در سال های اخیر توجه زیادی به همدوسی و تداخل کوانتومی در سیستم های اتمی چندترازی معطوف شده است. اگر مجموعه اتمی همدوس باشد، صرف نظر از روش تولید آن، تابع موج اتم ها رابطه فازی معینی دارند. مهیا کردن شرایط برای استفاده از محیط به منظور تغییر شیب پاشندگی و در نتیجه سوئیچ کردن سرعت گروه پالس کاوشگر از اهمیت ویژه ای برخوردار است و می تواند بعنوان ابزاری ارزشمند جهت استفاده در انتقال اطلاعات نوری، پردازش اطلاعات کوانتومی و وسایلی چون کامپیوترهای کوانتومی و تداخل سنج ها مورد استفاده قرار گیرد. در این تحقیق، یک سیستم اتمی سه ترازی شکل مورد بررسی قرار می گیرد. هیچ میدان لیزری در فرآیند دمش بکار نرفته است و کنترل میدان ضعیف کاوشگر تنها از طریق دمش ناهمدوس و تداخل کوانتومی صورت می گیرد. با اینکه پدیده گسیل خودبخود ذاتاً پدیده ای ناهمدوس است ولی در سیستم مورد بررسی، به ایجاد همدوسی کوانتومی بین ترازهای بالایی منجر می شود که می تواند بطور موثر طیف گسیلی و جذبی را تغییر دهد. از طرفی از دمش ناهمدوس به عنوان پارامتر اضافی کنترل کننده سرعت گروه استفاده شد. نتایج بدست آمده نشان داد که در حضور تداخل کوانتومی بیشینه، با تغییر آهنگ دمش ناهمدوس، شیب پاشندگی از مثبت به منفی و متعاقباً سرعت گروه از فروسرعت نور به فراسرعت نور و برعکس تبدیل شد. بعلاوه با بررسی طیف گسیلی سیستم معلوم شد که در حضور تداخل کوانتومی و بدون میدان دمش ناهمدوس، تله اندازی همدوس جمعیت اتفاق می افتد. اما با اعمال میدان دمش ناهمدوس تله اندازی از بین رفته و اتم ها از ترازهای بالایی به تراز پایه واهلش می یابند.

در این پایان نامه تلاش شده است تا رفتار پدیده دوپایایی نوری در سیستم های کوانتومی مختلف بررسی شود. در ابتدا این پدیده در یک سیستم مولکول نقطه کوانتومی سه ترازی مطالعه گردیده و از پارامترهای مختلف سیستم برای بررسی رفتار دوپایایی استفاده شده است. طبق نتایج بدست آمده، تغییر در پارامترهای تونل زنی، میدان دمشی، نامیزانی میدان کاوشگر و نامیزانی ایجاد شده بین تراز های دو نقطه ی کوانتومی، موجب تغییرات عمده در خروجی سیستم می شود. تغییرات فاز نیز در سیستم مورد مطالعه قرار گرفته و مشخص شده است که تغییرات ناشی از فاز در اثر مخلوط شدن پاسخ میدان دمشی به محیط با پاسخ میدان کاوشگر به محیط است. همچنین پدیده ی دوپایایی در یک سیستم اتمی چهار ترازی مورد مطالعه قرار گرفته است. مشخصات این سیستم به عنوان ابزار کنترلی در نظر گرفته شده و نتایج حاصل از بررسی تغییرات این پارامترها بر روی سیستم بیان گردیده است.

در این پایان نامه رفتار دوپایایی نوری سیستم سه ترازی گذار بسته در حالت تشدید چند فوتونی و فراتر از آن مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که در حالت تشدید چند فوتونی سیستم وابسته به فاز است که این وابستگی از پراکندگی میدان های دمشی و میکروویو در پاسخ محیط به میدان کاوشگر ناشی می شود. در حالت فراتر از تشدید چند فوتونی ، معادلات ماتریس چگالی نسبت به پارامتر ? بستگی صریح زمانی دارند، بنابراین سیستم سه ترازی در حضور میدان های دمشی، میکروویو و کاوشگر جواب ثابتی را حتی در حالت پایا نخواهد داشت. بنابراین برای بدست آوردن رفتار صحیح برای سیستم که در حالت کلی برای نامیزانی های مختلف معتبر باشد، (حل وابسته به زمان) از قضیه فلکوئت استفاده کرده و پاسخ مستقیم محیط به میدان کاوشگر را که مستقل از فاز نسبی است بدست آوردیم.با اعمال میدانهای لیزری به سیستم های کوانتومی چهار ترازی بسته نشان خواهیم داد که در این سیستم ها، دوپایایی نوری را می توان با استفاده از شدت میدانهای اعمالی کنترل کرد و فقط تحت شرایط تشدید چند فوتونی وابسته به فاز است و در حالت فراتر از تشدید چند فوتونی وابستگی فازی از بین خواهد رفت.

در این پایان نامه انتشار پالس نوری ضعیف کاوشگر در محیط بلور فوتونی یک بعدی مورد بحث قرار گرفته است و تغییرات سرعت انتشار نور در محیط از طریق پاشندگی، میزان جذب باریکه حین انتشار در محیط و اثر پارامتر های مختلف در انتشار پالس نوری داخل بلور فوتونی تحلیل و بررسی شده است. نشان داده شده است که اعمال تغییراتی در ساختار یک بلور فوتونی یک بعدی مانند وارد کردن لایه نقص، وارد کردن لایه نقص با اتم های دو ترازی و وارد کردن لایه نقص با اتم های سه ترازی، انتشار پالس در داخل بلور فوتونی را در محدوده باند گاف تحت تأثیر قرار می دهد. از روی نمودارهای جذب و پاشندگی و همچنین نمودار مربوط به بخش حقیقی ضریب شکست موثر محیط، اثر این تغییرات و نیز اثر تغییرات ضخامت لایه بر سرعت گروه پالس منتشره در محدوده باند گاف مطالعه شده است .در ادامه، نحوه انتشار پالس نوری از میان بلور فوتونی یک بعدی در فرود غیر عمود و نحوه تغییر محدوده باند گاف برای قطبشهای te و tm بررسی شده است.

