پیشرفت در تکنیکهای پردازش تمام نوری، به توسعه ادواتی مانند بافرها، رجیسترها و... نیازمند است. از آنجایی که حافظه نوری یا بافر برای شبکه های سوئیچ بسته ای تمام نوری بسیار مهم هستند، به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند. تشدیدگرهای میکروحلقوی به عنوان سلولهای سازنده حافظه ها گزینه مناسبی بوده و مورد استفاده قرار گرفته اند. همدوسی کوانتومی در فیزیک اتمی به نتایج غیر منتظره و خیلی جالبی منجر می شود. برای نمونه از قرار گرفتن یک سیستم اتمی در حالتهای برهمنهی همدوس، تحت شرایط خاص امکان حذف ضریب جذب نوری و تغییر ضریب شکست محیط وجود دارد. لیزینگ بدون وارون سازی جمعیت و شفافیت القائی الکترومغناطیسی از جمله پدیده های جالب اندرکنش نور با ماده هستند. بر طبق این تئوری اگر یک پرتو لیزری در ماده ای انتشار یابد که فرکانس فوتون های آن با فرکانس تشدید ماده تشدید کند، توسط آن جذب خواهد شد در حالی که اگر دو یا سه پرتو لیزری در همان ماده انتشار یابند، تحت شرایط معین، امکان حذف جذب یکی از آنها، به عنوان پروب فراهم می-شود، و سیگنال پروب تقویت خواهد شد. این پایان نامه شامل سه فصل است. در فصل اول به بررسی مفاهیمی در زمینه تشدیدگرهای میکروحلقوی و نقاط کوانتومی و همچنین بررسی منابع و کارهای انجام یافته بر روی حافظه های نوری و لیزینگ بدون وارون سازی جمعیت و شفافیت القائئ الکترومغناطیسی پرداخته ایم. در فصل دوم روابط مورد استفاده در لیزینگ بدون وارون سازی جمعیت در یک سیستم اتمی چهارترازه y شکل، روابط مربوط به شفافیت القائی الکترومغناطیسی در یک سیستم سه ترازه ? و همچنین روابط حاکم بر عملکرد تشدیدگرهای میکروحلقوی منفرد و روابط حاکم بر عملکرد واحد حافظه را استخراج کر ده ایم. در فصل سوم نیز با استفاده از نقاط کوانتومی چهارترازه نوع y و سه ترازه ? در تشدیدگرهای میکروحلقوی و انتخاب درست پارامترها توانستیم به بهره و اختلاف فاز مورد نیاز در یک طول موج معین، 55/1?= میکرومتر، دست یافته و با استفاده از آن عملکرد واحد حافظه را شبیه سازی کنیم.

-

امواج تراهرتز که طول موجµm 0/8 تاµm 1000 را به خود اختصاص داده، دارای ویژگی های منحصر بفردی می باشند که این ویژگی ها توجه دانشمندان را به ادوات تولید، تقویت و آشکارسازی این امواج جلب نموده است. آشکارسازی امواج تراهرتز به دلیل سطح انرژی پایین این امواج، که تقریباً در محدوده انرژی گرمایی محیط می باشد با مشکلات زیادی روبرو است که سبب شده است تا ساختار مناسب و کاملی با مدیریت پذیری و انعطاف پذیری بالا جهت پوشش دادن این محدوده ی طیفی ارائه نشود. در سال های اخیر استفاده از آشکارسازهای نقطه کوانتومی به دلیل قابلیت های ویژه این نقاط (گسستگی در ترازهای انرژی) کمک شایانی در بهبود پارامترهای آشکارسازی کرده است و راهی جدید را پیش روی محققین برای دست یابی به آشکارسازهای تراهرتز کاربردی تر فراهم نموده است. در این پایان نامه سعی شده با بررسی آشکارسازهای تراهرتز نقطه کوانتومی محصور شده با دو سد پتانسیل که براساس تونل زنی تشدیدیِ سد دوتایی عمل می کنند ساختار جدیدی از این نوع آشکارسازهای امواج تراهرتز ارائه گردد که توانایی کار در محدوده دمای اتاق را داشته باشند. استفاده از تونل زنی تشدیدیِ سد دوتایی موجب کاهش جریان های ناخواسته (جریان تاریکی) می شود که بزرگترین مانع برای افزایش دمای کار آشکارسازها است. ساختار پیشنهادی از یک نقطه کوانتومی که در داخل یک چاه کوانتومی قرار گرفته است تشکیل شده و دارای دو سد پتانسیل برای استفاده از پدیده تونل زنی تشدیدیِ سد دوتایی می باشد. این ساختار را به صورت عددی در نرم افزار matlab و nextnano مورد ارزیابی قرار داده و نتایج حاصل از شبیه-سازی های آن ارائه شده است.

در این پایان نامه، به موضوع پوششهای نامرئی کننده استوانه ای با سطح مقطع بیضوی پرداخته ایم. هدف از این پایان نامه به دست آوردن مشخصات ماده سازنده پوشش با استفاده از تئوری تبدیلات نوری، در حالت تعمیم یافته و سپس ارائه مدل ساده شده و قابل ساخت این نوع از پوششهای نامرئی کننده است. برای نیل به این منظور ابتدا مختصات استوانه ای با سطح مقطع بیضوی را تعریف کرده و سپس توسط یک تابع تبدیل خطی مشخصات ماده سازنده را در حالت ایده آل به دست می آوریم. به دلیل دارا بودن نقاط تکین و مشکلات ساخت چنین پوششهایی، با استفاده از معادلات ماکسول نمونه تقریبی قابل ساخت این نوع پوشش ارائه می شود. از نرم افزارهای comsol multyphisics و matlab برای تحلیل پوششهای نامرئی کننده استوانه ای- بیضوی و به دست آوردن نتایج استفاده می کنیم. در این پایان نامه، با ارائه مدل جامع و تعمیم یافته، معادلات کلی پوششهای نامرئی کننده استوانه ای- بیضوی را به فرم ساده ماتریسی به دست آورده ایم. به صورت تحلیلی علت وابسته بودن این نوع پوششها به زاویه تابش را نشان داده ایم. بیشترین میزان پراش در زاویه 4/? رادیان به دست می آید. پوششهای با بیضویت پایین به دلیل تطبیق امپدانس بهتر عملکرد بهتری نسبت به سایر پوششها دارند. در صورت تمایل به ساخت پوششهای نامرئی کننده استوانه ای- بیضوی ، با استفاده از مواد چند لایه باید علاوه بر تقسیمات شعاعی تقسیمات زاویه ای به میزان حداقل 8/? رادیان نیز داشته باشیم

در عصر حاضر نیاز به پردازنده های پرقدرت و سیستم های امن مخابراتی بیش از پیش احساس می شود. با این وجود فناوری-های موجود نیز به آخرین حد توان ممکن از لحاظ تئوری نزدیک و نزدیک تر می شوند. سیستم هایی فراتر از محدودیت های پیش روی نیازمند فناوری های جدیدی است. علم کوانتوم زمینه ها و پتانسیل های جدیدی پیش روی محققان قرار داده است که بهره گیری از این پتانسیل ها می تواند گزینه مناسبی برای جواب گویی به نیازهای روز افزون عصر باشد. استفاده از خواص کوانتومی ذرات برای کاربردهای متفاوت روز به روز همه گیرتر می شود. خواص کوانتومی ذرات امکان گذر از محدودیت های کلاسیک را به وجود می آورند و در کنار آن بسیاری از کاربردهای جدید را فرا روی انسان می نهند. در میان این ذرات فوتون ها به دلیل جابه جایی آسان، جذب پایین و امکان آماده سازی آسان حالت کوانتومی خاص به عنوان رقیبی سرسخت برای سایر ذرات مطرح هستند. دو کاربرد عمده پیش بینی شده و مورد تحقیق برای خواص کوانتومی ذرات پردازش کوانتومی و رمز گذاری کوانتومی هستند. پردازشگرهای کوانتومی انجام پردازش های طولانی کلاسیک را در زمان معقولی میسر می سازند و رمزگذاری کوانتومی نیز نوید امنیت بدون شرط انتقال اطلاعات را می دهد. به همین دلیل این دو کاربرد علاقه محققان را در عصر حاضر به خود جلب کرده اند. در این پایان نامه مروری کوتاه بر محاسبات کوانتومی و مخابرات کوانتومی به وسیله نور خواهیم داشت. سپس به بررسی رفتار موجبرهای تحریک شده به وسیله نور غیر کلاسیک، به طور خاص تک فوتون ها، به عنوان بستری مناسب برای پیاده سازی الگوریتم های کوانتومی و آماده سازی حالات غیر کلاسیک می پردازیم. سپس به بررسی انتظارات هر کاربرد از فوتون های ورودی و می پردازیم. و در نهایت به بررسی خواص نقاط کوانتومی gan به عنوان ماده ای مناسب برای تولید تک فوتون ها پرداخته و روشی عملی را برای بهینه سازی نقاط کوانتومی برای تولید تک فوتون های بهبود یافته ارائه می دهیم. یکی از نتایج به دست آمده در این پایان نامه امکان مقاوم سازی موجبرهای کوپل شده به عنوان عناصر کوانتومی با استفاده از ایجاد عدم تطابق های عمدی در آن هاست. نتیجه دوم به دست آمده امکان جداسازی حالات کوانتومی نوری بر اساس پایه های دلخواه با استفاده از موجبرهای کوپل شده است. مطالعه رفتار اثر اشتارک در نقاط کوانتومی با پوشش خارجی ما را به این نتیجه رساند که وجود پوشش خارجی می تواند در بهبود اثر اشتارک نقش عمده ای داشته باشد. این امر نیز به نوبه خود تولید فوتون های مطلوب تر را ممکن خواهد ساخت.

بیت کوانتومی معادل بیت کلاسیکی دیجیتال می باشد که برای ذخیره سازی اطلاعات کوانتومی مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از بهترین ایده ها برای تحقق کیو بیت، استفاده از حالت های اسپینی الکترون محبوس شده در یک تقطه کوانتومی می باشد ولی در این بین، یکی از موانع جدی که بر سر راه تحقق وذخیره سازی اطلاعات کوانتومی وجود دارد، واهلش اسپین الکترون است. الکترون محبوس شده در نقطه کوانتومی از محیط ایزوله نبوده و کوپلینگی بین آن و محیط اطراف وجود دارد که باعث محدود شدن طول عمر اطلاعات ذخیره شده توسط آن ها می شود. تلاش ما در این پایان نامه بررسی مکانیسم های واهلش اسپین الکترون و شناسایی پارامترهای فیزکی تاثیر گذار برآن، جهت پیدا کردن راه کاری مفید برای دستکاری این پارامتر ها می باشد، تا بتوان با کنترل اندر کنش های کیوبیت اسپینی عمر اطلاعات ذخیره شده در آن ها را تا جائی افزایش داد که گیت های کوانتومی بتوانند عملیات پردازش اطلاعات را روی آن ها انجام دهند. یکی از مهمترین این اندرکنش ها، بر همکنش اسپین – مدار الکترون می باشد که به طور کامل در نانو ساختار ها مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت نرخ واهلش اسپین، ناشی از این بر همکنش، برای یک نقطه کوانتومی دو بعدی محاسبه شده است.

