثر دما پرداخته می¬شود. با توجه به اینکه حل دقیق معادله تحول زمانی ماتریس چگالی برای اکثر سیستم های فیزیکی نا ممکن می¬باشد، لذا با استفاده از روش اختلال تصحیح مرتبه اول، دوم و سوم ماتریس چگالی را به دست آورده و سپس به کمک آن پذیرفتاری الکتریکی خطی و غیرخطی مرتبه دوم و سوم را تعیین می کنیم. سپس با حل معادله شرودینگر برای چاههای کوانتومی از نوع با آرایش متفاوت با ساختار نیم رسانا ویژه توابع و ویژه مقادیر انرژی را به دست می¬آوریم و در نهایت تغییرات ضریب جذب و ضریب شکست را بصورت تابعی از انرژی فوتون فرودی محاسبه کرده، و اثراتی مانند دما، شدت نور فرودی و طول چاه را بر روی این خواص مورد بررسی قرار می¬دهیم.

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.

لنزهای آکوستیکی در صنعت و درمان مورد استفاده قرار گرفته است. در واقع استفاده از گلوله های صوتی به عنوان روشی مقرون به صرفه در درمان تومور بوده و تنها از امواج فراصوتی استفاده می کند. گلوله های صوتی می تواند تومورهای عمیق در داخل بدن را بدون در معرض قرار دادن پرتوها یا جراحی هجومی نابود کند. کاربردهای دیگر گلوله های صوتی در تصویربرداری های بیومدیکال و سیستم دفاعی و نیز آشکارسازی آسیب در اجسام است.

در این پایان نامه پارامترهای یک لیزر متشکل از آرایه ای از نانوحفره های جفت شده بلور فوتونی با یک لیزر تک حفره بلور فوتونی مقایسه می شود.تغییرات چگالی حامل ها بر حسب زمان و تغییرات چگالی فوتون بر حسب زمان را بدست آورده.سپس ازحل معادلات آهنگ در حالت پایا یعنی حالتی که تغییرات چگالی حامل ها و تغییرات چگالی فوتون بر حسب زمان مساوی با صفر می باشد، می توان به معادله مربوط به توان ورودی آستانه و بهره در آستانه رسید. توان ورودی آستانه و همچنین شیب نمودار توان خروجی بر حسب توان ورودی که بیانگر راندمان کوانتومی دیفرانسیلی بوده برای یک لیزر تک حفره و آرایه-ای از لیزرهای جفت شده بلور فوتونی محاسبه نموده و با یکدیگر مقایسه می شود.

در این پایان نامه تأثیر همزمان فشار، دما، میدان الکتریکی خارجی و تابش لیزری بر روی ضریب همسوسازی نوری وتولید هماهنگ مرتبه سوم یک نقطه کوانتومی کروی با پتانسیل سهموی و ناخالصی پوششی مطالعه شده است.

هدف این رساله مطالعه خواص نوری چاه های کوانتومی کرنشی algan-inganاست. به این منظور ما معادله شرودینگر را به صورت تحلیلی و با استفاده از روش ماتریس انتقال حل کرده ایم و ویژه مقادیر انرژی و توابع موج متناظر با آن را بدست آورده ایم.سپس خواص نوری خطی و غیرخطی با استفاده از رهیافت ماتریس چگالی محاسبه شده و اثراتغلظت ایندیم، غلظت آلومینیوم و طول چاه بر روی خواص نوری چاه کوانتومی کرنشی نیزبررسی شده است.