همبستگی کوانتومی که بین بخش های مختلف یک سیستم وجود دارد به یک پدیده کوانتومی بسیار مهم به نام درهمتنیدگی منجر می شود. این مفهوم برای اولین بار در سال 1935 در مقاله معروف مطرح شد.درهمتنیدگی به عنوان یکی از اساسی ترین منابع فیزیک در تئوری کوانتومی است که از اصل برهم نهی ناشی می شود و به عنوان فاکتور کلیدی در زمینه تشخیص فرآیند های اطلاعاتی در کوانتوم می باشد. بنابراین میزان در همتنیدگی حالت مربوطه از جمله ویژگی های اساسی یک حالت کوانتومی می باشد. برای آشکار سازی در همتنیدگی، خالص یا مرکب بودن سیستم بسیار مهم است و از طرفی دیگر، تعیین کمی درهمتنیدگی یک حالت در نظریه اطلاعات کوانتومی نیز مساله بسیار مهمی است. تابعی که مقدار کمی درهمتنیدگی کوانتومی را مشخص می کند سنجه در همتنیدگی نامیده می شود. برای حالت خالص دو قسمته فقط یک سنجه وجود دارد و آن آنتروپی وان- نویمن می باشد. در این پایان نامه درهمتنیدگی کوانتومی سیستم های اتمی و گسیل خود به خودی آن سیستم، تحت تاثیر میدان الکترومغناطیسی مورد بررسی قرار می گیرد و اثر پارامترهای م‍وثر درهمتنیدگی کوانتومی مورد بررسی قرار می گیرد. اثر پارامترهایی نظیر فرکانس رابی میدان اعمالی، نامیزانی اتمی واختلاف فاز نسبی میدانهای محرک بر درهمتنیدگی اتم- میدان از طریق آنتروپی کوانتومی بررسی می شود.

در این پایان نامه ضمن بیان مفهوم مواد چپگرد ، رفتار ضریب گذردهی الکتریکی برای یک آرایه از سیم های بلند نازک فلزی و رفتار ضریب نفوذپذیری مغناطیسی برای آرایه ای از حلقه های تودرتو فلزی به عنوان تشدیدگر حلقوی باز، را بیان کردیم. با ترکیب این دو نوع محیط می توان موادی با ضریب شکست منفی در بازه فرکانسی مایکروویو ایجاد کرد. در مطالعات انجام شده مواد چپگرد را همگن فرض می کنند. اما در اصل شبه موادها غیرهمگن اند که امکان کنترل خواص پاشندگی امواج منتشر شونده در آنها بدون تغییر ساختار هندسی مشکل است. در اینجا با استفاده از رویکرد اپتیک کوانتومی می توان به محیط های اتمی گازی چپگرد همگن و همسانگرد در بازه ی فرکانس های نوری که خواص جذب و پاشندگی آنها تنظیم پذیر باشند، دست یافت. تا بحال مطالعات زیادی روی خواص ویژه انتشار موج در مواد چپگرد انجام شده است. اما سوالی که در این جا می تواند پرسیده شود این است که سرعت انتشار نور در این محیط های چپگرد چگونه است؟ در این پایان نامه درباره شرایط مورد نیاز ( شامل ساختارهای اتمی – نامیزانی فرکانس کاوشگر – میدان کنترل خارجی و چگالی اتمی) در دست یابی به ضریب شکست منفی در محیط های اتمی گازی شکل مطالعه کردیم. سپس مشاهده شد که چنین محیط های چپگردی خواص پاشندگی تنظیم پذیری دارند. با استفاده ازتنظیم پذیری خواص پاشندگی و جذب این نوع محیط های چپگرد رفتار انتشار نور درون آنها را کنترل کردیم. در قسمت اول از اتم های سه ترازه نوع استفاده کردیم. اثرات میدان موضعی ناشی از بالا بودن چگالی اتمی محیط و شدت میدان کنترل در دست یابی به ضریب شکست منفی بررسی شد. دیدیم که به ازای یک سری از پارامترهای خاص محیط در یک بازه ی فرکانسی نوری خاص دارای ضریب شکست منفی تنظیم پذیر است. در قسمت بعد اتم های چهار ترازه شکل که بازه فرکانسی بزرگتری دارند بررسی شد. با اعمال سه میدان محرک قوی یک چرخه- بسته در سیستم ایجاد کردیم که محیط کاملاً وابسته به فاز شد. با تغییر پارامترهای میدان های محرک (دامنه و فاز نسبی)، سرعت گروه را در این گونه از محیط های چپگرد کنترل کردیم. بنابراین سرعت گروه در این نوع از محیط های چپگرد می تواند از فروسرعت نور به فراسرعت نور تغییر یابد بدون اینکه ساختار محیط تغییر کند. همچنین نشان داده شد که انتشار فرانوری و فرونوری در محیط می تواند همراه با بهره باشد. در نهایت با استفاده از پارامترهایی که موجب تغییر در خواص پاشندگی محیط های چپگرد بررسی شده در اینجا شد، توانستیم جابجایی های gh پرتو کاوشگر عبور کرده و بازتابیده از محیط های چپگرد را کنترل کنیم.

در این پایان نامه رفتار دوپایایی سیستم های اتمی نوع ? و vدر حضور میدان لیزری اضافی بررسی شده است. در سیستم سه ترازی نوع ? ، لیزر رادیو فرکانسی در سه محل متفاوت بر سیستم اعمال می شود و سه سیستم چهار ترازی متفاوت به وجود می آورد. رفتار دوپایایی این سه سیستم در شرایط اپتیکی یکسان با یکدیگر متفاوت است. همچنین با افزایش شدت میدان رادیویی، رفتار دوپایایی متفاوتی در سیستم ها القا می شود. در ادامه، همین بررسی روی سیستم سه ترازی نوع v با اعمال میدان لیزری اضافی انجام می شود. مشاهده می شود در این سیستم نیز رفتار دوپایایی به محل اعمال میدان لیزری اضافی و همچنین شدت آن بستگی دارد. با استفاده از این رفتارهای متفاوت، در هر یک از سیستم های ? وv با انتخاب محل اعمال میدان اضافی و همچنین با تنظیم شدت این میدان می توان دوپایایی دلخواه را به دست آورد.

همدوسی اتمی و تداخل کوانتومی میتوانند منجر به حذف، کاهش پهنا و یا تغییر در طیف گسل خودبخودی شوند. گسیل خوبخودی در اپتیک کوانتومی پدیده آشنایی محسوب میشود که به دلیل اندرکنش سیستم اتمی با مدهای خلا صورت میگیرد. تداخل کوانتومی در یک سیستم اتمی به جهت گیری ممان دو قطبی الکتریکی گذار اتمی بستگی دارد. به عبارت دیگر اگر ممانهای دو قطبی الکتریکی موازی باشند تداخل کوانتومی ماگزیمم و اگر متعامد باشند تداخل کوانتومی صفر است.