سلول های خورشیدی مبتنی بر پلیمرها در سال های اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته است و آن هم به دلیل راحتی تهیه پلیمرها و ارزانی آنها می باشد.. . جذابیت ویژه نیمه هادی های آلی مربوط به زیر لایه پلاستیکی انعطاف پذیر آن می باشد که منجر به کاربردها و محصولات مصرفی ارزان با انعطاف بالا و وزن کم می شود. یک راه حل برای بهبود جذب نوری، بهینه کردن کوپل بین سلول خورشیدی و نور ورودی است. مخصوصاً در آن قسمتی از طیف که ماده جذب ضعیفی دارد. برای بهبود جذب در انواع سلولهای خورشیدی روشهای مختلفی پیشنهاد شده است که یکی از آنها استفاده از نانوذرات فلزی برای تحریک پلاسمونیک است. در این کار ما با افزایش جذب در مواد آلی می خواهیم بازدهی را افزایش دهیم. روش کار اضافه کردن نانوذرات فلزی به لایه جذب است که باعث ایجاد پلاسمون سطحی می شود. وقتی که فرکانس موج ورودی با فرکانس تشدید پلاسمون برابر می شود، با کوپل شدن میدان الکترومغناطیسی وارد شده و الکترونهای باند هدایت فلز، این پلاسمون سطحی یک موج ناپایدار ایجاد می کند. این اثر منجر به افزایش شدید میدان الکترومغناطیسی اطراف نانوذرات فلزی می شود، که باعث بهبود جذب در آن محیط می شود. ما در این کار با روش fdtd و با نرم افزار matlab نشان دادیم که جذب لایه فعال به ضخامت 150 نانومتری با استفاده از نانوذرات فلزی، بیشتر از جذب لایه فعال به ضخامت 330 نانومتر یدون آنها است.

هدف اصلی در انجام این پایان نامه طراحی بلوک های اصلی یک گیرنده- فرستنده مخابراتی بی سیم با توان مصرفی بسیار پایین است. در طراحی مدار ها برای تحقق بخشیدن به خواسته توان مصرفی بسیار کم از نانو ترانزیستور ها استفاده خواهیم کرد. کار اصلی انجام شده در این پایان نامه ترکیب ترانزیستورهای تک الکترونی (set) با mosfet ها در طراحی یک مدار سازنده ی فرکانسی است که یکی از بلوک های اصلی گیرنده- فرستنده های مخابراتی می باشد. سازنده های فرکانسی یک بلوک بسیار مهم در مدارهای مخابراتی است که توان مصرفی در آن نقش بسیار مهمی دارد. کارهایی زیادی در این خصوص تا کنون انجام شده است که در آنها با استفاده از ساختارهای متنوع و یا یا کاهش تکنولوژی ساخت توان مصرفی را کاهش می دهند. در این خصوص قصد داریم برای اولین بار با استفاده از مدارهای ترکیبی (set-mosfet) این بلوک را طراحی و شبیه سازی کنیم. در این پایان نامه همچنین با تکنولوژِی 90nm تقویت کننده ی نویز پایین طراحی می کنیم و مخلوط کننده یی برای سیستم با استفاده از یک مدار ترکیبی ساده ارائه می دهیم.از طرفی قصد این کار طراحی سیستمی موقعیت یاب است که در توان بسیار پایین کار کند و لذا در نهایت الگوریتمی ارائه می دهیم که موقعیت یابی را در توان بسیار پایین در محدوده کاری مدار های طراحی شده انجام دهد. در طراحی سیستمی این پروژه باید در نظر داشت که با توجه به پایین بودن توان های ارسالی و دریافتی، سیگنال به نویز (snr) در گیرنده بسیار پایین بوده و باید بتوان اطلاعات را به صورت صحیح استخراج کرد. مخابرات در توان پایین یکی از مباحث مهم روز است که کارهای بسیار زیادی در این زمینه شده است. مدار های ترکیبی همان طور که خواهید دید، منجر به کارایی بیشتر مدار در توان های بسیار پایین می شود و می تواند در آینده توجه زیادی را جلب کند

در این پایان نامه، با بهره گیری از ویژگی های ترانزیستورset، ساختار جدیدی برای مبدل آنالوگ به دیجیتال مبتنی بر ساختار folding ارائه می شود و با مقایسه بین ساختار پیشنهادی و ساختارهای پیشین مشاهده می شود که فرکانس نمونه برداری بهبود یافته و از طرف دیگر تلفات توانی و تعداد اجزا به کار گرفته شده در ساختار کاهش چشم گیری داشته است. البته با به کار گیری مدار ترکیبی set/cmos در ساختار پیشنهادی شاهد بهتر شدن پارامترهایی چون بهره، ولتاژ کاری و کاهش امپدانس خروجی هستیم، به طوری که می توان این دو ترانزیستور را مکمل هم دانست و در طراحی مدارهای مختلف از ترکیب آن ها استفاده کرد. ضمنا جهت شبیه سازی ترانزیستور set ، نرم افزارهای متعددی وجود داشته که با توجه به استفاده ی مدار ترکیبی set/cmos در ساختار مطرح شده از نرم افزار spice جهت شبیه سازی منحنی های خروجی استفاده کرده ایم. در فصل اول، ساختار و اصول کاری set مورد بررسی قرار گرفته و در فصل دوم، با ارائه ی ساختارهای مختلف adc، ساختار folding را به طور گسترده مورد تحلیل و بررسی قرار داده ایم و سرانجام در فصل سوم، ساختار جدید ی مبتنی بر ترکیب ترانزیستورهای set/cmos که براساس ساختار folding طراحی شده، ارائه ی نموده و با مقایسه ی پارامترهای آن با پارامترهای ساختارهای folding پیشین، برتری های ساختار جدید بیش تر نمایان می شود.

در این پایان نامه، قصد داریم ترانزیستورهای تک الکترونی مبتنی برنقطه ی کوانتومی سیلیکونی (جزیره-ی نیمه هادی) و قابل استفاده در دمای اتاق را مدل سازی کنیم. که در این راستا، اثرکوانتیده شدن سطوح انرژی مربوط به جزیره نیمه هادی (نقطه کوانتومی) دراثرکوچک بودن اندازه جزیره(کوچکتراز10نانومتر) وهم چنین اثر پهن شدگی این سطوح انرژی دراثرکوپل نقطه ی کوانتومی با کنتاکت های فلزی را بر اجرای این ترانزیستور مورد بررسی قرارمی دهیم. با حل معادله شرودینگربرای ساختارنقطه کوانتومی کروی ازجنس سیلیکون، سطوح انرژی و توابع موج مربوط به این سطوح را بدست می آوریم. سپس با در نظر گرفتن اثر پهن شدگی متفاوت برای هر سطح انرژی نشان می دهیم که نرخ جریان تونل زنی برای هر سطح انرژی متفاوت است. هم چنین برای بدست آوردن این تفاوت درمیزان نرخ تونل زنی، عبارتی را برای نرخ تونل زنی در رژیم انسداد کولنی کوانتومی بدست می آوریم وبرمبنای آن مشخصات رسانایی مربوط به این ترانزیستور را برای نوسانات کولنی در ولتاژ های بایاس اعمالی متفاوت و هم-چنین در دماهای مختلف شبیه سازی کرده و مورد بحث قرار می دهیم.

چکیده: سلول های خورشیدی پلیمری بعد از سلول های خورشیدی سیلیکونی، جایگاه ویژه ای را در میان انواع دیگر سلول ها پیدا کرده اند. سلول های خورشیدی پلیمری به دلیل وزن کم، هزینه ساخت بسیار پایین و نیز انعطاف پذیری بالا بسیار مورد توجه هستند. بتدریج و با گسترش علوم در زمینه مواد و پلیمر انواع دیگر سلول های خورشیدی طراحی شده اند که با سنتز و بکاربردن این مواد، کارایی این تکنولوژی جدید به طور چشمگیری افزایش یافته است. در این پایان نامه، هدف، طراحی سلول های خورشیدی مبتنی بر پلیمر است که رنج گسترده ای از طیف خورشید را پوشش دهد. بیشتر سلول های خورشیدی پلیمری موجود، فقط در منطقه طیفی مرئی حساس به نور هستند. بنابراین از این سلول ها فقط در طول روز می توان استفاده کرد. اما طیف خورشید با تغییرات قابل توجهی از فرابنفش تا مادون قرمز گسترده شده است. از این خاصیت طیف خورشید می توان برای افزایش بازده سلول خورشیدی پلیمری استفاده کرد. به طوری که این سلول های جدید قادر به جذب نور مادون قرمز از طیف خورشیدی هستند که در این صورت از این سلول ها در شب با جذب گرمای محیط می توان استفاده کرد. لذا این جذب گسترده تر راهی برای افزایش بازده سلول خورشیدی محسوب می شود. افزایش بیشتر در بازده نیاز به جمع آوری موثرتر فوتون ها از منطقه مادون قرمز تا مرئی دارد. در این پایان نامه ابتدا، الگوریتم استفاده شده برای حل معادلات که الگوریتم fdtd می باشد، ساختار کلی طراحی شده برای شبیه سازی، مدل mim و معادلات آن برای بدست آوردن بازده تبدیل توان سلول معرفی شده اند. سپس سلول خورشیدی با زمینه پلیمری طراحی شد که در آن با استفاده از نانو ذرات، امکان جذب طیف گسترده ای از نور خورشید فراهم شده و از تکنیک های مناسبی برای بهبود راندمان تبدیل انرژی آن استفاده شد. برای رسیدن به این منظور سلول های خورشیدی پلیمری همراه با نانوذرات با شعاع های مختلف طراحی و شبیه سازی شد و طیف های جذب حاصل از شبیه سازی بررسی شدند. با بررسی نتایج حاصل از شبیه سازی می توان دریافت که استفاده از نانوذرات فلزی در ناحیه فعال سلول های خورشیدی باعث افزایش خوبی در جذب و نیز گسترش طیف جذب به سمت طول موج های بلندتر شده اند و تغییر شعاع نانوذرات روی طیف جذب بسیار تأثیرگذار است.

یکی از المان های اصلی در این شبکه ها که در پردازش اطلاعات بکار میرود، بافرها می باشند. هنگامیکه چند بسته دیتا از منابع مختلف به طور همزمان به یک گره می رسند وبه یک مقصد نهایی مشترک ارسال می شوند، جهت جلوگیری از تصادم و از بین رفتن اطلاعات،یعنی برای جمع آوری بیت های دیتا عمل بافر کردن انجام می شود. از طرف دیگر، مواد متامتریال دارای ویژگی های منحصر بفردی می باشد که آن را از مواد معمولی موجود در طبیعت متمایز می کند و کاربرد های ویژه ای به آن می دهد . یکی از این کاربردها، استفاده از این مواد به عنوان ماده مورد استفاده در هسته موجبر های نوری می باشد .اماکار زیادی تا کنون روی متامتریال انجام نشده و یا در کارهای انجام یافته پاشندگی و تلفات قابل توجه آنها در نظر گرفته نشده است. در این تحقیق ،پاشندگی و تلفات متامتریال را در ساختار پیشنهادی بررسی نموده وبا در نظر گرفتن پارامتر های مربوط به موجبر، امکان فراهم نمودن شرایط برای توقف نور و یا آزاد سازی آن را بررسی خواهیم نمود.

