یکی از افزاره¬هایی که به دلیل ابعاد کوچک و دقت بالا در سال¬های اخیر بیشتر مورد توجه قرار گرفته¬اند، فیبرهای کریستال فوتونی هستند. این فیبرها دارای حفره¬های هوا در پوشش خود هستند و به دونوع کلی هسته جامد و هسته توخالی، تقسیم می¬شوند. فیبرهای کریستال فوتونی با هسته توخالی و یا فیبرهای شکاف باند فوتونی با هسته هوا، مزایای منحصر¬به¬فردی دارند که قادرند در کاربردهای حسگری، به جای فیبرهای نوری مرسوم قرار گیرند. یک نوع جدید از موجبرهای نوری که فیبرهای شکاف باند فوتونی با هسته توخالی نامیده می¬شود، در این پایان¬نامه مورد توجه قرار گرفته است. این فیبرها به دلیل هم¬پوشانی زیاد بین مود نوری و هسته توخالی، می¬توانند جایگزین خوبی برای تجهیزات حسگری باشند. در این پایان¬نامه استفاده از فیبر شکاف باند فوتونی برای حسگری گاز مورد بررسی قرار می¬گیرد. برهم¬کنش بین نور و نمونه گاز موجب می¬شود تا نور درون هسته توخالی تضعیف شود. گاز درون هسته توخالی، با اندازه¬گیری مقدار نور تضعیف شده بر اثر جذب، مورد آشکارسازی قرار می¬گیرد. حتی با این روش می¬توان ضریب نفوذ گاز را نیز محاسبه کرد. بدیهی است که حساسیت و تلفات تحدید دو پارامتر مهم در حسگرهای گاز کریستال فوتونی هستند. بنابراین با طراحی و بهینه¬سازی دقیق مشخصات ساختاری فیبر، تلاش شده است که حساسیت بالا و تلفات تحدید کم به طور هم¬زمان تحقق یابند. در این پایان¬نامه دو ساختار حسگر گاز بر مبنای فیبر شکاف باند فوتونی پیشنهاد شده است. در ساختار اول با بهینه کردن شعاع هسته فیبر در یک محدوده مشخص ، با غلبه بر آثار مودهای سطحی به حساسیت 5/92% در تلفات تحدید ، رسیدیم. در ساختار دوم هسته فیبر با حذف نوزده حفره هوایی در مرکز ساختار، شکل گرفت. در این ساختار با بهینه کردن ضخامت لایه سیلیکایی محصورکننده هسته توخالی با انتخاب ضخامت بهینه ، و تعبیه شش هسته کوچک در پوشش فیبر با فاصله یک حفره هوایی از هسته مرکزی، به ترتیب بر آثار مودهای سطحی و مودهای مرتبه¬بالا غلبه کردیم و توانستیم به حساسیت 97% در تلفات تحدید ، دست یابیم.

در دهه های اخیر ادوات نوری مبتنی بر کریستال های فوتونی به دلیل ویژگی های جالب کریستال های فوتونی مانند تلفات ناچیز، سرعت گروه بسیار پایین، انعطاف پذیری در شکل و ابعاد و همچنین مناسب بودن برای مدارات مجتمع در ابعاد نانو، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. از جمله کاربردهای کریستال های فوتونی، در حسگرهای جابه جایی می باشند. حسگرهای جابه جایی از سه قسمت اصلی تشکیل شده اند که عبارتند از: منبع نور، آشکارساز و همچنین دو قطعه کریستال فوتونی شامل یک موجبر و میکرو کاواک. در این پایان نامه طراحی و شبیه سازی حسگر جابه جایی بر مبنای کریستال فوتونی دو بعدی با بهبود پارامترهایی مانند حساسیت و ضریب کیفیت انجام شده و نتایج به دست آمده در مقیاس با حسگرهای جابه جایی موجود بیان شده است. برای افزایش حساسیت حسگرها از موجبر با تغییر اندازه شعاع میله ها به جای حذف آنها و برای افزایش ضریب کیفیت کاواک، از کاواک حاصل از حذف سه میله استفاده شده است. در ساختار اول با کمک حذف سه میله و جابه جایی دو میله انتهایی، ضریب کیفیت کاواک به 25000 رسیده و حساسیت حسگر در محدوده جابه جایی صفر تا 0/2μm برابر [〖μm〗^(-1) ] 625/0 شده است. در ساختار دوم که برای جابه جایی در راستای عمودی طراحی شده ضریب کیفیت کاواک 25000 و حساسیت حسگر برابر [〖μm〗^(-1) ] 9/0 در محدوه جابه جایی صفر تا 0/2μm است. سپس حسگر متشکل از حفره های هوا داخل دی الکتریک، می باشد، به ضریب کیفیت کاواک برابر 25000 و حساسیت [〖μm〗^(-1) ]5/2 در محدوده جابه جایی صفر تا 0/02μm دست یافته ایم. در انتها از موجبر با تغییر اندازه شعاع میله ها به جای حذف آنها استفاده شده که در این حالت حساسیت حسگر به [〖μm〗^(-1) ]6/3 در محدوده جابه جایی صفر تا 0/5μm می رسد و در این حالت ضریب کیفیت کاواک در حدود 180 می باشد.