در این پایان نامه خواص اتمی دو سیستم اتمی چهارترازی مختلف که غیرخطیت های کر بزرگ را از خود نشان می دهد مورد بررسی قرار می گیرند. با بررسی اثر برخی پارامترهای کنترلی مانند شدت میدان های کنترلی و نیز تداخل کوانتومی، اثر آنها را روی افزایش غیرخطیت کر سیستم مورد مطالعه قرار می گیرد. نشان داده می شود که زمانی که شفافیت القایی الکترومغناطیس در سیستم پدیدار می شود، ضریب غیرخطیت کر بیشترین مقدار خود را خواهد داشت. در این حالت نور در شرایط شدت پایین در محیط منتشر می شود. همچنین، نشان می دهیم که اثر تداخل کوانتومی روی افزایش غیرخطیت کر سیستم بیشتر از اثر شدت میدان کنترلی می باشد. در نهایت برای سامانه ی اتمی دوم نشان داده می شود که شدت میدان های کنترلی تأثیر چشمگیری روی افزایش غیرخطیت کر و کاهش جذب خطی و غیرخطی سیستم دارد. نشان داده می شود که میدان های کنترلی تشکیل یک حلقه ی بسته می دهند ، بنابراین پذیرفتاری های الکتریکی مرتبه ی اول و سوم به فاز نسبی میدان های اعمالی وابسته می باشند. در نهایت اثر فاز نسبی میدان های اعمالی بر ضریب غیرخطیت کر سیستم مورد مطالعه قرار می گیرد

در این پایان نامه رفتار دوپایایی نوری در یک سیستم سه ترازی لاندا با یک وافازی بین دو تراز پایه ی تبهگن بررسی شده است. در حالت تشدید میدان دمشی و کاوشگر در حضور تداخل کوانتومی ناشی از گسیل خود به خودی، پدیده ی جذب القایی الکترو مغناطیسی (eia) مشاهده می شود. در نتیجه سیستم رفتار دوپایایی از خود نشان می دهد. همچنین در غیاب تداخل کوانتومی پدیده ی شفافیت القایی الکترو مغناطیسی eit رخ می دهد، در این حالت رفتار دوپایایی سیستم از بین می رود. با افزایش نامیزانی میدان دمشی، پهنای قله های جذب مربوط به پدیده eia کاهش و به دنبال آن آستانه دوپایایی نیز کاهش می یابد. همچنین در حالت تشدید میدان کاوشگر، چندپایایی نوری در سیستم مشاهده می شود.

اخیرأ ترکیب ها ی مصنوعی از فرا مواد به نام" مواد چپگرد" و یا" مواد ضریب شکست منفی" کشف شده اند که گذر دهی الکتریکی و نفوذ پذیری مغناطیسی آنها می توانند هم زمان منفی باشند. ضریب شکست منفی خواص جدید اپتیکی را به وجود می آورد. از کاربردهای مواد چپگرد می توان به ساخت عدسیهای کامل اشاره کرد. اصولأ مواد چپگرد به صورت مصنوعی ساخته شده اند، لکن نشان داده شده است که برخی از سیستم های اتمی گازی تحت شرایط معینی و در محدوده ی فرکانس نور مرئی می تواند خاصیت ضریب شکست منفی را از خود نشان دهند. نشان داده می شود که در سیستم های اتمی خاص و تحت شرایط خاص ضریب گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی می توانند همزمان منفی باشند. با استفاده ازاثر پارامتر های مختلف نظیر تداخل کوانتومی ناشی از گسیل خودبه خودی، شدت میدان کنترل کننده و فاز نسبی میدان های اعمال شده می توان خواص اپتیکی چنین محیطی را کنترل کرد.

هر گاه دو سیستم فیزیکی با یکدیگر برهم کنش داشته باشند، همبستگی کوانتومی بین اجزا این سیستم ممکن است منجر به یک پدیده فیزیکی مهم به نام درهمتنیدگی کوانتومی می شود. این مفهوم را اولین بار توسط انیشتین و همکارانش، پودولسکی و روزن در سال 1935 در مقاله معروف مطرح گردید. درهمتنیدگی کوانتومی یکی از منابع مهم در اطلاعات کوانتومی، محاسبات کوانتومی، انتقال اطلاعات کوانتومی از راه دور و ... است. برای آشکار سازی درهمتنیدگی یک سیستم، ابتدا باید خالص و یا مرکب بودن سیستم را مشخص کنیم. مطالعه کمی میزان درهمتنیدگی یکی از مسائل مهم در زمینه اطلاعات کوانتومی است. هر تابعی که مقدار کمی درهمتنیدگی کوانتومی را مشخص کند به عنوان یک سنجه درهمتنیدگی شناخته می شود. آنتروپی ون- نویمن سنجه (تابعی) است که برای حالت های خالص دو قسمته مورد استفاده قرار می گیرد. سیستم با حالت دو قسمته سیستمی است که بتوان دو حالت کاملا مجزا برای آن در نظر گرفت. در این پایان نامه درهمتنیدگی کوانتومی سیستم های اتمی سه ترازه آبشاری و چهار ترازی جفت و گسیل خود به خودی این سیستم ها مورد بررسی قرار می گیرد و تاثیر عواملی چون گسیل خود به خود، میدان های اعمالی، تداخل کوانتومی و فاز بین میدان های اعمال شده بر درهمتنیدگی اتم- میدان مورد بررسی قرار می گیرد.

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.