در پایان نامه حاضر بررسی و شبیه سازی انتقال نور از زنجیره ای از نانو ذرات نقره انجام گرفته و ذره به عنوان دو قطبی در محیط میدان نزدیک در نظر گرفته شده و در نهایت از زنجیره نانو ذرات به صورت سوئیچ نوری استفاده شده است و در دو حالت خاموش و روشن بررسی شده است.ودامنه و فازنور ورودی پس از عبور از این محیط دستخوش تغییر میشود که در این پروژه این تغییرات (تغییرات دامنه و فاز میدان خروجی که از این محیط و زنجیره نانو ذرات عبور کرده است) محاسبه میشود. در هنگام برخورد میدان به هر کدام از نانو ذرات پلاریزاسیون انها تغییر میکند که این تغییرات در نهایت موجب تغییر دامنه و فاز میدان خروجی می شود. خاصیتی که محیط پلاسمونیک برای ما ایجاد میکند این است که وقتی میدان از محیط پلاسمونیک عبور میکند موجب ایجاد پلاسمون های سطحی در محیط می شوند که این کار موجب میشود تمامی فنونها و فتونها از محیط عبور نکند و مقداری از انها در سطح فلزی محبوس می ماند که در ابزار هایی که از این نوع تکنیک ها استفاده میشود میتوان دستاوردها و خاصیت های جدیدی برای ابزارهای نوری ایجاد کرد که در مقایسه با ابزارهایی که از این تکنیک ها استفاده نشده است و خاصیت حبس نور وجود ندارد.

در این پایان نامه ، ساختار یک آشکارساز نور فرابنفش با استفاده از تزریق نانو ذرات سیلیکون،در لایه اکسید از ساختار فلز- اکسید – نیمه هادی، شبیه سازی شده است. ناحیه ی فعال این آشکارساز یک ساختار تونلی رزونانسی بر مبنای نقاط کوانتومی کروی سیلیکون می باشد. ساختار چند لایه ی رزونانس تونلی، به صورت آرایه ای از نقاط کوانتومی کروی سیلیکون در لایه اکسید در ساختار فلز – اکسید – نیمه هادی می باشد. در این پایان نامه تونل زنی حامل ها از درون آرایه ای از نقاط کوانتومی کروی سیلیکون در لایه ی اکسید به صورت کامل بررسی شده و ضریب جذب بین باندی در نقاط کوانتومی سیلیکون، به صورت تابعی از انرژی فوتون تابشی، شبیه سازی شده است. برای اولین بار در این آشکارساز از ساختار فلز- اکسید- نیمه هادی برای آشکارسازی نور فرابنفش استفاده شده است. از روش ماتریس انتقال دو بعدی برای بدست آوردن رسانایی و جریان تونل زنی در این ساختار استفاده شده است. اثر ناراستی مرکزی و اندازه آن، روی منحنی رسانایی در بایاس صفر به صورت کامل بررسی شده است.

برای اولین بار طی این پایان نامه به مطالعه رفتار نور درهم تنیده کوانتومی (مشخصا فتون های درهم تنیده در حالت تعداد فتون)، و ارئه معیار درهم تنیدگی همزمانی برای سیگنال خروجی از دهانه یک فیبر آلائیده به یون های اربیوم پرداخته شده است و تغییرات معیار همزمانی ناشی از اثرات این فیبر ها بر درهم تنیدگی موجود در دهانه ورودی این فیبرها به تفصیل مورد بحث و بررسی واقع گردیده است. همچنین ارتباط تغییرات درهم تنیدگی با پارامتر های کلاسیک و شناخته شده این فیبر ها نظیر بهره کلاسیک، توان پمپ، طول فیبر، اتلاف ناشی از خمش وغیره مورد بررسی قرار گرفته است. برای نیل به این مقصود ابتدا در فصل نخستین به بررسی و معرفی فعالیت های صورت گرفته بر سیگنال های کوانتومی درهم تنیده در سال های اخیر پرداخته ایم و اجمالا به فعالیت های صورت گرفته در این مقوله خواهیم پرداخت. فصل دوم به طور اخص شامل معرفی جامعی از علم اطلاعات ومخابرات کوانتومی، ریاضیات کوانتومی به عنوان ابزارهای متداول در این علم، بررسی لوازم دیگر جهت آشنائی با فیبر های آلائیده به یون های اربیوم نظیر معادلات انیشتین.و معرفی معیار ها و مقیاس های متداول در علم مخابرات کوانتومی نظیر همزمانی است. این فصل می تواند از حیث تئوری به عنوان یک مرجع غنی برای علاقه مندان به علم مخابرات کوانتومی مورد استفاده قرار گیرد. فصل سوم مشتمل بر ارائه نتایج حاصل از عملیات ریاضی مربوطه و شبیه سازی های انجام گرفته با نرم افزار متلب می باشد و در برگیرنده ی هسته اصلی فعالیت های انجام شده در این پایان نامه که در بالا به آن ها اشاره شد می باشد. در این فصل به ارائه معیار همزمانی برای نور کوانتومی در هم تنیده خروجی از دهانه فیبر در حالت های تک مده، دو مده و سه مده پرداخته ایم و ارتباط میان معیار همزمانی را برای این حالت ها وپارامتر های کلاسیکی فیبر بیان نموده ایم. در انتها این کار برای ورودی دیگری نیز انجام شده است که نشان می دهد به ازای ورودی نوع دوم سیگنال به کلی از حالت در هم تنیده خارج می شود و به نوری کلاسیک مبدل می شود

afm به این صورت کار می کنند که میله ای در طول سطح نمونه به طور پیوسته حرکت می کنند. با حرکت این میله (probe) نقشه برجستگی و یا ارتفاع اسکن می شود. ،البته این میله ها شکل های متفاوتی دارند و می توانند مورد استفاده قرار گیرند.معمولا این میله ها (probe) به صورت تیزی هستند و بر روی سطح نموه حرکت می کنند و پرو فایل نوک سوزن را می دهند که معمولا خطی است. afm، از قسمت های مختلفی تشکیل شده است.1- فرستنده لیزری 2- آشکار ساز نوری 3- پایه(cantilever) 4- میله(probe) 5- تراشه (پایه بر روی آن قرار می گیرد.)

در این رساله، رفتار دینامیک و استاتیک لیزر تابش از سطح (vcsel) با روزنه اکسیدی به روش عددی تفاضل محدود واثر تغییرات دما در رفتار لیزر از جمله طیف بهره و طول موج نوسان آن مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. این لیزر از یک ناحیه فعال شامل 10 لایه نقاط کوانتمی خود سامان یافته ناهمگون in1-xgaxas/gaas با در نظر گرفتن حالتها پایه، اولین و دومین تراز برانگیخته و وتینگ تشکیل شده است. شبیه سازی در دو حوزه استاتیک و دینامیک با استفاده از معادلات نرخ حامل، حرارت و گین و با در نظر گرفتن اثر متقابل پارامترهای دیگر و به روش خودسازگار انجام شده است. در مدل به کار رفته اثر خودگرمایی و در حقیقت اثر دما بر روی تمامی پارامترهای به کار ادامه چکیده: رفته به طور کامل لحاظ شده است. در مدل به کار رفته وابستگی پهن شدگی همگن به تغییرات چگالی جریان و در نتیجه دما در ناحیه فعال لیزر نشان داده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که عواملی مانند چگالی جریان ورودی، پهن شدگی غیرهمگن و ویژگی های فیزیکی ساختار، مانند تعداد لایه های نقطه کوانتمی و چگالی سطحی نقاط در تغییر پارامترهای لیزر موثر هستند.

در این پایان نامه هدف طراحی، شبیه سازی و بهینه سازی آرایه دو بعدی نانو ذرات مبتنی بر نقاط کوانتومی گالیم نیتراید به عنوان آشکار ساز سیگنالهای فرا بنفش می باشد. ابتدا مدل سازی شبکه دو بعدی نانو ذرات از نظر انتقال حامل مورد تحلیل واقع می شود. انتقال در نانو ساختار گالیم نیتراید بر پایه تونل زنی می باشد و سپس با استفاده از ساختار باند محاسبه شده میزان جذب نور فرا بنفش محاسبه شده و انتقال حاملهای الکترونی و یا حفره ای تولیدی مبتنی بر مدل ارائه شده محاسبه می گردد. بعد از محاسبات اولیه بهینه سازی خود نانو ذرات مورد توجه قرار می گیرند تا بهترین راندمان تبدیل بدست آید. بعد از بهینه سازی نانو ذرات و بررسی خواص مختلف از قبیل اثر پیزو الکتریک با توجه به ساختار باند محاسبه شده تاثیر عوامل مختلف نظیر سایز نقاط کوانتومی ، تعداد نقاط کوانتومی و فاصله بین آنها مورد تحلیل واقع شده، و بعد از آن شانس گذار بین ترازها بر مبنای مدلهای ارائه شده محاسبه گردیده و طیف جذب آرایه دو بعدی نانو ذرات بر حسب طول موج رسم شده است. همچنین نمودارهای ترابرد حامل متناظر با حل معادله شرودینگر در آرایه دو بعدی نقاط کوانتومی رسم شده، و تاثیر عوامل مختلف روی آن بررسی شده است.

ما در این پایان نامه براساس منطق ترانزیستور تک الکترون و با استفاده از ترانزیستور تک الکترون سه گیت مبتنی بر نقطه کوانتومی سیلیکنی 2 نانومتر قابل عملکرد در دمای اتاق، مداراتی را برای گیتهای منطقی buffer، not، xor، xnor، and، nand، or و nor طراحی کرده ایم و عملکرد هر یک از آنها را مورد بررسی قرار داده ایم. گیتهایی که عملکردی مکمل یکدیگر دارند، دارای ساختار مشترکی هستند و فقط مقادیر ولتاژهای بایاس برای آنها متفاوت است. تمامی این گیتها به جز xor و xnor، بر پایه ی مدار گیتهای buffer و not پیاده سازی شده اند. با استفاده از ساختارهای طراحی شده، مداری را برای ضرب کننده دوبیتی باینری طراحی کرده ایم. این مدار، بدون استفاده از مدارات جمع کننده و با مجموع 28 ترانزیستور پیاده سازی شده است. در منطق اتخاذ شده برای طراحی، سطوح بالا و پایین ولتاژهای ورودی را به ترتیب «9/2 ولت» و «صفر» انتخاب کرده ایم. سطوح بالا و پایین ولتاژ خروجی هر یک از مدارات نیز به ترتیب تقریباً برابر «vdd=0.1v» و «صفر» شده اند. نتایج شبیه سازی ها براساس روش مونت کارلو، نشان می دهند که هر یک از مدارات طراحی شده، عملیات منطقی مورد نظر را به درستی اجرا می کنند.