در چند دهه اخیر استفاده از انرژی همجوشی هسته ای به روش محصورسازی لختی بسیار مورد توجه قرارگرفته و در این راستا به منطور دستیابی به بهره انرژی بالا طرحهای متفاوتی ارائه گردیده است. در روشهای متداول وجود ناپایداریهای هیدرودینامیکی باعث کاهش بهره انرژی می شود . برای کاهش ناپایداریها و دسترسی بهره انرژی بالا روش دیگری به نام " احتراق سریع " پیشنهاد شده است .در این روش برخلاف روش احتراق لکه داغ مرکزی فرآیندهای تراکم و احتراق از هم جدا شده اند.تا کنون از باریکه های محرک متفاوتی مانند الکترونهای نسبیتی و باریکه هایی از ذرات باردار نظیر یونهای سبک و سنگین جهت احتراق استفاده شده است . هر یک دارای مزایا و معایب متفاوتی هستند. در بین یونهای سبک باریکه های دوترون علاوه بر گرمارسانی باعث سوخت رسانی در راکتور های همجوشی به روش محصور سازی لختی می گردد و می توانند چگالی انرژی زیادی بوسیله توقف در حجم کوچکتر سوخت ایجاد کنند. لذا دستیابی به بهره انرژی اضافی همجوشی با آنها یک ویژگی منحصر به فرد است که می تواند باعث کاهش کل شار دوترون های مورد نیاز و یا متناوباً کاهش انرژی باریکه لیزر فرودی گردد .این موضوع می تواند نقش بسزایی در افزایش بازدهی راکتورهای همجوشی داشته باشد. هدف از این تحقیق بررسی احتراق سریع سوخت dt و he3d با استفاده از باریکه های دوترون و محاسبه بهره انرژی اضافه شده آنها است .جهت انجام این پژوهش ضمن شناخت و بررسی اصول همجوشی لختی و همچنین نحوه احتراق سریع با باریکه های مختلف ، با استفاده از نرم افزار میپل متوسط واکنش پذیری همجوشی ، توان توقف ، توان به جا گذاری ذرات آلفا ناشی از همجوشی غیر حرارتی ، بهره انرژی اضافی به جا گذاری شده از همجوشی باریکه دوترون- هدف ، برد و زمان توقف ، دینامیک لکه داغ در هر دو سوختdt و he3d مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند بهره انرژی اضافی قابل ملاحظه ای از طریق همجوشی باریکه دوترون با یونهای درون هر دو سوخت بدست می آید و این میزان بهره در انرژی دوترون کوچکتر ودمای الکترون بالاتر بیشتر است.

در این پایان نامه، ساختار نواری و اثر چرخش فاراده در بلور فوتونی دو بعدی مغناطیسی- اپتیکی متشکل از نانو استوانه هایی با المان‏های بیضوی در شبکه مربعی مورد بررسی قرار گرفته است.

در این تحقیق خواص گرماپلاسمونی نانوذرات طلا با شکلهای کروی، هسته – پوسته و میله-ای شکل بررسی شده است.

فرایند جذب نور در سلول های خورشیدی یکی از عوامل موثر در بهبود عملکرد سلول های خورشیدی است. سلول های خورشیدی لایه ی نازک سیلیکونی در ناحیه ی مرئی، جذب پایینی دارد. با استفاده از آرایه ای از نانو ساختارهای فلزی روی نیمه رساناهایی مانند سیلیکون یا ژرمانیوم، میزان جذب نور را، به مقدار قابل توجهی در این لایه ها بالا برده می شود. نانو ساختارهای فلزی به جهت قابلیت آنها در تحریک پلاسمون ها (نوسانات جمعی الکترون های آزاد) مورد توجه قرار گرفته اند. پلاسمون ها، اموج الکترومغناطیسی سطحی هستند که میدان آن ها به شدت به سطح محدود است و به همین دلیل شدت میدان روی مرز زیاد می باشد در نتیجه با برانگیزش پلاسمون های سطحی، میدان در مجاورت سیلیکون به شدت تقویت شده و بدین ترتیب جذب نور در لایه سیلیکون افزایش قابل توجهی پیدا می کند. در این پایان نامه شبیه سازی انتشار امواج الکترو مغناطیسی و ساختار طراحی شده در دو بعد با مبنای روش تفاضل محدود در حوزه زمان، انجام شده است. با قرار دادن نانو ساختارهای مثلثی بر روی لایه نیمه هادی و تاباندن نور، با قطبش tm به ساختار، ضریب جذب افزایش می یابد. برای انتخاب بهترین ساختار، نانوساختار فلزی را در ابعاد فضایی، اشکال هندسی و جنس های متفاوت، بر روی لایه نازکی از نیمه رسانا قرار می دهیم و میزان جذب آنها را مقایسه کرده و ساختار بهینه را معرفی می کنیم. در این شبیه سازی ها ساختارهایی به دست آوردیم که میزان جذب سیلیکون بدون آرایه فلزی را ازحدود 18% به حدود 98% و برای ژرمانیوم تا 96% افزایش می دهد.