متامتریال ها مواد مصنوعی هستند که به گونه ای مهندسی شده اند تا خواصی را از خود نشان دهند که در طبیعت یافت نمی شود. خواص متامتریال ها معمولاً ناشی از ساختارشان می باشد تا ترکیبات موادشان. این ساختار های متناوب متشکل از سلول های واحدی هستند که از مواد طبیعی ساخته شده اند. مهمترین ویژگی متامتریال ها قابلیت ایجاد ساختاری با ضریب شکست منفی می باشد که در مواد غیرمصنوعی مشاهده نمی شود. تقریباً تمامی موادی که در اپتیک با آن ها سروکار داریم مانند شیشه و آب دارای پذیرفتاری الکتریکی و نفوذ پذیری مغناطیسی با مقادیر مثبت می باشند. اگرچه برخی از فلزها (مانند طلا و نقره) در ناحیه مرئی دارای پذیرفتاری الکتریکی منفی می باشند. متامتریال های مغناطیسی را می توان به دو دسته متامتریال تک منفی و دو منفی تقسیم بندی نمود. در متامتریال های تک منفی تنها یک از دو پارامتر پذیرفتاری الکتریکی یا نفوذ پذیری مغناطیسی منفی می باشد در صورتی که در متامتریال دو منفی هر دوی این پارامتر ها منفی خواهند بود. پذیرفتاری الکتریکی منفی، نفوذ پذیری مغناطیسی منفی و نتیجتاً ضریب شکست منفی در ناحیه تراهرتز از طیف الکترومغناطیسی جالب ترین قسمت در این زمینه می باشد و پس از اولین بررسی های نظری توسط وسلاگو در سال 1968 بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. این پدیده پنجره جدیدی را در زمینه انتشار پرتو نور گشوده و کاربردهای جدیدی مانند تصویر برداری زیر طول موج، کلاکینگ و کوچک سازی آنتن ها را پیشنهاد می کند. از میان طرح های مختلفی که برای متامتریال ها در نظر گرفته می شود، ساختارهای فیشنت محتمل ترین طرح در ناحیه مرئی می باشد. این ساختار را می توان متشکل از دو بخش مجزا دانست که سبب می شود تا بتوان پذیرفتاری الکتریکی و نفوذ پذیری مغناطیسی را به طور مجزا و جداگانه مهندسی نمود. مولفه اول در این ساختار که پذیرفتاری الکتریکی منفی را موجب می شود متشکل از سیم های نازک فلزی بوده که در راستای میدان الکتریکی نور فرودی قرار گرفته اند و همانند فلزی با فرکانس پلاسمای کاهش یافته عمل خواهد کرد. مولفه دوم که منجر به ایجاد نفوذ پذیری مغناطیسی منفی خواهد شد متشکل از نوار های ضخیم فلزی بوده که در راستای میدان مغناطیسی نور فرودی قرار گرفته و با لایه های دی الکتریک از یکدیگر جدا شده اند. در این پروژه هدف طراحی ساختار متامتریالی با ضریب شکست منفی در ناحیه طول موجی مرئی می باشد. در این پایان نامه از روش rcwa برای حل معادلات ماکسول و نرم افزار های matlab و rsoft برای شبیه سازی ساختار استفاده شده است.

بلور مایع ماده ای است از جنس مواد آلی که در یک بازه دمایی معین خواص مشترکی بین فاز جامد و فاز مایع را دارد. مولکول های آن معمولا در یک راستا طویل تر می باشند که راستای محور بزرگتر توده مولکول ها را بردار یکه هادی یا دایرکتور می نامند که محور اپتیکی نیز شناخته می شود. این نوع ساختار مولکولی سبب ناهمسانگردی کمیت های فیزیکی از جمله ضریب شکست نور، ضریب رسانش گرمایی و ضریب جذب گرما می شود. ناهمسانگردی ضریب شکست (دوشکستی) باعث ایجاد شیفت فاز نور لیزر عبوری از داخل بلور مایع می شود که درتحقیقات اپتیکی بسیار مورد توجه است. عوامل همچون اعمال میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی و نیروی هیدرودینامیکی خارجی باعث بازچرخش مولکول های بلور مایع شود. نیروی هیدرودینامیکی می تواند در اثر نیروی مکانیکی خارجی یا انبساط حجمی ناشی از گرم شدن ماده باشدکه ما در این پایان نامه مورد دوم را به صورت تئوری بررسی خواهیم کرد. با در نظر گرفتن بلور مایع با ضخامت صد میکرومتر که در داخل یک سلول شیشه ای افقی به صورت پلانر یا تخت قرار دارد، نور لیزر با پروفایل تخت را به صورت موازی با صفحات سلول به داخل آن تابش می دهیم تا با جذب گرما بلور مایع منبسط شده و با توجه به نیروی چسبندگی بین مولکولی و چسبندگی سطحی با دیواره ها، ماده شارش یابد که بازچرخش مولکولها را در پی خواهد داشت.

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.

نام خانوادگی: طاهرخانی نام: داود عنوان پایان نامه: ایجاد و بررسی حالات درهم تنیده در نانو ساختارها اساتید راهنما: دکتر مصطفی صحرایی دکتر محمد محمودی درجه: کارشناسی ارشد رشته: فوتونیک گرایش: مخابرات دانشکده: پژوهشکده فیزیک کاربردی و ستاره شناسی دانشگاه: تبریز تعداد صفحات: 127تاریخ دفاع: 11/11/1391 کلمات کلیدی: ذرات نانو، درهم تنیدگی، همدوسی، نقطه کوانتومی، آنتروپی. چکیده: در همتنیدگیکوانتومییکپدیدهکوانتومی استکهدرآنحالتدویاچندشئباارجاعبهیکدیگرتوصیفمی-شوند،ولواینکهاشیاءازنظرفضاییجداازیکدیگرباشند.درحالتدرهمتنیدهحالت هایهرشئبهحالتدیگراشیاوابستهاست.سیستم-هایکوانتومیباروش هایگوناگونبرهمکنشمی تواننددرهمتنیدهشوند.آنگاهدریکبرهمنهیکوانتومیقرارخواهند گرفت.تازمانی کهاندازه-گیریانجامنشوددریکحالتکوانتومیمجردباقیخواهند ماند.باپیشرفتتکنولوژیدردهه ی اخیر،اکنونبشرقادراستکهضمناندازه گیریسیستم-هایکوانتومیبادست کاریآنهاهمبستگیکوانتومیقابلکنترلایجادکند. اخیراعلاقهزیادیدراستفاده از مواد جامد بهعنوانیکمنبعتولیدحالت-هایدرهمتننیدهبااستفادهاز نقطهکوانتومیبهوجودآمادهاست. یکیازمعیارهایمقدارکمیدرهمتنیدگیآنتروپیاست. آنتروپیکوانتومیمیزانعدماطلاعاتماازسیستمرامحاسبهمی کند. زمانی کهباسیستم هایکوانتومیسروکارداشتهباشیممشاهدهمی-شودکهآنتروپیزیرسیستم هامی تواندبزرگترازآنتروپیکلسیستمباشد.بهاینمعنیکهزیرسیستمبی-نظمیبیشترینسبتبهکلسیستمازخودنشانمی دهد. اطلاعاتماازکلسیستممنزویهمیشهکاملاستیعنیآنتروپیصفراست.ولیدرموردحالت-هایدرهمتنیدههیچگونهاطلاعاتیاززیر سیستم هانداریم (دربیشینهدرهمتنیدگی) یعنیآنتروپیغیرصفراست در این پایان نامه به بررسی درهمتنیدگی اتم - فوتون ناشی از گسیل خودبه خودی در نانو ساختارهای ماده چگال -مولکول نقطه کوانتومی- می پردازیم. در فصل اول به بررسی مفاهیم فیزیکی مورد نیاز پرداخته می شود. و در فصل دوم به بررسی و مطالعه ی سیستم های نقطه کوانتومی مورد نظر خواهیم پرداخت و روش مورد نیاز برای بررسی سیستم ها و مفاهیم مرتبط با آنها را مورد بحث و بررسی قرار می دهیم. در قسمت اول فصل سوم به مطالعه زوج نقطه کوانتومی و بعضی از عوامل موثر در افزایش درجه درهمتنیدگی و کنترل درهمتنیدگی می پردازیم. با افزایش میدان و همچنین با افزایش عنصر ماتریس تونل زنی درجه درهمتنیدگی را مورد بررسی قرار دادیم. همچنان در ادامه با بررسی نقطه کوانتومی سه تایی نشان می دهیم که با استفاده از تغییرات یک میدان غیر همدوس می توان درهمتیدگی سیستم نقطه کوانتومی را تغییر داد.