در این پایان نامه با توجه به قابلیت های پردازش تمام نوری به طراحی و شبیه سازی گیت یونیورسال nor می پردازیم. برای این کار از دو تکنولوژی متفاوت تقویت کننده های نوری نیمه هادی مبتنی بر نانوکریستال و همچنین شفافیت االقایی دو قطبی بهره برده ایم ولی تاکید پایان نامه روی تکنولوژی نیمه هادی مبتنی بر نانوکریستال با توجه به قابلیت های فراوان آن می باشد. علت انتخاب گیت nor در این حقیقت نهفته است که این گیت یونیورسال بوده و با استفاده از این گیت می توان کلیه ی عملیات منطقی را پیاده سازی کرد. همان طوریکه گفته شد از جمله قابلیت های تقویت کننده های نیمه هادی مبتنی بر نانو کریستال زمان باز یابی سریع بهره و دینامیک بسیار سریع آن در مقایسه با تقویت کننده های نوری بالک که اهداف سرعت بالا در مخابرات و پردازش تمام نوری سریع را محقق می کند پردازش یک سیگنال در حالت کلی با استفاده از خواص غیر خطی در یک سیستم اتفاق می افتد. پردازش سیگنال نوری نیز از این قاعده مستثنی نیست. غیر خطیت بنابراین فاکتور بسیار مهم است که در این مورد نیز تقویت کننده های نیمه هادی مبتنی بر نانوکریستال رفتار های بهتری از خود نشان می دهند مکانیسم های مدولاسین بهره متقابل (xgm) و مدولاسین فاز متقابل (xpm) بسترهای خواص غیر خطی و در نتیجه پردازش تمام نوری را فراهم می کنند که در بخش های بعدی راجع به این پدیده ها به تفصیل صحبت خواهیم کرد. در این پایان نامه با ترکیب مکانیسم های xgm وxpm به نرخ بیت gb/s 250 خواهیم رسید. همچنین در پایان نامه نشان داده ایم که در حضور سیگنال کنترلی می توان از گیت nor در سرعت های tb/s 1و tb/s 2 با ضرایب کیفیت قابل قبول بهره برداری کرد. همچنین همانطوریکه گفته شد از شفافیت القایی به عنوان یک راه دیگر برای تحقق گیت مورد نظر استفده کرده ایم و نشان داده ایم که از آن می توان به عنوان گیت nor و همزمان or نیز بهره برداری کرد. با نوشتن معادلات هامیلتونین و سپس بدست آوردن معادلات زمانی هایزنبرگ شبیه سازی هایمان را در حوزه ی زمان انجام داده ایم در ادامه ضرایب کیفیت را برای آن محاسبه کرده ایم و مقادیر بدست آمده برای پارامتر مذکور افق های امیدوار کننده ای را برای تحقق پردازش تمام نوری را در ابعاد کوچک گشوده است

در دهه ی اخیر لیزر سطح گسیل به عنوان یک منبع نور همدوس ارزان قیمت و پرسرعت برای کاربردهای ارتباطی مطرح شده است. همچنین این نوع لیزر به علت قابلیت اطمینان بالا، پهنای باند وسیع و کیفیت بالای نور خروجی، به عنوان رقیبی برای لیزرهای لبه گسیل در حال گسترش می باشند. در این تحقیق ابتدا آینه ی براگ و محدودیت ها و مشکلات ناشی از آن در این لیزرها مورد توجه قرار می گیرد. برخی از این محدودیت ها عبارتند از: افزایش حجم لیزر به علت چند لایه و ضخیم بودن آینه ی براگ و همچنین ایجاد محدودیت در سرعت و گستره ی تنظیم لیزرهای سطح گسیل تنظیم پذیر برمبنای سیستم های میکرو الکترومکانیکی. در ادامه نیز با مطالعه ی منابع موجود، ساختاری موسوم به hcg به عنوان جایگزین مناسب برای آینه ی براگ مورد بررسی قرار گرفته و ویژگی های مثبت آن در لیزر سطح گسیل بر مبنای hcg از جمله، قابلیت کنترل پلاریزاسیون نور خروجی، کنترل مدهای عرضی، میزان بالای خطای قابل قبول در فرایند ساخت و سرعت و گستره ی تنظیم طول موج ، معرفی می گردد. در پایان نیز یک نمونه از این نوع لیزر جدید با استفاده از نرم افزارهای matlab ، rsoft و fluent شبیه سازی شده و از نظر حرارتی مورد مطالعه قرار گرفته و با لیزر سطح گسیل متداول از نظر توزیع دما و حداکثر دمای ایجاد شده در محیط فعال، در جریان آستانه مقایسه می شود.

چکیده آشکارسازهای نوری بخش مهم سیستمهای ارتباط نوری محسوب می شوند.آشکارسازها اساساً ابزار نیمه هادی هستند که انرژی نوری را جذب می کنند و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند که معمولاً با عنوان جریان نوری بیان می گردد.در طراحی آشکارساز نوری باید به سازگاری آشکارساز نوری با بقیه قسمتهای سیستم توجه داشت که این امر به کوچک بودن اندازه آشکارساز ، پایین بودن ولتاژ بایاس و سهولت ملحق شدن به سیستم دریافت کننده بستگی دارد. از بین آشکارسازهایی که مکرراً مورد استفاده قرار می گیرند آشکارسازهای msm در دسته ای از آشکارسازها که دارای ساختار فلز – نیمه هادی – فلز هستند شناخته می شوند که در چند صد سال گذشته مورد توجه قرار گرفته اند.آشکارساز msm متعارف اساساً شامل دو کنتاکت شاتکی است که به صورت پشت به پشت بر روی سطح دارای ناخالصی ته نشین می شوند. در این پروژه در مورد این آشکارساز که شامل الکترودهای فلزی به هم وصل شده است بحث می شود که در فاصله مابین این الکترودها ، نانوذرات فلزی قرار می گیرند.همچنین در مورد تأثیرات این نانوذرات فلزی و نقش آنها صحبت می شود.تابش نور بر روی نانوذرات تأثیرات جالب توجهی دارد.فوتون ها یا پراکنده می شوند و یا جذب می شوند.فوتون های جذب شده باعث به وجود آمدن تحریک الکترونی داخل ذره ای می شوند (جذب نوری) و در صورتی که دارای انرژی کافی باشند می توانند الکترون را به خارج از ذره تحریک کنند. عامل تعیین کننده ویژگیهای جذب نوری رزونانس پلاسمونی سطح است که در ذراتی با قطر(d) کمتر از طول موج، نور می تواند تحریک شود اما در مورد جسم حجیم (bulk) به این شکل نیست. در صورتی که قطر ذره کمتر از طول موج نور باشد ، میدان الکتریکی باعث می شود تا پرتو نوری در داخل ذره یکنواخت باشد.

در این پایان نامه به طراحی و شبیه سازی پردازشگر تمام نوری با اهداف مخابراتی پرداخته می شود.در ساختار این پردازشگر از ادوات تمام نوری سرعت بالا که با استفاده از ساختارهای نانو طراحی شده است استفاده می گردد.یکی از قطعاتی که در ساختار پردازشگر استفاده می شود لیزر حلقوی می باشد. علت استفاده لیزر حلقوی در این ساختار به قابلیت های آن در تبدیل شدن به انوع گیت ها تمام نوری و توانایی مجتمع ساز آن بر می گردد.

استفاده از افزاره های فوتونیکی در سیستم های مخابراتی از سه دهه پیش آغاز شده و تا به امروز روند رو به رشدی را طی کرده است و پیش بینی می شود تا سال 2015، نرخ انتقال داده ها به 40 ترا بیت بر ثانیه برسد. اما در سال های اخیر پیشرفت افزاره های فوتونیکی با محدودیت پراش نور مواجه شده است. این محدودیت امکان کوچکتر شدن افزاره های فوتونیکی از محدوده ی شکست نور را از بین می برد. با توجه به این محدودیت امکان دستیابی به نرخ انتقال داده های مورد نظر با افزاره های فوتونیکی فعلی وجود ندارد. جهت غلبه بر این محدودیت، پیشنهاد استفاده از افزاره های نانوفوتونیکی با استفاده از برهم کنش میدان نزدیک نوری بین نقاط کوانتومی مجاور مطرح شد. این افزاره ها با استفاده از کنترل انتقال انرژی برانگیخته و میرا شدن آن در اثر واهلش بین ترازهای انرژی اکسیتون در نقاط کوانتومی عمل می کنند. یکی از کاربرد های علم نانوفوتونیک استفاده از آن در طراحی و ساخت گیت ها و سوئیچ های نوری جهت استفاده در مخابرات تمام نوری است که سوئیچ های نانوفوتونیکی امکان بهره برداری از مزایای افزاره-های نانوفوتونیکی از جمله سرعت انتقال بالا، اندازه ی کوچک و توان مصرفی پایین را برای سیستم های مخابراتی تمام نوری فراهم می کند. در فصل اول پایان نامه، به بیان مفاهیم نظری، مکانیسم میدان نزدیک نوری و مقایسه ی آن با امواج میرا شونده ی متداول می پردازیم. در این راستا به معرفی و بررسی کارکرد و رفتار زمانی گیت های نانوفوتونیکی پرداخته و مزیت آنها نسبت به سایر گیت های فوتونیکی متداول بیان می شود. در فصل دوم، به بیان معادلات حاکم بر عملکرد گیت های نانوفوتونیکی و ترازهای انرژی اکسیتون در نقاط کوانتومی می پردازیم و به بیان دینامیک حالت های کوانتومی یک اکسیتون و دو اکسیتون محبوس در نقاط کوانتومی مجاور بر اساس روش عملگر چگالی پرداخته و معادله ی اصلی کوانتومی را برای ماتریس چگالی به دست می آوریم. در انتها به معرفی معادلات نرخ و رفتار زمانی آنها خواهیم پرداخت. در فصل سوم با وارد کردن غیرخطیت به معادلات حاکم بر عملکرد سیستم نانوفوتونیکی این معادلات را اصلاح خواهیم کرد. در نهایت برای این عملکرد غیرخطی مدلی ریاضی پیشنهاد می کنیم و عملکرد غیرخطی را بر پایه ی این مدل مورد بررسی قرار می دهیم.

پلاسمون پلاریتون های سطحی (spp) برانگیختگی الکترومغناطیس در مرز میان دو صفحه ی فلز و دی الکتریک هستند. تمرکز اصلی در حوزه ی spp بر محدود کردن میدان اطراف نانو ذرات و ذرات کوچکتر از طول موج بوده ولی به تازگی ارتباط بازه ی فرکانسی تراهرتز و spp مورد توجه قرار گرفته است. در بازه ی تراهرتز فلز به صورت رسانای ایده آل فرض می شود زیرا فرکانس پلاسما در اطراف ماوراء بنفش است بنابراین spp در فرکانس تراهرتز به شدت پراکنده از سطح انتشار می یابند. برای محدود کردن میدان تا حد زیر طول موج تغییر هندسه ی سطح و مهندسی پلاسمون سطحی ایده ی جدید و موثری بود .در این پژوهش رفتار انتشاری موج تراهرتز بر ناهمواری متناوب به صورت مکعب هایی با سایز های مختلف و ساخت آسان به روش fdtd و fit شبیه سازی شده است. این ساختار از نظر ساخت از دیگر روش های پیشنهاد شده ساده تر بوده با این حال رفتار انتشاری ساختار های دیگر از قبیل مثلثی و دایره ای به روش تحلیلی و جدیدی در این پژوهش بررسی شده و مزایا و معایب آنها بیان شده است. سپس پارامترهای کوپلینگ در کوپلر هم جهت و همچنین تلفات خمش برای ساختار پیشنهاد شده بدست آورده شده و در آخر با تحلیل جامع و تئوریک انجام شده بر روی تشدید کننده های حلقوی نوری مقدمات طراحی آن در بازه ی تراهرتز فراهم آمده و سپس با تغییر پارامتر ها طراحی تشدید کننده حلقوی تراهرتز به صورت بهینه صورت گرفته است.

