در این پایان نامه، با ایجاد همدوسی اتمی در سیستم، که تنها از طریق اعمال میدان دمش غیرهمدوس صورت میگیرد، می توان انتشار پالس لیزری ضعیف را کنترل کرد. انتظار می رود تداخل کوانتومی ناشی از دمش ناهمدوس و همین طور شدت دمش غیرهمدوس بتوانند بر انتشار پالس کاوشگر اثر گذاشته و با تغییر مقدار آن ها، سرعت گروه باریکه ضعیف کاوشگر، از فروسرعت به فراسرعت و برعکس تغییریابد. بدین ترتیب با انتشار پالس نوری در محیط اتمی، کمیت هایی نظیر جذب، پاشندگی و در نهایت سرعت گروه مورد بحث قرار می گیرد.

در این پایان نامه، یک صفحه دوبعدی با سطحی ناهموار در نظر گرفته شد و تاثیر پارامترهای ناهمواری بر تابع دی الکتریک بررسی شد و نمودارها نشان داد که قسمت موهومی تابع دی الکتریک که معرف جذب می باشد، با افزایش طول همبستگی (میانگین فاصله بین پیک های ناهمواری سطح) و ارتفاع ناهمواری (میانگین ارتفاع ناهمواری ها)، افزایش می یابد. افزایش این دو پارامتر، تاثیر قابل توجهی بر فرم تابعی قسمت موهومی تابع دی الکتریک ندارد و تغییرات مشاهده شده ناشی از وابستگی قسمت حقیقی به قسمت موهومی تابع دی الکتریک طبق روابط "کرامرز- کرونیگ" می باشد. در نتیجه به ازای تمام مقادیر از پارامترهای ناصافی، تابع دی الکتریک سطح دوبعدی به نوسانات و ناصافی های سطح وابسته خواهد بود و با افزایش مقدار این پارامترها، افزیش جذب در سیستم را خواهیم داشت که این به دلیل افزایش پراکندگی الکترونهای تحت میدان خارجی در اثر ناهمواری سطح می باشد و منجر به اتلاف انرژی در فرآیند جریان الکترونی در سیستم خواهد شد. بنابراین، با توجه به تغییرات اشاره شده در این پژوهش، تصحیحات تابع دی الکتریک در انتشار نور از کریستال های فوتونیکی قابل مشاهده خواهند بود.

ما در این پایان نامه پذیرفتاری گرافن تک لایه را محاسبه خواهیم کرد. به این صورت که ابتدا هامیلتونی گرافن تک لایه را با استفاده از روش بستگی قوی در فرم کوانتش دوم و با در نظر گرفتن ترم راشبا (یعنی با وجود اثرات اسپین-مدار القایی) محاسبه خواهیم کرد و با محاسبه ویژه حالتها و وارد کردن بر همکنش الکترون- فوتون (وجود یک میدان الکترومغناطیسی خارجی) و اضافه کردن ترم زیمن پذیرفتاری گرافن تک لایه را بدست خواهیم آورد.

در این پایان نامه، اثر هارتمن در ساختار نانو بلور فوتونی یک بعدی مورد مطالعه قرار می گیرد . با استفاده از روش ماتریس انتقال و روش فاز ایستا، زمان فازی مربوط به پالس عبوری از درون نانو بلور فوتونی یک بعدی بررسی شده و نشان داده می شود اگر مواد تشکیل دهنده ی نانو کریستال فوتونی یک بعدی دارای ضریب شکست مثبت باشد اثر هارتمن مثبت می شود که به سرعت فرانوری می انجا مد. همچنین با قرار دادن لایه نقص در این ساختار به مطالعه تاثیر لایه نقص بر نحوه ی انتشار پالس در نانو بلور فوتونی یک بعدی می پردازیم ، ملاحظه خواهیم کرد که میتوان با تغییر برخی پارامتر ها مربوط به لایه ی نقص، سرعت ا نتشار پالس را از فراسرعت به فروسرعت و بالعکس تغییر دهیم.

