طراحی عناصر نوری پراشی دریچه محدود دوبعدی

عناصر نوری پراشی دریچه محدود (fadoe) قادرند با اثر گذاشتن بر یک ستون نور ورودی، توزیع دلخواهی از شدت نور را در صفحه مشاهده فراهم نمایند. این عناصر معمولاً با اعمال خوردگی در مواد دی الکتریک ساخته می شوند و برخلاف توری های پراشی، ساختاری غیر تناوبی دارند. عناصر نوری پراشی دریچه محدود کاربردهای زیادی پیداکرده اند که از جمله آنها می توان از ریزقطبی کننده ها ، جفت گرها ، منشعب کننده ها ، شکل دهنده ها و ریزعدسی ها نام برد. در این رساله با تعمیم روش طیف زاویه ای تکراری (iasa) برای طراحی قطعات دریچه محدود دوبعدی، روشی سریع و کارا ارائه داده ایم. این روش اسکالر امکان طراحی عناصری با اندازه اجزایی در حد طول موج را در میدان راه نزدیک یا دور فراهم می سازد. با طراحی عناصر مختلفی شامل جفت گر نوری مخابراتی، شکل دهنده پرتو لیزری، منشعب کننده های مختلف و ریزعدسی توانایی این روش را نشان داده ایم. همچنین محدودیت های روش را برای گسسته سازی عناصر نوری پراشی پیوسته و به دست آوردن یک توزیع نور دلخواه در صفحه مشاهده تعیین نموده ایم. با استفاده از روش سه بعدی تفاضل محدود حوزه زمان (3-d fdtd) همراه با شرط مرزی جاذب لایه ی به طورکامل منطبق (pml) که یک روش شبیه سازی برداری و دقیق است، دقت روش طیف زاویه ای تکراری را با مقایسه نتایج دو روش تعیین نموده ایم. همچنین از مقایسه نتایج به دست آمده با روش طیف زاویه ای تکراری تعمیم یافته با نتایج به دست آمده با روش زاویه چرخش بهینه (ora)، برتری روش تعمیم یافته را در میدان راه نزدیک نشان داده ایم. به علاوه حساسیت عناصر طراحی شده را نسبت به خطاهای معمول در فرایند ساخت، شاملِ خطا در جاگذاری ماسک ها و خطا در عمق خوردگی بررسی نموده ایم. سرانجام با طراحی یک منشعب کننده و اندازه گیری مشخصات نمونه ساخته شده ی آن، پژوهش خود را تکمیل نمودیم. درکنار مباحث اصلی، روشی برای طراحی توری های پراش دو بعدی برمبنای روش مودی فوریه (fmm) و روش بهینه سازی ژنتیک و روشی برداری برای طراحی عناصر نوری پراشی دریچه محدود با ابعادی کوچک در حد چند برابر طول موج در این رساله ارائه شده است.