مدولاسیون مستقیم لیزرهای نیمه هادی کاربرد زیادی در مخابرات نوری دارد. با این وجود به دلیل محدودیت پاسخ فرکانسی در مدولاسیون مستقیم، امکان مدوله ی بیشتر از 10 گیگاهرتز وجود ندارد. بدین منظور طراحی لیزری با پهنای باند مدولاسیون بالا در نرخ بیت های بالا بسیار مهم است. که لیزر ترانزیستوری گزینه ی مناسبی برای این منظور می باشد. در این پایان نامه تمرکز بر فهم فیزیکی و پیش بینی عملکرد لیزرهای ترانزیستوری است. مدل مورد نظر با الحاق خواص ترانزیستور بر دینامیک لیزر، عملکرد آن را پیش بینی می کند. که با نوشتن معادلات پیوستگی برای ناحیه ی بیس ترانزیستور npn و هم چنین روابط مکانیک کوانتومی تسخیر و رهایش حامل ها درون ناحیه ی چاه کوانتومی و معادلات نرخ عملکرد لیزر را پیش بینی می کند. بیان تحلیلی پارامترهای dc و ac در آرایش امیتر مشترک و بیس مشترک انجام شده است. آرایش بیس مشترک (بیشتر از 40 گیگاهرتز) پاسخ بهتری نسبت به آرایش امیتر مشترک (تقریباً 20 گیگاهرتز) دارد. هم چنین آثار چاه کوانتومی بر پهنای باند مدولاسیون مورد بررسی قرارگرفته است که در چند چاه کوانتومی پهنای باند بیشتری نسبت به حالت تک چاه کوانتومی داریم ولی این حالت نیز محدود می باشد چرا که به علت توزیع شیبدار و یکنواخت نبودن توزیع حامل ها درون بیس برای همه ی چاه ها یکسان نیست. در این پایان نامه هدف ارتقای مشخصه های اپتیکی و الکتریکی لیزرهای ترانزیستوری نانوساختار می باشد. معادلات حاکم بر لیزرهای ترانزیستوری با ساختار های مختلف اعم از کپه ای ، تک چاه کوانتومی و چند چاه کوانتومی ارائه شده است. مشخصه های پهنای باند و سوئیچینگ این ساختار ها با هم مقایسه و ساختار بهینه ارائه خواهد شد.

سلول های خورشیدی مبتنی بر پلیمرها در سال های اخیر به دلیل راحتی تهیه پلیمرها و ارزانی آن ها به شدت مورد توجه قرار گرفته اند. در دهه 1960 مطالعات اساسی بر روی خواص نوری و الکترونیکی مولکول های الی انجام شد و این مطالعات تا دهه 1980 زمانی که مولکول های آلی کوچک با درجه خلوص بالا و ساختار و خواص مناسب در دمای اتاق در قیلم های نازک با استفاده از تکنیک های فاز بخار سنتز شدند ادامه یافت. با گسترش این تکنیک ها یک سلول خورشیدی الی با ساختار ناهمجنس با بازده تبدیل توان در حدود%1 توسط تانگ در سال 1986 ساخته شد. با ظهور پلیمرهای مزدوج در دهه 1990 با درجه خلوص بالا ساخت سلول های فوتوولتای آلی با موادی که به راحتی در محلول تجزیه و تحلیل می شوند، آغاز شد برای محاسبه پاراترهای سلول های خورشیدی از قبیل ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه، بازده کوانتومی و غیره ابتدا باید چگالی حامل ها و مکانیزم انتقال این حامل ها مورد بررسی قرار گیرد. در این راستا در این پایان نامه روشی برای مدل سازی انتقال جریان در سلول های خورشیدی ارایه کرده ایم. در این روش ما مدل شاکلی-کوییسر و مدل دیوید کلاسیک که هر کدام از دیدگاه متفاوت سلول خورشیدی را بررسی می کنند باهم ترکیب کرده ایم.تیوری شاکلی کوییسر به سلول خورشیدی مانند یک جعبه سیاه از بیرون نگاه می کند و فرایند های درونی سلول خورشیدی را بررسی نمی کند. در مقابل تیوری دیود کلاسیک فرایندای داخلی سلولی خورشیدی را بررس می کند و با جایگزین کردن کمیت های ماکروسکوپی با کمیت های میکروسکوپی، پدیده های الکترونیکی –نوری درون سلول خورشیدی را مورد بررسی قرار می دهد. ما با استفاده از ایده موجود در تیوری تعادل دقیق این دو مدل را باهم ترکیب کرده ایم و یک مدل کلی برای سلول خورشیدی بدست آورده ایم. در این مدل کلی با تغییر زمان گسسته شدن اکسایتون در داخل ناحیه فعال می توانیم هر دو ویژگی اکسایتونی و دو قطبی را در سلول خورشیدی مشاهده می کنیم برای این منظور ماجذب نور و تشکیل اکسیتون، انتقال اکسیتون و گسسته شدن به حامل های آزاد و در نهایت انتقال حامل ها و جمع شدن در اتصالات را در سلول خورشیدی بررسی کرده ایم. سپس با مدل سازی هر کدام از رخدادها مکانیزم جریان را تعیین کرده ایم. در فصل اول ما مفاهیم موجود در سلول های خورشیدی تیوری های موجود برای انتقال ، انواع سلول های خورشیدی ساختار پلیمرها رابررسی کرده ایم. سپس در فصل دوم مدل های مورد استفاده و روابط موجود در این مدل را معرفی کرده ایم. در نهایت در فصل سوم نتایج حاصل از شبیه سازی مدل های ارایه شده در فصل دوم را به صورت دقیق تجزیه و تحلیل کرده ایم

چند دهه اخیر مقارن شده است با تولد صنعت الکترونیک و به همراه آن کوچک شدن ادوات و افزایش سرعت و پیچیدگی با افزایش تنوع محصولات به صورت پیوسته ادامه داشته است. با این وجود در سال های اخیر ? پشت سر نهادن محدودیت های قبلی در اندازه ادوات و سرعت پردازش با مشکلات روز افزونی مواجه شده است. یک رهیافت جایگزین برای پردازش سیگنال در چند سال اخیر استفاده از فوتون بوده است.استفاده از نور برای انجام دادن کارهایی که تاکنون با الکترون صورت کرفته مزایایی هم داشته است.کوتاه ترین پالس هایی که در این حوزه تولید می شود در حدود اتا ثانیه بوده و قابل مقایسه با کوتاه ترین پالس هایی که در حوزه الکترونیک تولید می شود نمی باشد. همچنین ریز حلقه ها قالب بسیار مناسب برای کارکردهای مختلف پردازش سیگنال های گوناگون همراه با مزیت نسبی در اندازه نسبت به ادوات حجیم و کاهش توان مناسب فراهم می اورند. در این پایان نامه? سعی مان بر طراحی و شبیه سازی فیلتر نوریadd/drop مبتنی بر تشدید کننده های حلقوی? برای سیگنال هایی با مشخصات کوانتومی خواهد بود. در این مسیر با دو چالش عمده مواجه هستیم: اولی بررسی و تعیین رفتار سیگنال های کوانتومی در تشدید کننده های حلقوی و دومی تعیین ساختار کلی فیتر نوری به معنی یافتن تعداد حلقه های مناسب و نحوه ی ترکیب این حلقه ها (سری یا موازی). برای نیل به این مقصود? فصل دوم شامل معرفی تقریبا جامعی از علم اطلاعات و مخابرات کوانتومی و ریاضیات کوانتومی به عنوان ابزار های متداول در این علم و همچنین بررسی مشخصات و ساختار تشدید کننده های حلقوی می باشد. همچنین فصل سوم مشتمل بر ارائه نتایج حاصل از عملیات ریاضی و شبیه سازی های انجام گرفته با نرم افزار متلب می باشد.

در این پایان نامه ساختاری از لایه های کامپوزیتی پلیمر/ نانوذرات دی اکسید تیتانیم به عنوان یک سلول خورشیدی پیشنهاد می شود. همچنین از نانوذرات tio2 حساس به رنگ برای جمع آوری انرژی در بازه بزرگی از طول موج های نور خورشید استفاده شده است، بعد از جذب نور توسط مولکول های رنگدانه و انتقال الکترون از طریق شبکه به هم پیوسته نانوذرات دی اکسید تیتانیوم از پلیمرهای مزدوج مناسب برای انتقال حفره ها به الکترود مقابل استفاده شده است. ساختارهای سلول خورشیدی هیبریدی حساس به رنگ، در مقایسه با سلول های سیلیکونی بسیار ارزان قیمت هستند و نیازی به فرآیندهای پیچیده ساخت ندارند. لیکن عیب عمده این ساختارها بازده بسیار کم آن ها می باشد. جهت به دست آوردن معیاری برای محاسبه بازده، مدل سازی الکتریکی این ساختارها انجام گرفته و بر اساس آن عوامل موثر بر بازده شناسایی شده است. مهم ترین علت پایین بودن بازده این سلول ها نرخ بالای بازترکیب الکترون و حفره های تولید شده بر اثر تابش نور خورشید می باشد، به همین دلیل به جای نانوذرات دی اکسید تیتانیوم از نانومفتول های اکسید روی استفاده شده است، که با فراهم آوردن مسیر مستقیم برای حرکت الکترون مانع از باز ترکیب می شود. لیکن به دلیل پایین بودن میزان خلل و فرج سطحی نانومفتول ها در مقایسه با نانوذرات، نانوذرات فلزی نیز به داخل آند تزریق شده اند که با پراش نور، احتمال برخورد آن با مولکول های جاذب یا همان رنگدانه ها را افزایش می دهند و از این جهت باعث بهبود راندمان این سلول ها می شوند. ساختار پیشنهادی را با نرم افزار matlab شبیه سازی شده و بر مبنای نتایج حاصله بازده محاسبه شده است که حدود 3% بهبود بازده نسبت به ساختار اولیه نشان می دهد. به طور کلی در فصل اول این پایان نامه ضمن بیان مقدمه ای کلی در مورد نیاز رو به رشد بشر به انرژی و الزام فراهم آوردن منبع انرژی پاک، به معرفی انرژی خورشید و مقادیر آن در نقاط مختلف سطح زمین همچنین انواع سلول های خورشیدی پرداخته می شود و در انتها به بررسی منابع و مراجع و کارهای صورت گرفته قبلی در این زمینه پرداخته می شود. فصل دوم به معرفی کامل ساختار و روابط حاکم بر آن اختصاص دارد که با توجه به هدف پایان نامه ، تغییرات مورد نیاز در آن اعمال شده و تغییرات متناظر در روابط حاکم لحاظ می شود. همچنین روند حل معادلات و تحلیل ریاضی ساختار بررسی می شود. ساختارهای مورد بحث با نرم افزار متلب شبیه سازی شده اند که در فصل سوم نتایج این شبیه سازی ها نشان داده شده و نمودارهای مربوطه رسم شده است به علاوه مقادیر ثابت مورد استفاده در جداولی دسته بندی شده اند. در انتهای این فصل نتیجه گیری انجام شده و پیشنهاداتی جهت ادامه کار ارائه شده است.