پیشرفت علم فوتونیک و اهمیت سرعت در جهان امروز، موجب اهمیت روز افزون ساخت و مطالعه کلیدهای نوری می شود. در این میان، بلورهای مایع به دلیل هزینه تولید انبوه قابل قبول، ویژگی های نوری منحصر بفرد، دارا بودن ناهمسانگردی های دی الکتریک و ضریب شکست بالا و همچنین ساخت آسان، از اهمیت خاصی برخوردارند و گزینه مناسبی برای کاربردهای الکترواپتیکی مانند کلیدزنی الکترواپتیکی هستند. در کلیدهای الکترواپتیکی بلورمایع نماتیک پیچشی، با اعمال میدان خارجی به سلول، مولکول ها دوران می کنند و از این خاصیت برای کلیدزنی نور استفاده می شود. امروزه سلول های بلورمایع نماتیک پیچشی کاربردهای فراوانی دارند. یکی از کاربردهای مهم آنها، استفاده در نمایشگرهای بلورمایعی است. از دیگر کاربردهای آنها می توان به هدایت پرتو بر پایه منشور، گیت های منطقی نوری، رمزگذاری نوری اطلاعات و مدولاتور جبهه موج فضایی اشاره کرد. این کار تجربی به بررسی کلیدهای الکترواپتیکی سلول بلورمایع نماتیک پیچشی پرداخته است که شامل مطالعه چگونگی عملکرد این نوع سلول ها، زمان کلیدزنی برای بلورمایع های مختلف و اثر عوامل مختلف بر زمان کلیدزنی می شود. به همین منظور، ابتدا با استفاده از تقریب زاویه کوچک و حل معادله اریکسون – لسلی به عنوان معادله اساسی هیدرودینامیک بلورهای مایع، زمان کلیدزنی برحسب پارامترهای ساختاری سیستم، مانند ضریب چسبندگی و ضرایب الاستیک بدست آمده است. سپس به صورت تجربی، زمان کلیدزنی برای سلول های بلورمایع نماتیک پیچشی با ضخامت یکسان و بلورهای مایع متفاوت، با تغییر ولتاژ اعمالی بدست آمده است. درضمن، تغییرات زمان کلیدزنی با تغییر فرکانس میدان اعمالی مورد مطالعه قرار گرفته است. در ادامه تفاوت ها و شباهت های روابط زمان کلیدزنی محاسبه شده و زمان کلیدزنی تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت با توجه به ویژگی های فیزیکی بلورهای مایع مورد مطالعه و همچنین زمان کلیدزنی مربوط به آنها، کاربردهایی برای آنها پیشنهاد شده است.

بلورمایع های نماتیکی تنوعی از ویژگی های اپتیکی را از خود به نمایش می گذارند که از آنها در ساخت صفحات نمایشگرهای مختلف و همچنین مدولاتورهای فازی و دیگر ابزارهای فوتونیکی که در آنها اثرات الکترواپتیکی کاربرد دارند، استفاده می گردد. معمولا سلول های بلورمایع در عبور نور از درون آنها بر روی قطبش یا فاز نور اثر گذار هستند و این اثرات می تواند به صورت الکتریکی قابل کنترل باشد. البته چنین کاربردهایی را می توان با سیستم های میکروالکترومکانیکی نیز انجام داد ولی سلول های بلورمایع نماتیکی علاوه بر مصرف انرژی کمتر در مقایسه با موارد اخیر، دارای سادگی در کنترل، عدم حضور حرکت مکانیکی و قیمت پایین تر، نیز می باشند. در این پروژه که به صورت تجربی انجام شده است، تأکید بر بررسی و کنترل فاز نور عبوری از سلول بلورمایع نماتیکی به هنگام اعمال میدان الکتریکی به نمونه بوده و شرایط مختلف تأثیر گذار بر فاز نور از سلول های مختلف نظیر ضخامت سلول، رنگینه، غلظت رنگینه، فرکانس میدان اعمالی و دوشکستی های متفاوت نمونه ها بررسی شده است. در این کار، شارش های بلورمایع وجود ندارد، از رسانندگی الکتریکی بلورمایع صرف نظر شده است، همچنین در بررسی دینامیک بازجهت گیری بردار راهنمای بلورمایع نماتیک، فرض زاویه کوچک و مدل تک ثابت برای استفاده از معادله اریکسون – لسلی درنظر گرفته شده است.