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.

در این پایان نامه ما به بررسی پدیده های اپتیکی خطی و غیرخطی در نقاط کوانتومی inas/gaas پرداختیم. در ابتدا نقطه ی کوانتومی و لایه ی مرطوب inas در کلاه و زیرلایه ی gaas را با برنامه comsol multiphysics مدل سازی کردیم. در واقع ما به حل عددی معادله ی شرودینگر در برای نقاط کوانتومی گنبدی شکل با روش اجزای محدود پرداختیم. شعاع نقاط کوانتومی را از 1 تا 30 نانومتر تغییر دادیم. با استفاده از محاسبات عددی توابع موجی، انرژی ها و فرکانس های گذار بدست آمد. سپس با استفاده از توابع موجی و کد خود-نویس، عناصر ممان دوقطبی برای نقاط کوانتومی مورد بحث به دست آمد. در مرحله بعد با استفاده از روش ماتریس چگالی، به بررسی ویژگیهای خطی و و ویژگی های غیر خطی درجه ی دوم وسوم پرداختیم. اثر اندازه نقاط کوانتومی در توابع موجی، ویژه مقادیر انرژی، ممان دوقطبی های انتقال، پذیرفتاری خطی، و پذیرفتاری غیر خطی درجه و درجه سه (اثر غیر خطی کر) به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است. در قسمت بعد اثر حضور و غیاب لایه ی مرطوب نیز در همه ی ویژگیهای یاد شده مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت اثر پتانسل وودس-ساکسون نیز در توابع موجی، پذیرفتاری خطی، و سرعت گروه مورد بررسی مطالعه قرار گرفت.

لیزرهای نیم رسانا به‎دلیل حجم کوچک و زمان پاسخ‎دهی نسبتا کوتاه، مدتی است که به‎عنوان کاندیدای مناسبی برای کاربردهای پردازش اطلاعات مطرح هستند. از این میان ها، که از ابعاد میکرومتری و تکنولوژی ساخت سهل‎الوصول‎تری برخوردار هستند، جایگاه مهمی را در پژوهش‎ها به خود اختصاص داده‎اند. دینامیک غیرخطی ها از این‎رو حائز اهمیت شده‎اند که نیازهای روبه رشد عصر اطلاعات، بهینه ‎سازی پارامترهای چنین لیزرهایی را جهت بهبود عملکرد آن در مخابرات و پردازش نوری می‎طلبد. یکی از پارامترهای ذاتی لیزرهای نیم‎رسانا نوسانات واهلشی ذاتی آن‎هاست که هم می‎تواند یک عامل محدود کننده باشد و هم یک عامل مفید. محدود کننده از این جهت که زمان پاسخ‎دهی لیزر توسط این نوسانات تحت‎الشعاع قرار می‎گیرد و می‎تواند عامل مخربی در پردازش سریع اطلاعات باشد. پارامتر نرخ میرایی که در واقع از فرکانس نوسانات واهلشی مشتق می‎شود می‎تواند برای بهینه‎سازی لیزر نیم‎رسانا موردمطالعه قرار گیرد. این نوسانات واهلشی از این جهت می‎توانند مفید واقع شوند که ایده‎ی رزونانس کردن عوامل تحریک کننده لیزر با فرکانس آن‎ها نوید نتایج قابل توجهی را در این زمینه می‎دهد. عوامل تحریک کننده لیزرهای نیم‎رسانا، به‎ویژه ها، پرتو میدان تزریقی و جریان پمپاژ می‎باشند. البته های با جاذب اشباع‎پذیر که دارای مزایای مختص به خودشان هستند از پرتوی تزریقی خارجی بهره نمی‎گیرند و در واقع این نقش به عهده‎ی دو ماده، متفاوت فعال و جاذب داخل کاواک می‎باشد. اما آن‎چه که در این پروژه مطرح است افزودن پرتو خارجی به بوده که درجه‎ی آزادی سیستم را به نوعی کاهش می‎دهد. اختلاف فرکانس بین پرتو تزریقی و فرکانس رزونانس کاواک لیزر منجر به مطرح شدن مفاهیمی چون قفل‎شدگی تزریق و ناپایداری هوپف می‎شود که می‎تواند نوسانات واهلشی میرا یا نامیرا را به‎وجود آورد. مطالعه این نوسانات و دینامیک سیستم در حضور سالیتون‎های کاواک قدم اول در این پایان‎نامه محسوب می‎شود. از طرحی برای ایجاد رزونانس بین عوامل تحریک کننده سیستم نیاز به مدولاسیون هارمونیک آن‎ها در فرکانس واهلشی سیستم داریم. برای این منظور دو روش مورد مطالعه قرار خواهد گرفت، مدولاسیون مستقیم و غیر مستقیم. منظور از مدولاسیون مستقیم، مدولاسیون پرتو نگه دارنده و غیر مستقیم مدولاسیون جریان است. مطالعه دینامیک سالیتون‎های کاواک و طرح‎های نوری در حضور چنین مدولاسیون‎هایی مدنظر است که با مطالعه مکانیسم‎های قفل‎شدگی و ناپایداری هوپف همراه خواهد بود. به‎دلیل وجود بهره‎ی نوری بیشتر در سالیتون‎های کاواک نسبت به نقاط عادی در صفحه‎ی عرضی لیزر نیم‎رسانا، انتظار می‎رود که نتایج بهتری از پاسخ سالیتون‎های کاواک به مدولاسیون مستقیم و غیرمستقیم به‎دست آید.