سالها به دلیل فراوانی و ارزانی انرژی های فسیلی، توجه چندانی به انرژی های پاک و تجدیدپذیر وجود نداشت. اما امروزه با رو به پایان گذاشتن منابع نفت و گاز، آلودگیهای بیش از اندازه کره زمین و نیاز روز افزون به منابع انرژی، انرژی های نو به شدت مورد توجه قرار گرفته اند. یکی از بهترین منابع تجدید شونده انرژی برای تامین انرژی دهه های آینده، انرژی خورشیدی است. اولین نسل از سلول های خورشیدی، سلول های خورشیدی غیر آلی بر مبنای سیلیکون بود. در سالهای اخیر، ساخت و توسعه سلول های خورشیدی کم هزینه تر مورد توجه قرار گرفته اند. از این رو، مواد آلی (پلیمری) که در مقایسه با مواد غیر آلی ارزان تر بوده و به روش ساده تری تولید می شوند، مورد توجه قرار گرفتند. جذابیت ویژه نیمه هادی های پلیمری به دلیل وزن کم، هزینه ساخت بسیار پایین و انعطاف پذیری بالا و امکان ساخت در مقیاس بزرگ است. در این تحقیق، طراحی یک سلول خورشیدی آلی انجام شد که در آن بهینه سازی های انجام گرفته مبتنی بر مطالعات تئوری، به صورت پله به پله به طرح اولیه تک لایه توده نامتجانس اعمال شد و در هر مرحله به تفصیل کلیه منحنی های خروجی مورد بحث و بررسی قرار گرفتند. یک ساختار نانو هیبرید، متشکل از نوعی پلیمر و نانو لوله های کربنی تک جداره را برای بهبود هدایت حفره به سمت آند استفاده کردیم، همچنین بررسی روی بهبود پارامترهای خروجی در صورت نشاندن یک لایه خالص پلیمر قبل از لایه اصلی که مخلوطی از پلیمر و فولرین است، انجام شد. در این مرحله نیز پارامترهای بازدهی، جریان اتصال کوتاه و فاکتور پرشدگی افزایش قابل ملاحظه ای داشتند. در نهایت، نانو ذرات اکسید روی (zno) را برای بهبود ضریب جذب و بازدهی تبدیل انرژی کوانتوم داخلی در داخل لایه اصلی تزریق کردیم. در این کار، ساختارهای پیشنهادی ، توسط نرم افزار wxamps که نسخه جدیدی از نرم افزار معروف سلول خورشیدی به نام amps-1d است شبیه سازی شد. نتایج شبیه سازی، حاکی از آن است که تعریف لایه نانو هیبرید به عنوان لایه عبور دهنده حفره، لایه بهبود دهنده پلیمری و اعمال نانو ذرات اکسید روی در داخل ناحیه فعال همگی تأثیر قابل توجهی در بهبود پارامترهای خروجی داشتند.

تمایل بشر به افزایش مینیاتورسازی قطعات الکترونیکی، برای بدست آوردن چگالی تجمیع بالا و سرعت بیشتر باعث احساس نیاز روزافزون در حوزه آماده سازی مواد و فرآیندهای تولید قطعات شده است. پس برای رسیدن به قابلیت های بیشتر در ارتباط با افزاره های الکترونیکی نیاز به قطعاتی داریم که دارای ویژگی های زیر باشند: 1- دارای قابلیت مجتمع سازی با چگالی بالاتر 2-سرعت پردازش بالاتر 3-مصرف توان کمتر در این راستا و در جهت نیل به اهداف فوق دائماً شاهد بروزرسانی ادوات الکترونیکی بر اساس تکنولوژی های پیچیده برای ایجاد ساختارهای نوپا می باشیم. یکی از روشهایی که در این مسیر پیشرفت خوبی را طی کرده است، استفاده از ساختارهای سه شاخه است که بر پایه استفاده از انواع متفاوت نانوسیم در ابعاد مختلف ساخته می شود. این ادوات با بهره گیری از اصول رفتار غیرخطی هدایت بالستیک و حتی ایجاد همین رفتار غیرخطی توسط هدایت غیربالستیک، توانسته اند خود را به عنوان یکی از مدعیان اصلی جایگزینی ترانزیستورها در مدارات مجتمع مطرح کنند. مطمئناً در آینده نه چندان دور از این ساختارها بیشتر خواهیم شنید. آنچه در قسمت اول بحث به آن پرداخته ایم، عبارت است از اکثر مطالب مرتبط با مکانیزم های مورد استفاده در ساختار مورد بحث، بعلاوه مروری کوتاه به پیشینه ای که باعث شده تا ما امروز نانوسیم سه شاخه را مورد تحلیل قرار دهیم. یکی از دستاوردهای پیشرفت های سریع در حوزه نانوفناوری امکان دستیابی به سیستم های الکترونی کوچک بالستیک بر پایه بهره گیری از طبیعت موجی الکترونها برای استفاده در مدارات مجتمع می باشد. در فصل دوم قصد داریم با معرفی ساختاری که از لحظ شکل ظاهری شباهت زیادی به نانوسیم سه شاخه ما دارد ولی از لحاظ فیزیک حاکم تفاوت دارد، به بررسی این مطلب بپردازیم که چگونه می توانیم رفتاری مشابه با آنچه که قطعه فوق الذکر نشان می دهد را بدست آوریم. در ادامه به چگونگی کارکرد نانوسیم می پردازیم و فیزیک و روابط حاکم بر پیوند گاز الکترونی دوبعدی و فلز شاتکی را مورد بررسی قرار می دهیم. سپس طراحی گیت های منطقی با استفاده از نانوسیم سه شاخه شرح داده می شود. در فصل سوم در مورد منحنی های بدست آمده و نیز منحنی هایی که مشابه حالت ترازیستور اثرمیدان می باشند بحث می شود. همچنین نتاج شبیه سازی برای گیت not ارائه شده است. تمامی شبیه سازی هایی که در این فصل ارائه شده اند با استفاده از نرم افزار سیلواکو و در حالت سه بعدی انجام گرفته اند، که این موضوع به خاطر تعداد مش بندی بالا در ساختار باعث ایجاد محدودیت هایی در شبیه سازی شده است.

اثرات کانال کوتاه یکی از حساس ترین نکات در ساخت ترانزیستورها در ابعاد کمتر از میکرو ونانو است وبه مانع اصلی فن آوری ساخت ترانزیستور در مقیاس نانوتبدیل شده است و باعث تخریب عملکرد وتغیر ویژگیهای الکتریکی شده است. یک نمونه از اثرات کانال کوتاه اشباع سرعت است که در آن حامل در دستگاه به سرعت به اشباع رسیده با جود آن که حالت اشباع بوجود نیامده است. در سال های اخیر ترانزسیتورهای اثر میدانی مبتنی بر گرافن برای از بین بردن این محدودیت ها پیشنهاد شده اند. ویژگی-های فلزی و نیمه رسانایی گرافن یکی از مهمترین مزایا در طراحی چنین ترانزیستورهایی است. در این پایان نامه ابتدا به بررسی و مدل سازی ترانزسیتورهای اثر میدانی مبتنی بر گرافن پرداختیم و سپس مشخصه جریان – ولتاژ یک ترانزیستور مبتنی بر گرافن رابدست می آوریم و اثر نانو نوار کردن گرافن روی این مشخصه را بررسی می کنیم که اصلی ترین هدف این پایان نامه است. نتایج شبیه سازی برای گرافن نانوریبون فت های یک لایه ودولایه با دوضریب دی الکتریک متفاوت در هرسه مدل موبیلیتی و سرعت حامل ها وجریان ودر سه عرض متفاوت 2و5 و8 را بررسی می کنیم که نتیجه نشان داد هرچه قدر عرض بیشتر می شود به دلیل کوچک شدن گاف انرژی موبیلیتی وسرعت حامل ها وجریان بیشتر می شود واین افزایش در زیر باند اول بیشتر از دوزیرباند دیگر است و همچنین در ثابت دی الکتریک بالا نتایج روبه افزایش است. در آخر تأثیر ضخامت عایق بر جریان را نیز بررسی کردیم ودیدیم که هرچه قدر ضخامت عایق گیت کم میشود جریان افزایش می یابد.

گرافین، با ویژگی هایی همچون: گاف انرژی صفر ، تحرک بالای الکترونی، رسانایی خوب الکتریکی، شفافیت، انعطاف و استحکام زیاد، نوید بخش سلول های خورشیدی هست که بهبود بازده و کاهش هزینه های تولید را به همراه دارند. برای استفاده از گرافین به عنوان کنتاکت و در عین حال لایه ی فعال، یعنی ایجاد پیوند شاتکی، نیاز به افزایش سد شاتکی، کاهش مقاومت و افزایش شفافیت گرافین است که با 5 لایه ی گرافین دوپ شده با tfsa، می توان به آن دست یافت. با شبیه سازی های مختلف صورت گرفته به ضخامت بهینه ی 20 میکرو متر برای ویفر سیلیکون دست یافتیم که این سلول را در زمره ی سلول های خورشیدی فیلم باریک قرار می دهد. برای بهبود راندمان، کنتاکت اهمی را به علت ایجاد سد در برابر جریان و اثر پراکندگی نانو ذرات را به علت افزایش جذب نور بررسی کردیم. نقره مناسبترین پراکندگی را ایجاد می کند. در نمونه های آزمایشگاهی با نانو ذرات نقره 12nm، برای طول موج های بزرگتر از 500nm جذب افزایش می یابد ولی در سایر طول موج ها کاهش می یابد. برای حل این مشکل قبل از نانو ذرات، لایه ای باریک از سیلیکون قرار دادیم تا بتوان فوتون های پرانرژی را در این ناحیه جذب کرد. مهمترین فاکتور برای انتخاب فلز جایگزین، میزان سد در پیوند فلز-نیمه هادی با در نظر گرفتن میزان فراوانی آن ماده است. فلزاتی چون ایندیوم و کادمیوم کمترین سد ممکن را ایجاد می کنند که کمتر از فلزاتی چون آلومینیوم و نقره است. برای شبیه سازی سلول خورشیدی، از نرم افزار wxamps استفاده شده است. نرم افزار جدیدی که اختصاصا برای شبیه سازی سلول های خورشیدی توسط گروه تحقیقاتی مربوطه در دانشگاه ایلینویز آمریکا، ارائه شده است. با ساختار جدید بازدهی %12.93 بدست آمده است که حدودا معادل است با، افزایش نسبی بیش از %40، نسبت به بهینه ترین سلول خورشیدی پیوند شاتکی گرافینی.

در این پایان نامه ابتدا سلولهای خورشیدی سطوح شکل داده شده را مورد مطالعه قرار داده¬ایم. شکل سطح سلول خورشیدی را بصورت نیم کره در نظر گرفته و روابط ریاضی حاکم را مورد تحلیل و بررسی قرار داده و مقایسه بین سلولهای خورشیدی سطح صاف و سطح شکل داده شده بصورت نیم کره انجام داده¬ایم. نتایج بدست آمده نشان می¬دهد که شکل دهی سطح سلول خورشیدی بصورت نیم کره باعث دو تغییر اساسی در عملکرد سلول خورشیدی می شود که یکی متمرکز کردن نور برخوردی در مرکز نیم کره می باشد (به دلیل خاصیت عدسی) و دیگری تاثیردار کردن زاویه برخورد نور به سطح سلول نسبت به مکان می باشد که این دو مورد مزیت¬های اساسی سلولهای خورشیدی دارای سطوح شکل داده شده بصورت نیم کره نسبت به سلولهای خورشیدی دارای سطح صاف می¬باشند. لازم به ذکر است که نتایج بدست آمده با استفاده از روش حل fdtd معادلات ماکسول این مورد را تائید می¬کنند¬. همچنین به دلیل اینکه این نوع سلول های خورشیدی، زیر مجموعه ی سلول های خورشیدی لایه نازک می باشند بیشتر تحلیل و بررسی¬های انجام یافته نوری می باشند. نتایج بدست آمده و مقایسه های انجام شده مربوط به کمیت های نوری از جمله میزان جذب نور، میزان میدان و چگالی جریان می باشند که این هم به دلیل قابل صرفنظر بودن میزان بازترکیب حامل های ایجاد شده دراین نوع سلول های خورشیدی برمی¬گردد. در این پایان¬نامه همچنین تحلیل ساختار شکل داده شده با حضور نانو میله¬هایی که در پایین نیم کره ی سیلیکنی قرار داده شده¬اند، انجام یافته است. لازم به ذکر است که سلولهای خورشیدی سیلیکنی به دلیل گاف انرژی غیر مستقیمی که دارند جذب نور کمتری دارند که البته با افزایش طول موج نور برخوردی کاهش شدیدتری در جذب نور از خود نشان می¬دهند. این مشکل نیز با استفاده از خاصیت پلاسمونی نانوذرات و نانومیله های فلزی که در ته سلولهای خورشیدی طراحی شده¬اند، حل شده است. بعلاوه به دلیل اینکه در سلول های خورشیدی سطح نیم کروی شدت نور در مرکز نیم کره خیلی بالا می¬باشد، طراحی این نانو میله ها از اهمیت بالایی برخوردار است. از این رو طراحی نانومیله ها با توجه به سطح شکل داده شده بصورت نیم کره انجام پذیرفته و بصورت صلیبی می باشند که با توجه به نتایج به دست آمده ساختاری را که طراحی کرده¬ایم افزایش راندمان بیش از 27 درصدی و همچنین در طول¬موج¬های بین 400 تا 700 نانومتر تقریبا به طور متوسط بیش از 40 درصد افزایش جذب نور را از خود نشان می¬دهد.