کریستالهای مایع (lc) موادی هستند که حالتی دو گانه دارند. یعنی در عین حال که جریان دارند حالت کریستالی خود را حفظ می کنند. در حقیقت حالت کریستال های مایع بیشتر شبیه به مایعات است تا جامدات. کریستال های مایع به دما بسیار حساس هستند و اندکی گرما می تواند آنها را به مایع تبدیل کند. آنها مقادیر متوسطی گرما را دریافت می کنند تا یک ماده مناسب را از حالت جامد به کریستال مایع تبدیل کنند و فقط مقدار کمتری گرما را برای تبدیل همان کریستال مایع به حالت مایع واقعی دریافت می کنند. چون مولکول های کریستال مایع میله ای شکل هستند این مواد خواص، ناهمسانگردی و پدیده های جالبی از خود بروز می دهند. در کریستال های مایع نماتیک اثرات گرمایی به دلیل وابستگی پارامتر های فیزیکیشان به دما، مانند انرژی آزاد فرانک، ضریب جذب نور، پارامتر نظم و ضریب شکست، بسیار مهم هستند [1][2]. موضوعی که در این تحقیق مورد بررسی قرار می گیرد چگونگی بازچرخش دیرکتور (بردار یکه در راستای، متوسط سمت گیری مولکول ها) در اثر فرآیند انبساط حجمی در سلول بلور مایع نماتیک، که مولکول ها به شکل هموتروپ آرایش یافته اند می باشد. انبساط حجمی در اثر نور لیزر ایجاد می شود. به این صورت که نور لیزر به شکل منبع گرمای خارجی به یکی از دیواره های سلول تا بیده می شود. در نتیجه باعث ایجاد گرادیان دمایی در طول سلول می گردد که این توزیع دمایی توسط معادله دما بیان خواهد شد [3]. گرادیان دمایی باعث ایجاد گرادیان فشار و در نهایت ایجاد جریانی از نوع پویزل در سیال شده [5], [4] و شارش ایجاد شده در سیال توسط معادله نویر استوکس بیان می شود [6]. در نهایت شارش سیال باعث بازچرخش دیرکتور می شود که میزان این بازچرخش توسط معادله گشتاوری بیان می شود[2],[1]. باید توجه داشت سطوح مرزی در مقدار بازچرخش دیرکتور موثر هستند. این که مولکول ها در نزدیکی سطوح مرزی آزادی عمل برای حرکت کردن داشته باشند یا کاملا به سطح مقید بوده و هیچ حرکتی نکنند[7]. وقتی نور لیزر به سلول تابیده می شود باعث اعمال گشتاور بر روی مولکول ها شده و مولکول ها در جهت میدان بازچرخش پیدا می کنند. ولی گشتاور ایجاد شده در اثر پدیده ترمو مکانیکی ممکن است به اندازه ای بزرگ باشد که قبل از این که مولکول ها در اثر نور لیزر بازچرخش پیدا کنند، باعث بازچرخش مولکولی شود [8]. بنابراین برای این که فقط بازچرخش در اثر پدیده ترمومکانیکی داشته باشیم باید اندازه شدت میدان اعمالی از یک مقدار بحرانی کمتر باشد. بازچرخش دیرکتور در اثر اعمال میدان خارجی اثر فردریکز نام دارد. به عبارت دیگر شدت میدان اعمالی باید به گونه ای باشد که گذار فردریکز رخ ندهد[9] . در ادامه این کار می توان بازچرخش مولکولی هم در اثر پدیده هیدرودینامیکی و هم در اثر اعمال میدان را که بعد از گذار فردریکز رخ می دهد را بررسی کرد. می توان آرایش مولکولی را در سلول از نوع پلنر یا هیبرید یا توئیست در نظر گرفت.