برای اینکه یک ارتباط تلفنی ساده بین مبدا و مقصد برقرار شود نیاز به تجهیزاتی از قبیل گوشی تلفن مشترک a ، کابل جهت ارتباط با مرکز سوئیچینگ ، گوشی تلفن مشترک b ، اگر هر دو مشترک a و b در یک ناحیه نباشند در اینصورت نیاز به تجهیزات transmission که در مخابرات به قسمت pcm مشهور است . حال در نظر بگیرید مشترک a بخواهد با مشترک b تماس بگیرد چه کسی مشترک b را خبر می کند یا وقتی مشترک b گوشی را برمی دارد چطور زنگ قطع و مکالمه آغاز می شود ؟ همچنین زمانی که گوشی از طرف a یا b گذاشته می شود چطور کلیه تجهیزات تصرف شده آزاد می شوند ؟ جواب این سوالات را سیگنالینگ می دهد چرا که سیگنالینگ زبان گفت و گوی بین سوئیچ ها است که بعد ا شرح آن خواهد آمد . همچنین کلیه مراحلی که انجام می گیرد تا یک ارتباط صورت گیرد تحت عنوان call processing است که برای آشنایی شرح آن نیز خواهد آمد.با پیشرفت تکنولوژی ارتباطات و مهیا شدن بسترهای جدید ارتباطی سوئیچ های بسته ای جایگزین سوئیچ های مداری فعلی می شوند . فن آوری های نوین ارتباطی نظیر ngn و ims سوئیچ های بسته ای پیشرفته ای هستند که می توانند با ارائه سرویس های متعددی از جمله سرویس ondemand tv و سرویس مکالمه تلفنی ویدئویی درآمدزائی خوبی داشته باشند اما گذر از مرحله کنونی به آن شامل هزینه های زیادی است . بنابراین روش های متعددی برای رسیدن به آن پیشنهاد شده است . یکی از روش هایی که در کشور ما نیز مدنظر است و از آن روش استفاده می شود روش migration یا روش مهاجرتی است . در این روش سیستم های قدیمی جمع آوری نشده بلکه در کنار سیستم ngn کار خواهد کرد و زمانی که شرایط از نظربستر شبکه وتجهیزات مهیا شد سیستم های مداری جمع آوری و ngn جایگزین می شود .

مالتی پلکسینگ روشی است که امکان استفاده همزمان از یک رسانه انتقال برای ارسال همزمان اطلاعات منابع مختلف را فراهم می سازد . اصلی ترین هدف این روش افزایش بهره وری موثر و استفاده بهینه از ظرفیت خطوط انتقال است. این امر مخصوصاً موقعی حائز اهمیت می شود که ظرفیت رسانه از پهنای مورد نیاز یک منبع بیشتر باشد . به عبارت دیگر در این روش، پهنای باند یک کانال مشترک بین چندین خط به اشتراک گذاشته می شود که باعث کاهش هزینه می گردد. در این پایان نامه ضمن معرفی مالتی پلکسینگ ، با استفاده از مالتی پلکسینگ طول موج ، به سه روش cwdm , ewdm, dwdm پرداخته می شود. و با شرح مختصر تفاوت سیستم dwdm را با سیستم sdh مورد بررسی و مقایسه قرار می دهیم. آنگاه به موضوع اصلی این پایان نامه که عبارت از تست و اندازه گیری سیستمهای dwdm می باشد ، پرداخته و یونیت های سیستم را مورد بررسی قرار می دهیم .

ابتدا خواص انعکاسی، عبوری، دوپایایی و چندپایایی مربوط به یک ساختار کریستال فوتونی ابررسانای یک بعدی به نام dspc بررسی شده است. نشان داده می شود که قله های انعکاس کلی وابسته به طول موج در طیف انعکاسی کریستال مشاهده می¬شود. پهنای این قله ها با کاهش زاویه ی تابش و ضخامت ابررساناها، کاهش می یابد و موقعیت آنها را می توان با دمای سیستم کنترل کرد. با افزایش زاویه تابش، قله های انعکاس کلی، پهن تر شده تا اینکه یک دره ی بروستر مانندی راتشکیل دهند که پهنای آن را می توان با تعداد تناوب ساختار کنترل کرد. همچنین یک تیغه ی غیرخطی نوع کر بین این ساختار ساندویچ شده و رفتار دوپایایی و چندپایایی آن تحت تأثیر دما و زاویه های تابش مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. سرانجام رفتار دوپایایی نوری حاصل از میدان کاوشگر تابیده شده به یک تیغه ی دی-الکتریک آلاییده شده با مولکول های نقاط کوانتومی در حضور اثر تونل زنی بین مولکولی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا نشان داده می شود که رفتار دوپایایی نوری به اثر تونل زنی بین مولکولی وابسته است و به راحتی به وسیله ی ولتاژ گیت قابل کنترل است. همچنین نشان داده می¬شود که نقطه ی آستانه ی دوپایایی با افزایش تونل زنی بین مولکولی و کاهش ضخامت تیغه، کاهش می یابد. فرکانس میدان کاوشگر پارامتر دیگری برای کنترل دوپایایی است. آستانه ی دوپایایی در یک تیغه ی آلاییده شده با مولکول های نقاط کوانتومی حداقل یک مرتبه ی مقداری در مقایسه با مولکول¬های نقاط کوانتومی آزاد، کوچک¬تر است. چنین روش کنترلی را می¬توان در دستگاه¬های سوئیچ¬زنی اپتیکی استفاده کرد.