افزایش روز افزون تقاضا برای ایجاد ظرفیت بیشتر در شبکه های ارتباطی موجب علاقه مندی بیشتر پژوهشگران ‏برای استفاده از ادوات نوری در سرعت های بسیار بالا برای پردازش نوری گشته است و این امر جز با استفاده از ‏ادوات بسیار سریع و تماماً نوری امکان پذیر نمی باشد. از طرفی دیگر استفاده از موجهای تراهرتز علاوه بر مزیت ‏های منحصر بفردی که در مخابرات نوری، کاربردهای حسگری و تصویربرداری و همچنین اپتوالکترونیک ‏پرسرعت دارند، اخیراً در نسل جدیدی از کاربردها همانند دستکاری پدیده های نوری در ساختارهای حالت جامد ‏وارد شده اند که نوید سوئیچینگ در مقیاس فمتوثانیه را در ساختارهای حالت جامد می دهند.‏ در این پایان نامه سعی بر این بوده است تا سوئیچینگ پرسرعت در ادوات نوری مبتنی بر نقاط کوانتومی نیمه هادی ‏مورد بررسی قرار گرفته و طرح های جدیدی برای این منظور در این ساختارها ارائه گردد. در فصل اوّل به بررسی ‏سوئیچینگ تمام نوری در ساختارهای نیمه هادی مبتنی بر نقاط کوانتومی پرداخته و فیزیک حاکم بر این ساختارها ‏مورد بررسی قرار می گیرد. درادامه فصل، سوئیچینگ تمام نوری در نقاط کوانتومی نیمه هادی بوسیله ی میدان ‏الکتریکی یک پالس تراهرتز به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته و پدیده های اپتوالکترونیکی مرتبط با این نوع ‏سوئیچینگ و روابط حاکم بر آنها معرفی می گردند.‏ ‏ در ابتدای فصل دوّم به نحوه ایجاد یک پالس تراهرتز برای بهره گیری در سوئیچنگ بهره یک تـقـویـت کننده ی ‏نوری نیمه هادی مبتنی بر نقاط کوانتومی (‏qd-soa‏) پرداخته و با بررسی ادوات تولید کننده ی پالس تراهرتز و ‏فیزیک حاکم بر این نوع ادوات به روابطی برای میدان الکتریکی پالس تراهرتز دست خواهیم یافت. سپس متدهای ‏شبیه سازی یک ‏qd-soa‏ را بیان کرده و به ارائه معادلات انتشار سیگنال نوری و معادلات نرخ دینامیک حاملها ‏برای شبیه سازی این نوع ادوات می پردازیم و چند نمونه از نتایج این نوع شبیه سازی را مورد بررسی قرار می ‏دهیم. در پایان این فصل نیز به نحوه حل عددی معادلات انتشار و معدلات نرخ خواهیم پرداخت.‏‎ ‎ فصل سوّم را با ارائه ساختار مورد بررسی برای عمل سوئیچینگ بسیار سریع تمام نوری آغاز کرده و تاثیر اعمال ‏میدان الکتریکی تراهرتز بر روی توابع موج الکترون و حفره نقطه کوانتومی در شدت میدان های مختلف بیان می ‏گردد. در ادامه تغییرات بهره ‏qd-soa‏ در حضور پالس تراهرتز و همچنین اعمال سیگنال نوری به عنوان پالس ‏ورودی مورد مطالعه قرار گرفته و سوئیچینگ تمام نوری بهره در این نوع ادوات ارائه می گردد. نهایتاً، در بخش ‏جمع بندی و پیشنهادات به کاربردهای موج تراهرتز به عنوان سیگنال سوئیچینگ در ادوات نوری و تأثیر پذیری ‏خواص اپتوالکترونیکی آنان می پردازیم.‏‏

در این پایان نامه با توجه به قابلیت های نانواکسیدهای فلزی برای کاربرد در حسگرها، اکسید تنگستن با ساختار نانو جهت استفاده بعنوان ماد? حساس حسگرِ رطوبت تهیه شد؛ و با استفاده از ابزارهای sem و xrd مورد شناسایی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ساختار اکسید تنگستن سنتز شده بصورت کره¬هایی در ابعاد 3 تا 7 میکرو متر هستند که سطح کره¬ها دارای تخلخلهای نانومتری فراوان در ابعاد 10 تا 60 نانومتر می باشد. ماده تهیه شده بر روی مدار الکترود انگشتی لایه نشانی شد. قابلیت استفاده از این نانو ساختارها برای حسگر رطوبت مورد بررسی قرار گرفت. رفتار مقاومتی این حسگر در مقادیر مختلف رطوبت نشان داد که با افزایش میزان رطوبت نسبی محیط مقاومت حسگر کاهش می یابد. با افزودن نانو ذرات نقره بصورت ناخالص سازی سطحی حساسیت حسگر افزایش یافت. زمان پاسخ حسگر 2 ثانیه و زمان بازگشت به حالت اولیه حدود 7 ثانیه اندازه¬گیری شد که در مقایسه با کارهای مشابه بهبود چشمگیری را نشان می دهد. همچنین حساسیت mω/rh%414/4در بازه 20-50% رطوبت نسبی و mω/rh% 0/681 در بازه 50% تا 90% بدست آمد که نسبت به کارهای مشابه بهبود نشان می دهد.

در این پایان¬نامه سعی شده تا نمایی از یک لیزر سطح گسیل کاواک عمودی به همراه یک لایه گرافن به عنوان کنتاکت هادی شفاف، به منظور توزیع بهتر جریان درون ساختار این نوع ابزار ارائه شود. در فصل اول، ابتدا تاریخچه¬ای از لیزر¬های سطح گسیل کاواک عمودی و مقایسه آن با لیزر¬های وجه¬گسیل معمول ارائه کرده¬ایم. سپس شرایط طراحی این¬گونه لیزر¬ها را طبق منابع موجود بررسی کردیم. در ادامه این فصل به بررسی فتونیک کریستال¬ها و استفاده از آنها به عنوان کاواک این لیزرها پرداخته¬ایم. در فصل دوم به علت استفاده از نرم¬افزار شبیه¬سازی سیلواکو، در شبیه¬سازی به معرفی اجمالی این نرم¬افزار پرداخته و روش استاندارد ترکیب دستوری¬این نرم افزار به¬صورت مختصر شرح داده شده است. در فصل آخر، با استفاده از تعریف یک لایه گرافن در نرم افزار سیلواکو و استفاده از آن برای کنتاکت ابزار به بررسی چگونگی توزیع جریان در نواحی مختلف ابزار vcsel پرداخته¬ایم. در انتها در قسمت نتیجه گیری توزیع بسیار بهتر جریان در ابزار با استفاده از یک لایه گرافن به عنوان کنتاکت هادی دیده شد که می¬تواند به صورت موثری عملکرد این ادوات را بهبود بخشد.پرداخت.

پیشرفت در سنسور های گاز،با توسعه ادواتی مانند نانولوله کربنی،نانووایر،فلزات اکسیدوغیره انجام می گیرد از آنجایی که نانولوله های کربنی برای سنسورهای گاز تشخیص آلاینده هوا بسیار مهم هستند به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند.نانولوله های کربنی به دو دسته نانولوله های تک دیواره و چند دیواره تقسیم می گردند که نانولوله های تک دیواره به دلیل دارای خواص الکتریکی جالب مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است عمده تفاوت بین دو نانولوله در اندازه قطرشان است . در این پایان نامه ،از نانولوله کربنی تک دیواره نیمه هادی به عنوان کانال مابین درین وسورس یک ترانزیستور ماسفت استفاده کردیم(دلیل این که از نانوتیوب کربنی تک لایه در کانال ترانزیستور ماسفت استفاده کردیم انرژی شکاف باندشان هست که در حد نیمه هادی می باشد.) که نقش وجود گاز در محیط را با استفاده از تغییر جریان کانال حس خواهیم کرد .وقتی که گازها با نانولوله کربنی در تماس قرار می گیرند موجب تغییر حامل های الکتریکی در نانولوله می گردد که این عامل موجب تغییر رسانندگی الکتریکی نانولوله کربنی می گردد که این ا مر منجر به کاهش یا افزایش جریان کانال می شود . بنابراین ما یک سنسور گاز را با استفاده از ترانزیستور اثر میدانی نانولوله کربنی تک دیواره با کایرالتی (0و10)و با طول کانال 10نانومتر و 100میکرومتردر دماهای مختلف را طراحی و شبیه سازی کردیم

سلول های خورشیدی نسل سوم همچون سلول های خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی با هدف افزایش محسوس بازده تبدیل انرژی مورد توجه قرار گرفته اند. با چشم انداز استفاده از محبوس سازی انرژی توسط مواد مبتنی بر نانوساختارها یا نقاط کوانتومی، مفاهیم مختلف سلول های خورشیدی پا به عرصه ی وجود می گذارد. نقاط کوانتومی دارای پتانسیل تنظیم گاف نواری موثر از طریق محبوس سازی کوانتومی هستند. همچنین نقاط کوانتومی اجازه تولید ادوات بهینه شده پشته ای را در یک مرحله رشد در یک پروسه فیلم نازک فراهم می سازند. علیرغم تمام این ویژگیها افزایش دما در برخی موارد باعث کاهش راندمان سلول های خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی می شود. از دلایل این موضوع، اثر دما بر کاهش محصوریت حامل و نیز گاف انرژی و به دنبال آن ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه است. در این پایان نامه ابتدا اثر دما بر روی عملکرد سلول های خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی با مواد مختلف و با افزایش تعداد نقاط کوانتومی در بازه ی دمای بین ??? تا ???? درجه ی کلوین بررسی شده سپس با توجه به تاثیر دما، جهت جلوگیری از افت ولتاژ و راندمان? بهینه شرایط ممکن برای عملکرد سلول خورشیدی در دماهای بالا با مواد مناسب را مورد بررسی و پیشنهاد داده شده است.

در فیزیک، بازه فرکانسی تراهرتز به عنوان گسیل های الکترومغناطیسی شناخته می¬شوند که فرکانس انتشار آنها بین 1011 هرتز تا 1013 هرتز باشد. که محدوده بین ماکروویو و فروسرخ را در بر می¬گیرد. آشکارسازهای تراهرتز در اواخر قرن بیستم با استفاده از خواص کوانتومی مواد نیمه هادی ساخته شدند. تحقق لایه های گرافنی و گرافن دو لایه یک چشم انداز نوین در طراحی آشکارسازهای جدید ایجاد کرد. بیشترین برتری استفاده از گرافن، امکان کنترل شکاف انرژی درگرافن دو لایه و امکان قرار دادن آن در داخل طبقات کم پهنا می¬باشد. با عنایت به خصوصیات گرافن و توانایی ایجاد گاف انرژی قابل تنظیم در آن، می¬توان جهت بهبود پارامترهای آشکارسازی از ترانزیستورهای فوتونی مبتنی بر کانال گرافنی دو لایه استفاده کرد. این ساختار می¬تواند بصورت آشکارساز قابل تنظیم در طیف های مختلف با حساسیت بالا و توانایی کار در دماهای بالا، استفاده شود. آشکارسازهای مبتنی برگرافن، درای بهره کوانتومی نسبتاً بالایی هستند و به راحتی با مدارات سیلیکونی و یا گرافنی مجتمع¬سازی می¬شوند.