قبل از اختراع لیزر تصور می شد که همه ی وسایل اپتیکی دارای رفتاری خطی هستند. مستقل بودن ضریب شکست و ضریب جذب از شدت نور، تغییر نکردن فرکانس نور در هنگام عبور از محیط و ...، از جمله مشاهداتی بود که خطی بودن ابزارهای اپتیکی را تأیید می کرد. با اختراع لیزر در سال 1960 توسط مایمن این امکان فراهم شد تا رفتار نور با شدت بالا در محیط های اپتیکی مورد آزمایش قرار گیرد که این مسئله زمینه ساز پیدایش اپتیک غیرخطی شد. در واقع، لیزر می توانست خواص غیرخطی ماده را به وضوح نشان دهد. آزمایش های انجام شده نشان می داد که ضریب شکست و در پی آن سرعت نور در یک محیط اپتیکی، به شدت نور وابسته است و فرکانس نور در عبور از یک محیط غیرخطی تغییر می کند. در یک ماده ی غیرخطی، باریکه ی نور با توان کافی خواص نوری ماده را به گونه ای تغییر می دهد که ماده بر باریکه های دیگری که در آن منتشر شده اند اثر می گذارد (کنترل نور به وسیله ی نور). دو(چند)پایایی نوری یکی از پدیده های جالب در حوزه ی اپتیک کوانتومی غیرخطی است که می توان آن را در اتم های چند ترازی که درون یک کاواک قرار داده شده اند، مطالعه کرد. پدیده ی دو(چند)پایایی نوری به این معنی است که به ازای یک ورودی در داخل یک کاواک یک سویه که شامل ماده ی غیرخطی است، دو یا چند خروجی داشته باشیم. در دوپایایی نوری میزان انتقال امواج از محیط می تواند با افزایش (کاهش) توان لیزر به ناگاه از یک مقدار پایین (بالا) به یک مقدار بالا (پایین) تغییر کند. این رفتار دوپایا در میزان انتقال، یک رفتار دیود مانند است و می تواند در وسایل اپتیکی غیر خطی بسیار مفید بوده و در طراحی ترانزیستورهای نوری، مدارهای منطقی تمام نوری و عناصر ذخیره سازی نوری ، مورد استفاده قرار گیرد . به عنوان مثال صفر و یک های کدهای اطلاعاتی را می توان با شاخه پایین و بالای منحنی دوپایا توصیف کرد. یکی دیگر از کاربردهای دوپایایی پدیده کلیدزنی نوری است که در سیستم های دوپایا به وقوع می پیوندد و سرعت پردازش اطلاعات را هزاران برابر افزایش می دهد. در فصل اول این پایان نامه، ابتدا تاریخچه ی دوپایایی را مرور خواهیم کرد. سپس به معرفی دوپایایی نوری و انواع آن خواهیم پرداخت. در ادامه همدوسی اتمی که از مفاهیم اولیه ی اپتیک کوانتومی است، معرفی خواهد شد. همدوسی اتمی در توصیف پدیده ی دوپایایی نوری در یک سامانه ی اتمی نقش عمده ای دارد. در فصل دوم، مبانی فیزیکی و روش های ریاضی به کار رفته در مسئله شرح داده می شود. برای بررسی فیزیک مسئله یعنی اندرکنش نور با ماده ، روش ریاضی ماتریس چگالی و تقریب های به کار رفته معرفی می شود. همچنین در ادامه دو سامانه ی اتمی به کار بسته در این پایان نامه معرفی خواهند شد. سپس، معادلات ماتریس چگالی برای هر دو سیستم به دست می آید. در انتهای فصل به کمک معادلات ماکسول، معادلات مربوط به دوپایایی نوری در یک کاواک حلقوی تک سویه حل خواهد شد. در فصل سوم با تحلیل نمودارهای رسم شده بر اساس معادلات فصل دوم، به مطالعه ی رفتار دو(چند)پایایی سیستم های مورد نظر می پردازیم. در سامانه ی اول نشان داده شده است که شکل دو(چند)پایایی به پارامترهای اتمی کنترل کننده بستگی دارد که با انتخاب پارامترهای مناسب و در عین حال با بهره گیری از میدان های اعمالی کم شدت می توان به آستانه ی صفر با مقدار خروجی قابل قبول دست یافت. در سامانه ی دوم نیز نقش انتخاب پارامترهای مناسب و میدان های همدوس در یک حلقه ی بسته در ایجاد پدیده ی دو(چند)پایایی نوری به کمک میدان های همدوس کم شدت بررسی شده است.