منظور از دو(چند)پایایی نوری، حالتی است که در آن دو(چند) شدت خروجی پایدار متفاوت برای یک شدت ورودی معین ممکن می شود. خاصیت دوپایایی نوری، یکی از اصول مهمی است که در ساخت ترانزیستورها، کلیدها، مدارهای منطقی، حافظه ها و ... به کار گرفته می شود. قابلیت کنترل پذیری سیستم های همدوس نظیر سیستم های گازی، این امکان را ایجاد کرده است که بتوان آستانه ی دوپایایی نوری را در شدت های پایین کنترل کرد. از طرفی وجود عوامل محدود کننده ای نظیر حرکت مولکول ها، برخورد آن ها و ایجاد اثر دوپلر باعث شده است سیستم های گازی برای مدارهای الکترونیکی مناسب نباشند. از طرفی بسیاری از پدیده های نوری جالب در حوزه ی تداخل و همدوسی کوانتمی می توانند همانند سیستم های اتمی در محیط های نیم رسانا نیز ظاهر شوند. مواد نیم رسانا نقش مهمی در اپتیک غیرخطی ایفا می کنند؛ زیرا پاسخ نوری غیرخطی بزرگی داشته و برای ساخت قطعات مجتمع در الکترونیک، لیزرهای نیم رسانا و اجزاء نوری غیرخطی که همگی بر روی یک بستر نیم رسانا ساخته می شوند مناسب اند. در بین مواد نیم رسانا، نیم رساناهای ابعاد پایین شامل نقاط کوانتمی و نیز چاه های کوانتمی توجه خاصی را در زمینه ی ادوات الکترونیکی به خود جلب کرده اند. پاسخ نوری غیرخطی بزرگ، زمان واهلش سریع و قابلیت انعطاف پذیری بالا، این مواد را در زمره ی سیستم های مورد علاقه برای مطالعه ی رفتارهای خطی و غیرخطی قرار داده است. در این پایاننامه رفتار دو(چند)پایایی نوری چاههای کوانتمی دوگانه و سه گانه ی gaas-algaas در مجاورت یک مشدد نیم رسانا مطالعه شده است. در سیستم چاه کوانتمی دوگانه، کنترل دامنه ای و فازی دو(چند)پایایی در حضور اثر تداخل کوانتمی بررسی شده است. در ادامه کنترل الکتریکی و نوری دو(چند)پایایی توسط تونل زنی بین چاه ها و اثر دمش ناهمدوس در چاه کوانتمی سه گانه مطالعه شده است.

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.

دوپایایی و چندپایایی نوری در محیط های اتمی و نانوساختارهای حالت جامد از پدیده های مهم و قابل توجه اپتیک کوانتومی غیر خطی محسوب می شوند که پیدایش آن به تولید نور لیزر برمی گردد. اندرکنش نور شدیدی مانند نور لیزر با محیط های اتمی و نانوساختارهای حالت جامد منجر به پدیده های غیر خطی می شود. تحت شدت مناسبی نور هنگام خروج از این محیط های مادی می تواند به ازای مقدار مشخصی از نور ورودی، دو یا چند حالت پایدار برای خروجی داشته باشد که به این شرایط اصطلاحاً دو یا چند پایایی نوری گفته می شود. مطالعات فراوانی در زمینه ایجاد و کنترل دوپایایی نوری صورت گرفته است. در این پایان نامه برای مطالعه پدیده دو(چند)پایایی، سامانه های مولکول نقطه کوانتومی، چاه کوانتومی دوگانه و همچنین سامانه اتمی انتخاب شده است. در سامانه نقطه کوانتومی اثر پدیده تونل زنی در کنترل آستانه دوپایایی مورد مطالعه قرار گرفته است. در سامانه چاه پتانسیل دوگانه تاثیر میدان همدوس بر کنترل دوپایایی نوری مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در سامانه اتمی، اثر دمش ناهمدوس در ایجاد دوپایایی و کنترل آستانه آن مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مطالعات ایجاد دوپایایی نوری و کنترل و کاهش آستانه آن مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم بر مساله، معادله حرکت ماتریس چگالی و معادلات ماکسول در حالت پایا می باشد. با حل این معادلات بصورت تحلیلی و یا بصورت عددی می توان نمودار شدت نور خروجی بر حسب شدت نور فرودی و همچنین میزان جذب نور ورودی به کاواک بر حسب نامیزانی فرکانسی را رسم کرده و رفتار دوپایایی سامانه را بررسی نمود.

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.

جابجایی گوس-هانشن در حقیقت به جابجایی عرضی موج نوری که از سطح مقطع دو محیط با ضریب شکست مختلف بازتابش کلی یافته است اطلاق می شود. جابجایی گوس-هانشن در مورد محاسبات مربوط به عمق نفوذ میدان نوری به بیرون موجبر اپتیکی یک کمیت بسیار مهم است که باید لحاظ گردد. این جابجایی یک پدیده ی کلاسیکی است و بدان سبب که می توان این جابجایی میدان کاوشگر را با اعمال یک میدان کنترلی خارجی و بدون دستکاری محیط اتمی مورد مطالعه، کنترل نمود مورد توجه ما در این پایان نامه است. نشان داده شده است که پرتو انعکاسی و عبوری از یک لایه ی دی الکتریک نسبت به پرتو تابیده شده دچار جابجایی عرضی می گردد. این پدیده دارای اهمیت زیادی در مدارهای مجتمع نوری و سیستم های مخابرات نوری می باشد. در این پروژه ی تحقیقاتی قصد داریم تا امکان کنترل این پدیده را از طریق آلایش اتم های ناخالصی به محیط انتشاری نور کنترل نماییم. اساس این طرح کنترل همدوس اتم های اعمال شده به محیط با استفاده از راهکارهای اپتیک کوانتومی می باشد. در نظر داریم از طریق تمام نوری و با استفاده از پدیده های اپتیک کوانتومی میزان جابجایی گوس-هانشن را کنترل نماییم

در این پایاننامه انتشار تپ نوری از میان یک بلورفوتونی یکبعدی مورد تحقیق و بررسی قرارگرفته- است. وابستگی تحولات فضایی-زمانی تپ نوری در درون بلورفوتونی یکبعدی به زاویه فرود و ضخامت لایه نقص بر روی خصوصیات انتشار تپ مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شده است که سرعت گروه تپهای عبوری میتواند بوسیله ضخامت لایه نقص از فروسرعت به فراسرعت تغییر پیدا کند. همچنین نشان داده شده است، که به وسیله تنظیم زاویه فرود در ضخامت خاصی از لایه نقص تاخیر زمانی موج می تواند از مقادیر منفی به مقادیر مثبت تغییر کند.