علاوه بر بهبود حسگرهای اکسید روی ، اثر احساس گاز در دیگر نیمه هادیهای اکسید فلزی پیشنهاد گردید. به دلایل فنی ، حسگرهای فلزی مبتنی بر zno در کاربردهای عملی، از اهمیت ویژه ای برخوردارند. هدایت الکتریکی در حسگرهای اکسید روی همانند همه ی نیمه هادی های نوع n، در حضور گازهای احیا کننده، همچون h2، co، هیدرو کربن ها و بنبان های الکلی افزایش می یابد.

محققین، ادوات اسپینی را جهت بهبود عملکرد ادوات الکتریکی پیشنهاد داده اند. ادوات اسپینی مهمترین نقش خود را در ساخت ترانزیستورها ی اسپینی ایفا کرده اند. همانطور که در این پایان نامه نیز به آن خواهیم پرداخت، ترانزیستورهای اسپینی بر روی صفحه ی گرافینی با برخورداری از قابلیت گرافن جهت رفع چالش های ترانزیستورهای فعلی ارایه شده اند. که سرعت این ترانزیستورها به علت بالا بودن سرعت حرکت الکترونها در سطح گرافن، در مقایسه با ترانزیستورهای فعلی بسیار بالا است. همچنین با بکارگیری گرافین در کانال این ترانزیستورها، به علت خاصیت گرافین می توان برهم کنش های موجود در کانال های با مواد نیمه هادی چشم پوشی کرد. ما در این پایان نامه توانستیم با وارد کردن مشخصات گرافین به جای مشخصات نیمه هادی در کانال، به علت خواص الکتریکی و سرعت انتقال بالای حامل ها در گرافین به ترانزیستور اسپینی با مشخصات بهتر دست بیابیم. همچنین با استفاده از روابط اثر راشبا، با اعمال ولتاژ گیت، به اندازه ی 180درجه یا 3.14 درجه ی رادیان زاویه ی اسپین هایی که در کانال تغییر کرده را تغییر داد و به این ترتیب ترانزیستور را روشن و یا خاموش کرد. همانطور که از نتایج شبیه سازی با استفاده از نرم افزار متلب، مشاهده شد، با تغییر ولتاژ گیت به صورت خطی زاویه ی اسپین تغییر پیدا کرد.

در این پایاننامه ابتدا در فصل اول توضیحاتی در مورد ساختار گرافن، کاربردهای آن، مزیت های فراوان آن نسبت به سایر مواد، و همچنین اشاره ای در مورد اصول و ادوات فتوولتائیک ارائه کرده ایم، در فصل دوم مبانی و روش های پژوهش را شرح داده و با معادلات حاکم بر فتوولتائیک آشنا شده ایم و همچنین مدل سازی های لازم برای انجام پروژه را مرور کرده ایم و در نهایت در فصل سوم ابتدا با استفاده از شبیه ساز سیلواکو، سلول خورشیدی و آشکار ساز نوری را با استفاده از گرافن طراحی نموده و خروجی های مدنظر را محاسبه کردیم. سپس، در ادامه همین ادوات را با استفاده از سیلیکن در سیلواکو طراحی کرده و در نهایت خروجی های حاصل از گرافن را با خروجی های حاصل از سیلیکون مقایسه کرده ایم و پس از آن نتیجه گیری های لازم را جمع بندی نموده، و توصیه های لازم برای کارهای تحقیقی در آینده را داشته ایم.

در این پایاننامه، یک سنسور برای تشخیص گازهای شیمیایی و قابل احتراق nh3 مبتنی بر اکسید گرافن کاهیده (rgo) با ساختار ترانزیستور (mosfet) مدلسازی شده است، اکسید گرافن کاهیده نوید یک حسگر مواد مناسب را میدهد و بر همین اساس خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی خوبی دارد. در گرافن حرکت الکترونها به شدت بالاست و به راحتی می توانند در دمای اتاق انتقالات را انجام دهند. ساختار دوبعدی هر اتم کربن بروی سطح باعث راحتی انتقال الکترون می شود در این میان حساسیت برای جذب را بالا می برد. به عنوان مثال ورقه ایی شدن حالت مکانیکی گرافن ثابت میکند توانایی پتانسیل برای شناسایی و آشکارسازی گازهای سطح پایین تک مولکولی مناسب است، و از طریق حذف اکسیژن از اکسید گرافن خام ساخته می شود. توسط سنسور طراحی شده تغلیظ فوق پایین 30 ppmاز گاز nh3 توسط ترانزیستور در دمای اتاق تشخیص داده می شود و برای تغلیظ در ppm 5000ولتاژ تریشهلد در200 mv می باشد. تغذیه زیر یک ولت سنسور برای تشخیص گاز، عملکرد سریع، نویز پذیری کم، انرژی مصرفی خیلی پایین، حساسیت زیاد از قابلیت های قابل ذکر این سنسور است.

هدف ما در این پایان نامه بررسی و مدل سازی سلول خورشیدی باند میانی پلاسمونی (pibsc) میباشد. ما در اینجا با استفاده از روش کاملا تحلیلی به بررسی رفتار سلول های خورشیدی p-i-n، باند میانی و باند میانی پلاسمونی پرداخته ایم. ابتدا به مدل سازی استخراج مشخصه های سلول p-i-n (از جنس gaas ) به عنوان سلول مرجع اقدام کرده ایم، سپس با قراردادن نقاط کوانتومی inas/gaas در لایه i سلول مرجع مشخصه های این نوع سلول را نیز استخراج کرده، و در نهایت با قرار دادن نانوذرات فلزی (mnp) در لایه i سلول مرجع (همراه با لایه نقاط کوانتومی) سلول pibsc را معرفی کرده ایم. پاسخ نانوذرات فلزی به نور تابشی درون ناحیه i را با استفاده از روش عددی المان مرزی (bem) بدست آوردیم. ابعاد نقاط کوانتومی تعیین کننده انرژی تراز باند میانی گسسته خواهند بود، ابعاد نانوذرات فلزی تعیین کننده موقعیت رزونانس پلاسمونی هستند که تاثیر مستقیم روی بازدهی سلول خواهد داشت.

در سال های اخیر لیزرها جای خود را در بسیاری از کاربردهای پزشکی و مهندسی باز کرده اند. در این بین لیزرهای نیمه هادی به دلیل ویژگی های خاص خود از اهمیت ویژه ای برخوردارند. پایان نامه ابتدا به تئوری لیزر می پردازد و سپس دو نوع لیزر نیمه هادی را مورد بررسی قرار می دهیم، که عبارتند از لیزر وی سل و لیزر وکسل. این لیزرها از نوع انتشار از سطح می باشند. البته تمرکز بیشتر همان طوری که از موضوع پایان نامه نیز مشخص است، بر روی لیزر وکسل می باشد. اما به دلیل اینکه ایده ی اصلی وکسل از لیزر وی سل گرفته شده است، بنابراین لازم است که در مورد لیزر وی سل، ساختار و مزیت های آن بحث شود. همچنین مزیت هایی که در مورد لیزر وی سل گفته می شود در مورد وکسل نیز وجود دارد، و در واقع وکسل می تواند مزایای لیزرهای انتشار از لبه و وی سل را همزمان داشته باشد. در فصل اول پایان نامه مطالبی در مورد تئوری لیزر گفته می شود. در ادامه پیشینه و کارهای انجام شده در زمینه لیزر و کاربردهای آن گنجانده شده است و چالش های مختلف آن بررسی می شود. در فصل دوم مبانی، روش ها و مواد استفاده شده در طراحی لیزر و همچنین ساختار وکسل و روابط آن به طور دقیق بررسی شده است. بحث مربوط به نرم افزارها و قابلیت های آن ها در شبیه سازی نیز در این فصل می باشد. نرم افزارهای استفاده شده عبارتند از اپتی ویو و لومریکال، که در مورد هر یک از آن ها توضیحاتی داده شده است. ولی به دلایلی که در متن پایان نامه نیز اشاره شده اپتی ویو برای کاربرد ما مناسب نیست، بنابراین از لومریکال استفاده شده است. لومریکال سیستم چهار ترازه ای را در اختیار قرار می دهد که برای شبیه سازی لیزر مناسب می باشد. البته جزئیات این مدل در متن پایان نامه آورده شده است. مطالب فصل سوم شامل طراحی و لایه بندی آینه های توزیع شده ی براگ و ناحیه ی فعال و کوانتوم ول ها در نرم افزار می باشد. لیزر های وی سل و وکسل طراحی شده در طول موج 3/1 پمپ می شوند، و در طول موج 55/1 انتشار می یابند. در ادامه نتایج حاصل از شبیه سازی و نمودارهای خروجی مورد تجزیه و تحلیل و مقایسه قرار می گیرد. نمودارهای خروجی نیز شامل طیف خروجی، میدان و توان خروجی می باشد. نتایج به دست آمده از شبیه سازی می تواند ما را برای طراحی های دیگر نیز سوق دهد. برای مثال می توان محدودیت های گرمایی و روش های دفع حرارتی را نیز به سیستم افزود و نتایج حاصل از آن ها را مشاهده کرد. بنابراین با طراحی و شبیه سازی لیزری که بتواند تمام جنبه ها و محدودیت ها را در نظر بگیرد، می توان به نتایج در سطح آزمایشگاهی نیز امیدوار بود و طراحی ها را در سطح آزمایشگاهی نیز مورد بررسی و تحلیل قرار داد.

هدف از این پژوهش، طراحی یک سلول خورشیدی آلی با اثر پلاسمونی بهبود یافته توسط نانوسیم های فلزی از فلزات نجیب چون نقره و طلا بود، این کار با شبیه سازی با نرم افزار comsol انجام شد. تصمیم بر آن بود که از نرم افزار wxamps نیز برای ساختار بدون نانوسیم استفاد گردد که ابته امکانات کامسول، نیاز به این کار را برطرف نمود. سلول خورشیدی آلی در شرایط بدون نانوسیم فلزی و با نانوسیم فلزی مقایسه گردید ، همچنین بررسی در مورد اثر جنس فلز، شکل نانوذره فلزی، اندازه نانوذره و غیره انجام داشت. سرانجام راهی مناسب برای رسیدن به سلول خورشیدی نانوساختار بهینه ارایه شد.

یکی از راه های افزایش بهره ی سلول خورشیدی، پشته ای وصل کردن سلول های خورشیدی می باشد. سلول خورشیدی پشته ای که در اینجا مورد شبیه سازی و بررسی قرار گرفته است از دو تک سلول تشکیل گردیده که ابتدا این دو تک سلول سیلیکون و 6h-sic که هر کدام بخشی از طیف خورشید در بر می گیرد شبیه سازی شده و پارامترهای الکتریکی و نوری مورد بررسی قرار گرفت و برای افزایش راندمان، باز ترکیبی در سلول رخ می دهد و با کاهش عمل کرد سلول می شود تا حد زیادی بهینه سازی شد