بلورهای نوری ساختارهای متناوبی هستندکه خواص اپتیکی گوناگونی را از خود نشان می دهند. وجود لایه های متناوب ضریب شکست، موجب حضور نوارهای ممنوعه برای فرکانس های خاص شده وفرکانس های مختلف نیز با موج های مختلف انتشار پیدا می کنند. از این رو بلورهای فوتونی قابلیت تغییر راستای انتشار نور را نیز از خود به نمایش می گذارند که با کنترل آن می توان به ضریب دست یافت. این پدیده که اخیراً مورد توجه زیادی قرارگرفته عبارت است از، شکست نور با زاویه ی منفی در رابطه ی اسنل، بهنگام تابش نور از یک محیط به محیط دیگر. شکست منفی در مواد طبیعی یافت نمی شود وموادی که دارای شکست منفی هستند باید به صورت مصنوعی ساخته شوند، به همین دلیل به آن ها متامتریال یا فراماده نیز گفته می شود. به چنین بلورهای فوتونی متامتریال اطلاق می شود. آنچه پایان نامه حاضر به آن توجه دارد توانایی کنترل و مدوله کردن ضریب شکست منفی در بلورهای فوتونی است، که این عمل به کمک وارد کردن بلورهای مایع در ساختار بلور فوتونی انجام می شود. چون بلورهای مایع همانطور که از نامشان برمی آید موادی بین جامد و مایع هستند و جهتشان با اعمال میدان الکتریکی یا حتی تغییرات دمایی،تغییر می کند. در مطالعات پیشرو با وارد کردن این مواد به محیط بلور فوتونی، ضریب شکست منفی ایجاد شده در محیط را کنترل نمود و در ادامه ساختارهای جدیدی در کنار توانایی مدوله سازی پیشنهاد گردیده و در پایان نیز کاربردهایی برای ساختارهای ارائه شده عنوان خواهد شد. همانطور که از نتایج مشاهده می شود می توان با استفاده از ساختارهای مختلف بلور نوری که در این پایان نامه از شبکه ی مربعی و مثلثی با سطح مقطع میله های مربع شکل استفاده کردیم و از روی نمودارهای هم فرکانس توانستیم به شکست منفی قابل کنترل دست پیدا کنیم.

در بلورهای مایع نماتیک، پدیده ی گذار فردریکز الکتریکی با اضافه کردن نانوذرات فروالکتریک کروی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. کاهش آستانه ی گذار فردریکز به دلیل قابلیت افزایش میدان الکتریکی در حضور نانوذرات نشان داده شد. ثابت شد که در مقادیر بزرگتر قطبش و غلضت نانوذرات، گذار فردریکز می تواند بدون آستانه رخ دهد. در این مورد فقط یک میدان الکتریکی ناچیز برای چرخیدن نانوذرات نیاز است. نانوذرات فروالکتریک اثرات شدیدی بر روی ویژگی های بلور مایع نماتیک از جمله افزایش ناهمسانگردی دی الکتریک، تغییر دمای گذار فاز و پارامتر نظم، افزایش بازدهی پراش اپتیکی و تحت تأثیر قرار دادن خصوصیات گذار فردریکز دارد که در این پایان نامه به بررسی تغییرات آستانه ی گذار فردریکز الکتریکی و زمان واهلش می-پردازیم.

از نظر خواص فیزیکی، بلورهای مایع موادی هستند که به دلیل حساسیت آنها به تغییرات دمایی، در یک بازه ی دمایی خاص در حالت بلوری(جامد) و با افزایش دما به حالت ناهمسانگرد و سپس به حالت همسانگرد(مایع معمولی) درمی آیند. در حالت ناهمسانگرد به دلیل نظم مولکولی خاص، مولکول ها جهت گیری مشخصی را دنبال می کنند که این جهت گیری را می توان با برداری به نام بردار جهت نما نشان داد.اگر به فاز نماتیک مولکول های کایرال اضافه شود فاز کلستریک به دست می آید و کلستریک ها جزو دسته ای از بلورهای مایع هستند که ساختار لایه ای داشته و جهت بردار جهت نما از یک لایه به لایه ی دیگر تغییر می کند و شکل مارپیچی به خود می گیرد. روش های مختلفی برای ایجاد بازچرخش مولکولی در بلورهای مایع وجود دارد از جمله اعمال میدانهای مغناطیسی والکتریکی که منجر به بازچرخش مولکولی و در نتیجه تغییر جهت بردار هدایت گر ودر نتیجه، جابجایی فاز نور عبوری از آنها می شوند، این پدیده در ساز و کار نمایشگرها از اهمیت ویژه ای برخورداراست. یک روش دیگر استفاده از پدیده ای با نام ترمومکانیک می باشد که با ایجاد گرادیان دمایی توسط منابع مختلف گرمایی، در این مواد روی می دهد. این روش باز چرخش مولکول ها، ناشی از کوپل شدگی اثرات گرمایی و مکانیکی در سلول می باشد. در سال1900 اتو لهمن چرخش قطرات کلستریک، تحت گرما را کشف کرد. بعد از 68 سال علت چرخش مولکولی در راستای محور پیچشی کلستریک، توسط لسلی با دلایل تقارنی توضیح داده شد. در سال 1982 آبر وجانوسی برای اندازه گیری ضریب ترمومکانیکی لهمن، پیشنهادی ارائه دادند.ما در این پایان نامه پدیده ی ترمومکانیکی، حاصل از جذب نور لیزر با قطبش خطی و توزیع گاوسی و با تابش عمودی را در یک سلول استوانه ای شکل با عمق 100 میکرو متر، حاوی بلور مایع کلستریک(8ocb+cc) بررسی کردیم.در این تحقیق سلولی با آرایش موازی و در دو حالت: 1)پایا و2) حالت غیر پایا (وابسته به زمان) و با شرط اینکه در دو طرف سلول (ورودی و خرجی نور لیزر)بردار جهت نما ثابت نگه داشته می شود، در نظرگرفته شده است. نتایج نشان دادند که گرادیان دمایی ایجاد شده در راستای شعاع استوانه (عمود بر محور پیچشی کلستریک) و گشتاور ناشی از آن، موجب باز چرخش مولکولها و نیز جابجایی فاز نور عبوری از آن می شود و به دنبال آن پدیده دو شکستی ایجاد می شود که در نور شناسی غیر خطی مهم هستند. با توجه به نتایج بدست آمده پیشنهاد می گردد این پدیده در انواع دیگر سلول ها از جمله آرایش عمودی نیز بررسی گردد و در صورت امکان این نتایج از جنبه های کاربردی، در مواردی که بلور مایع کلستریک که تحت تابش نور قرار می گیرد اثرات ناشی از پدیده ترمومکانیکی لحاظ شود.