در این رساله یک موجبر بلور فوتونی با شبکه مثلثی از حفره های دایروی هوا در زمینه سیلیکون روی عایق برای انتشار نور کند با باند مسطح، مطالعه و بررسی شده است. با تزریق سیال نوری با ضرایب شکست مختلف ??_1 و ??_2 در دو ردیف مجاور موجبر، ویژگیهای موجبر از قبیل حاصل ضرب تأخیر در پهنای باند نرمالیزه شده(ndbp)، ضریب شکست گروه و پاشندگی سرعت گروه به طور همزمان بهینه می شوند. مقادیر مناسب ndbp از 0.187 تا 0.377 در گستره نواری 12 تا 32 نانومتر حاصل شده اند. برای افزایش ضریب شکست گروه، سیال نوری فقط در ردیف اول تزریق شده است. برای بدست آوردن نتایج از روش شبیه سازی بسط موج تخت(pwe) و fdtd استفاده شده است.

در این پژوهش در هم تنیدگی بین مولکول نقطه کوانتومی و میدان های گسیلی خودبخودی مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش ابتدا یک نقطه کوانتومی هرمی شکل ایندیوم آرسناید در زمینه گالیم آرسناید در نظر گرفته شد هامیلتونی و معادلات حرکت برای عناصر ماتریس چگالی نوشته شد سپس از طریق رسم نمودارهای آنتروپی بر حسب زمان به بررسی در هم تنیدگی بین این نقطه کوانتومی و میدان های گسیلی خودبخودی پرداخته شد. سپس این بحث به یک مولکول نقطه کوانتومی سه گانه تعمیم داده شد. در این پژوهش برای نقطه کوانتومی مورد نظر نتایج بدست آمده نشان داد که تداخل کوانتومی بین گذار از ترازهای میانی به تراز پایه در هم تنیدگی را افزایش می دهد. نرخ گذار ، فرکانس رابی و فرکانس نامیزانی نیز بر در هم تنیدگی اثر گذار بودند و نقش آنها در حضور تداخل کوانتومی برجسته تر می شود. در مولکول نقطه کوانتومی سه گانه علاوه بر پارامترهای نام برده شده تاثیر پارامتر تونل زنی نیز بر در هم تنیدگی بررسی شد. در این مولکول تقویت پارامتر تونل زنی، در هم تنیدگی را افزایش می دهد. همچنین مشخص شد نرخ واپاشی جمعیت به تراز پایه بر در هم تنیدگی اثر گذار است بطوری که با افزایش آن ، آنتروپی و در نتیجه در هم تنیدگی کاهش می یابد. بطور کلی تاثیر پارامترهای اتمی مختلف بر در هم تنیدگی در سامانه های مورد نظر بررسی 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.

امروزه با توجه به نیاز روزافزون صنعت مخابرات جهت افزایش سرعت پردازش و انتقال اطلاعات، نیاز به افزاره های فرکانس بالا کاملا مشهود می باشد. بنابراین المان های فوتونیکی می توانند برای این مهم مد نظر قرار بگیرند. بلورهای فوتونی گزینه مناسبی برای این کار می باشند. یکی از خصوصیات بلورهای فوتونی وجود گاف باند فوتونی pbg))در آنها می باشد. با طراحی موجبر از طریق ایجاد نقص خطی در ساختار بلور فوتونی دو بعدی می توان مدهایی را که فرکانس آنها در محدوده گاف باند فوتونی است، انتشار داد. با اتکا به این روش می توان دی مالتی پلکسری برای جدا سازی دوطول موج مخابراتی 31/1 و 55/1 میکرومتر طراحی کرد. در این پایان نامه جهت دستیابی به چنین دی مالتی پلکسری، دو ساختار یکی بلور فوتونی با آرایش شش وجهی از حفره های هوایی دایروی و دیگری بلور فوتونی با آرایش شش وجهی از حفره های هوایی بیضوی را برروی ساختاری که در آن بره سیلیکون(si) برروی زیر لایه ی سیلیکا ( sio2) قرار گرفته ایجاد می کنیم که تحت عنوان ساختار soi معروف است. الگوی ساختاری دی مالتی پلکسر طول موجی دو بانده ی مد نظر این پایان نامه y شکل بوده و دارای سه بخش زیر می باشد: الف) موجبر ورودی ، ب) موجبر بازوی اول و ج) موجبر بازوی دوم. هدف در این پایان نامه، این است که طول موج 31/1 میکرومتر از بازوی اول و 55/1میکرومتر از بازوی دوم به صورت مجزا دریافت شود. موجبر ورودی از طریق حذف حفره های هوایی ردیف مرکزی ، مدهای ورودی را انتقال داده و بازوهای الگوی y شکل به عنوان موجبرهای دوم و سوم از طریق تغییر اندازه ی حفره های هوا در هر بازو، سبب می شوند سیگنالهای با طول موج 31/1میکرومتر در یک شاخه و با طول موج 55/1 میکرومتردر شاخه دیگر تفکیک شوند. در این راستا، با استفاده از روش بسط موج تخت(pwe) و روش شبیه سازی تفاضل های متناهی در حوزه زمان(fdtd) و با استفاده از نرم افزارrsoft دی مالتی پلکسر طول موجی دوبانده بلور فوتونی (dbwd) را طراحی کرده و نمودارهای ساختار باند و تراگسیل را بدست آورده ایم و نهایتاً با انتخاب شرایط بهینه برای آن، میزان تراگسیل هر بازو برای دو طول موج مفروض، به صورت چشمگیری افزایش یافته است.

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.

در این پایان نامه نور کند پهن باند با پاشندگی سرعت گروه بسیار ناچیز در موجبر بلور فوتونی با نقص خطی به لحاظ نظری بررسی شده است. نور کند در موجبرهای بلور فوتونی برای برخی کاربردهای عملی که در آن لازم است اندرکنش بین نور و مواد دی الکتریک مثل جذب یا غیرخطیت را کاهش دهیم، از اهمیت زیادی برخوردار است. همچنین از آنجائی که تجمع سازی مدارهای اپتیکی نیازمند به کارگیری موجبرهای خمیده می باشد، بنابراین با توجه به روش هدایت در موجبرهای معمولی، مقداری از انرژی در موجبرهای خمیده معمولی تلف خواهد شد. مزیت موجبرهای بلور فوتونی نسبت به موجبرهای معمولی، بازده بالا و اندازه کوچک آن ها می باشد.

این پایان نامه از سه قصل تشکیل شده است. در فصل اول به معرفی بلورهای فوتونی پرداخته شده است، انواع و کاربردهای آن مورد مطالعه قرار داده شده است. نور کند مورد بحث و بررسی قرار گرفته و مزیت های آن مورد تاکید قرار داده شده است، و درآخر این فصل از سیال نوری مطالبی به میان آورده شده است.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.