بلورهای مایع (lc) موادی از جنس مواد آلی هستند که حالتی دو گانه دارند، یعنی در یک بازه¬ی دمایی معین خواص مشترکی بین فاز جامد و فاز مایع از خود نمایش می دهند. مولکول¬های بلور مایع به طور منظم در یک جهت سمتگیری می کنند که راستای محور بزرگتر توده مولکول ها را بردار یکه هادی یا دیرکتور می نامند و محور اپتیکی محیط نیز بر آن منطبق است. این نوع ساختار مولکولی سبب ناهمسانگردی کمیت های فیزیکی از جمله ضریب شکست نور، ضریب رسانش گرمایی و ضریب جذب می شود. ناهمسانگردی ضریب شکست(دوشکستی) باعث جابه جایی فاز نور لیزر انتشار یافته از داخل کریستال مایع می شود که درتحقیقات اپتیکی بسیار مورد توجه است. در بلورهای مایع نماتیک، اثرات گرمایی به دلیل وابستگی پارامتر های فیزیکیشان به دما، مانند انرژی آزاد فرانک، ضریب جذب نور، پارامتر نظم و ضریب شکست، بسیار مهم هستند. پدیده های مختلفی برای ایجاد بازچرخش مولکولی در بلورهای مایع وجود دارد که منجر به بازچرخش مولکولی و در نتیجه تغییر جهت بردار هادی میشوند که از جمله آنها میتوان به پدیده ترمومکانیکی و انبساط حجمی اشاره کرد.در این پایان نامه اثرات ترمومکانیکی و انبساط حجمی حاصل از تابش نور لیزر به یک سلول حاوی بلور مایع نماتیک با آرایش هیبرید در حالت تراکم پذیری بلور مایع و به دنبال آن بازچرخش بردار هادی مورد بررسی قرار می گیرد. انبساط حجمی را می توان به روش های مختلف ایجاد کرد که روش مد نظر ما ایجاد گرادیان دمایی در یک راستا است که می تواند باعث بازچرخش مولکول ها شود. نور لیزر تخت به یکی از دیواره های سلول تا بیده می شود و باعث ایجاد گرادیان دمایی در سلول می گردد، گرادیان دمایی باعث ایجاد گرادیان فشارشده و در نهایت شارش سیال باعث بازچرخش دیرکتور می شود که می توان میزان بازچرخش مولکول ها را در نقاط و زمانهای مختلف در بازه دمایی که بلور مایع حالت ناهمسانگردی خود را حفظ کرده باشد، بررسی نمود.

بلورهای فوتونی ساختارهای منحصر به فردی هستند که قادرند نحوه¬ی انتشار نور را تنظیم کنند. گاف فوتونی تحت تاثیر عوامل مختلف از جمله زاویه تابشی قرار دارد. با توجه به پیشرفت¬های اخیر در عرصه مخابرات و ارتباطات نوری، انتشار پالس با سرعت¬های فرانوری موضوعی است که توجه بسیاری از اذهان را به خود جلب کرده است یکی از محیط¬هایی که بتوان به سرعت¬های فرانوری دست یافت، بلورهای فوتونی است. هارتمن در سال 1962 برای زمان فازی ( مدت زمانی که طول می¬کشد تا نور از یک مانع عبور کند) مقدار محدودی را بدست آورد که با افزایش فاصله انتشار، به مقدار ثابتی میل می¬کرد، به این معنی که برای موانع به اندازه کافی ضخیم زمان فازی مستقل از ضخامت مانع می¬شد، که این پدیده به اثر هارتمن معروف است و به سرعت-های فرانوری در داخل موانع می¬انجامد.در این پایان¬نامه اثر هارتمن در ساختار بلورفوتونی یک بعدی، تحت تابش نرمال و مایل مورد مطالعه قرار می¬گیرد.

در سال های اخیر بررسی انتشار فراسرعت و فروسرعت نور توجه زیادی را به خود جلب کرده است. نکته مهم در آزمایشات فراسرعت و فروسرعت نور توانایی کنترل خواص اپتیکی محیط به وسیله میدان های همدوس و دمش ناهمدوس است. پاسخ محیط نسبت به میدان اعمال شده جذب، پاشندگی و سرعت گروه را به دست می دهد. اثر شدت میدان کنترل کننده، فاز نسبی میدان های اعمال شده و دمش ناهمدوس بر انتشار باریکه کاوشگر در نتیجه جذب و پاشندگی آن اثرگذار است. به تازگی مطالعه ی رفتار خطی و غیرخطی مواد نیم رسانا به دلیل دارا بودن زمان واهلش سریع، پاسخ نوری غیرخطی بزرگ و انعطاف پذیری بالا مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. نیم رساناهای در ابعاد پایین مانند چاه های کوانتومی کاربرد بسیاری در ادوات الکترونیکی دارند. در این پایان نامه قابلیت کنترل خواص اپتیکی محیط توسط پارامترهای کنترلی از جمله فاز نسبی میدان های اعمال شده، فرکانس رابی میدان های همدوس و دمش ناهمدوس بر انتشار فروسرعت و فراسرعت نور در یک چاه کوانتومی دوگانه مورد مطالعه قرار گرفته است. با حل معادله ماتریس چگالی پاسخ محیط به میدان های اعمال شده به دست می آید. نتایج نشان می دهد با تغییر فاز نسبی میدان های اعمال شده و فرکانس رابی میدان تزویج کننده تغییرات قابل ملاحظه ای در جذب و پاشندگی باریکه کاوشگر در چاه کوانتومی به وجود می آید. همچنین با اعمال دمش ناهمدوس جذب باریکه کاوشگر کاهش یافته و شیب پاشندگی تغییر می کند. با تغییر شیب پاشندگی، سرعت گروه نیز تغییر می کند. با تغییر پارامترهای کنترلی می توان فراسرعت نور را به فروسرعت نور و هم چنین بهره را به جذب و بالعکس تغییر داد. زمان های سوئیچ زنی لازم برای سوئیچ زنی سرعت گروه باریکه کاوشگر از فراسرعت نور به فروسرعت نور در چاه کوانتومی دوگانه نیز به دست آمده است. در نهایت از این محیط می توان برای ساخت سوئیچ نوری استفاده کرد که کاربردهای فراوانی در مخابرات نوری و محاسبات کوانتومی دارد.

در این پژوهش سعی بر آن است که برخی از ویژگی های بلور مایع در حضور نانوذرات فروالکتریک مورد بررسی قرار گیرد. در سال های اخیر به دلیل کاربردهای وسیع بلورهای مایع آمیخته به ناخالصی ها، پیشرفتهای گسترده ای در این زمینه در هر دو بعد نظری و تجربی صورت گرفته است. در این کار پژوهشی، گذار جهت گیری سلول بلور مایع آمیخته به نانوذره فروالکتریک را در حضور میدان الکتریکی مورد بررسی قرار داده ایم .دربلورهای مایع سمکتیک a پدیده ی گذارفردریکزروی نمی دهد ولی زمانی که سمکتیک a درآستانه ی گذار به سمکتیک c است این پدیده روی می دهد. در این بررسی پدیده ی گذار فردریکز بااضافه کردن نانوذرات فرو الکتریک مورد مطالعه وبررسی قرارگرفت وتغییرات آستانه ی گذارفردریکز به دلیل قابلیت تغییر میدان الکتریکی درحضور نانوذرات نشان داده شد .

شفافیت القائی الکترومغناطیسی(eit) پدیده مشهوری است که در آن اثر جذب محیط بر انتشار امواج الکترو مغناطیسی تحت شرایط خاص حذف می شود و نور بدون اینکه جذب موثری داشته باشد در محیط انتشار می یابد . بدیهی است برای ایجاد شفافیت القائی الکترومغناطیسی وجود حداقل یک میدان تزویج کننده علاوه بر میدان باریکه کاوشگر فرودی ضروری است . میتوان گفت که این پدیده به عبارتی کنترل انتشار نور بوسیله نور دیگر است . نشان داده شده است که تحت شرایط خاصی و سامانه های های اتمی با آرایش های مختلف میتوان پدیده شفافیت القائی الکترو مغناطیسی را تولید کرد . اثر پارامترهای کنترل کننده بر انتشار باریکه کاوشگر در چنین محیط هایی بطور وسیع مورد مطالعه قرار گرفته است . تداخل کوانتومی یکی از مفاهیم اساسی در ایجاد شفافیت القائی الکترو مغناطیسی است . یکی از کاربری های شفافیت القائی الکترومغناطیسی استفاده از آن در سوئیچ های نوری است . یکی از مواردی که میتوان در پدیده سوئیچ زنی سریع مورد استفاده قرار گیرد نانو ساختارهای نیمرسانا است . چاههای کوانتومی میتواند محیط مناسبی برای بررسی انتشار پالس باشد . در این پایان نامه ضمن مطالعه انتشار باریکه کاوشگر در چاه کوانتومی رفتار حالت پایا و گذاری طیف جذب و پاشندگی در حضور میدان تزویج کننده مورد بحث قرار میگیرد . از روی طیف جذب حاصل می توان میزان عبور نور در آن را مشخص نمود که از آن میتوان به عنوان سوئیچ نوری استفاده نمود . اثر پارامتر های کنترل کننده بر میزان جذب باریکه کاوشگر در حالت پایا و گذارا مورد بحث قرار می گیرد . همچنین زمان سوئیچ زنی در چنین ساختاری محاسبه و مورد بحث قرار می گیرد.

کنترل انتشار نور در ساختارهای دی الکتریک لایه ای همواره مورد توجه محققین بوده است. این امر ناشی از قابلیت های فراوان این سیستم ها در کاربردهای گوناگون و وسیع در حیطه نورشناسی می باشد. مزیت اصلی سیستم لایه دی الکتریک نسبت به محیط اتمی قابلیت کاربرد آن در مطالعه انتشار نور در باند گاف بلور فوتونی است. تا به حال روش های گوناگونی برای کنترل رفتار انتشاری نور در داخل این سیستم ها ارائه شده است. برای نمونه می توان به کنترل الکتریکی، آکوستیکی، اپتیکی و نیز کنترل از طریق طراحی هندسی اشاره کرد. خواص انتشاری نور در یک سیستم لایه ای شامل سرعت گروه، جذب، پاشندگی، بازتاب و عبور می باشد. با توجه به اهمیت روش های تمام نوری برای کنترل خواص انتشاری، می توان از پدیده های همدوس برای کنترل جذب و پاشندگی در بلور فوتونی یک بعدی استفاده کرد. با توجه به وابستگی تمامی خواص نور به پذیرفتاری دی الکتریک، از این طریق می توان انتشار نور کاوشگر را از طریق میزان جذب و پاشندگی در سیستم لایه ای به صورت تمام نوری کنترل نمود. بدیهی است که حین این فرایند می توان با بهینه سازی ضخامت لایه ها کنترل پذیری انتشار نور در این سیستم ها را نیز ارتقا داد. رفتار حالت پایا و دینامیکی طیف جذبی و پاشندگی می تواند اطلاعات مفیدی در میزان کنترل پذیری سرعت گروه بدست دهد که موضوع اساسیِ این پروژه است. همچنین، پارامتر های موثر بر دینامیک و حالت پایای جذب و پاشندگی در این پروژه مورد بحث قرارخواهد گرفت. کنترل تمام نوری انتشار نور در بلورهای فوتونی یک بعدی در زمینه های گوناگون فوتونیک از قبیل سوئیچ های تمام نوری فعال، بلورهای فوتونی یک بعدی، لیزرهای کاواک نیم رسانا، آینه های عبوری و بازتابی براگ، تقسیم-کننده های توان و ... دارای کاربرد می باشند.