ویژگی منحصربفرد لیزرها این است که ناحیه فعال آنها از دو بخش محدود به پیوستار و رزونانس دو فونونی تشکیل شده است. بخش محدود به پیوستار دارای غیرخطیت بالاست و پروسه ی تولید فرکانس تفاضلی موثری را برای ما فراهم می آورد و بخش رزونانس دو فونونی وظیفه فراهم آوردن توان مطلوب را به عهده دارد. نوآوری ما در این طرح شامل افزایش غیرخطیت ناحیه فعال و در نتیجه افزایش توان خروجی است.

تمرکز این پایان نامه بر روی بررسی تک نانوذره فلزی و آرایه ای از نانوذرات فلزی برای درک ویژگی های تابشی میدان دور قرار داده شده است. به طور خاص، چنین ساختارهایی برای انجام وظایف خود به عنوان نانوآنتن هایی که در محدوده نوری عمل می کنند، به طور ماهرانه و دقیق، طراحی و تجزیه و تحلیل می شوند. نانوآنتن ها قادر به تولید میدان های نوری موضعی شدید و بسیار قوی هستند. تحقیقات موجود بر روی آن ها کاربردهای قابل توجهی را در زمینه های مختلف از قبیل میکروسکوپ نوری میدان نزدیک ، طیف سنجی، مواد شیمیایی، زیست سنجی، و دستگاه-های نوری نشان می دهد. به این ترتیب نتایج مفید بی درنگ منجر به انجام یک پژوهش منظم تر و دقیق تر در مورد نانوآنتن ها و برخی از تنظیمات خاص مورد علاقه، می شوند. در کار حاضر، مکانیسم های عملیاتی نانوآنتن تشدیدهای پلاسمون سطحی موضعی نانومتری از طریق خصوصیات مواد نشان داده شده است. مطالعه در توصیف دقیق ثابت دی الکتریک پاشنده به منظور غلبه بر محدودیت هایی که توسط مدل های کلاسیکی استفاده شده در پژوهش های قبلی وجود دارد، انجام شده است. علاوه بر این، برخی از روش های نظری پیشنهادی برای نانوآنتن های مشخص همراه با مقایسه، بحث گردیده است. یک روش عددی مناسب برای محاسبه موثرتر نانوآنتن ها که محدوده فرکانسی گسترده ای از جمله ناحیه مرئی و مادون قرمز را پوشش می دهد، توسعه یافته است. در مقایسه با روش های مرسوم، نتایج، بهبود مهمی را در افزایش میزان تابش نانوآنتن نشان می دهد. تحقیقات جامع انجام گرفته و با جزئیات در مورد عوامل مختلفی که دارای اثرات قابل توجهی در عملکرد نانوآنتن در محدوده نوری هستند، ارائه شده است. طراحی نانوآنتن بررسی شده در این پایان نامه تک نانوذرات و آرایه نانوذرات متشکل از مولفه های سازگار و یا متفاوت را پوشش می-دهد. تعداد کافی از عوامل موثر بر مشخصات تابشی این نانوآنتن ها به اندازه کافی شرح داده و تعیین شده است. برخی از آن ها به طور ابتکاری برای اولین بار برای انجام یک مطالعه جامع در مورد ویژگی های موزون نانوآنتن ها، مانند نانوآنتن سهموی پیشنهاد شده است. تحت برخی از شرایط محدود، مقایسه ای میان طرح ها با پارامترهای مختلف برای درک شهودی ارائه شده است. در این روش، عملکرد نانوآنتن با تغییر مقادیر این مشخصات قابل کنترل می باشد و به لحاظ نظری طراحی بهینه سازی شده می تواند با تنظیم بیشتری انجام شود. در مقایسه با مطالعات حاضر بر روی نانوآنتن ها، این مطالعه به راهنمایی موثر و مفید برای طراحی نانوآنتن کمک می کند. این است که طراحی عملی از اهمیت زیادی برخوردار است. در این کار، مطالعه ویژه بر اساس تئوری الکترومغناطیسی مهندسی برای توصیف ویژگی های تابشی میدان دور نانوآنتن انجام شده است. برخی از مشخصات طراحی آنتن فرکانس رادیویی معمولی مانند حداکثر دامنه میدان الکتریکی، پهنای پرتو نیم توان و تراز گلبرگ کناری برای نانوآنتن ها محاسبه شده است. چنین مطالعه ای موضوعات پژوهشی حاضر را با ارائه بینش باارزش-تری گسترش می دهد. ساخت و اندازه گیری نانوآنتن های طراحی شده در این پایان نامه با عملکرد مطلوب به عنوان یک موضوع تحقیق در آینده در نظر گرفته شده است.

در سال های اخیر منابع توان بالا و آشکارسازهای با حساسیت بالا رنج وسیعی از کاربرد را دارند.کاربرد هایی نظیر نیمه هادی ها ، ابررساناهای با دمای بالا ، تصویربرداری پرتونگاری ، آنالیز ژنتیک ، تشخیص بیولوژیکی منجر به تحقیقاتی در حوزه تراهرتز در این زمینه ها شدند. این تحقیقات با تکنولوژی تولید وآشکارسازی تابش تراهرتز شروع شد. در این پایان نامه سعی شده است ابتدا تولید امواج تراهرتز را در یک موجبر توخالی پرشده با گاز آرگون توسط دو لیزر پالس فمتوثانیه مورد مطالعه قرار دهیم . و سپس به آشکارسازی امواج تراهرتز در همین محیط بپردازیم و تاثیر شرایط محیط را روی تولید و آشکارسازی امواج تراهرتز مورد بررسی قرار دهیم.

امروزه تابش تراهرتز به دلیل ویژگی های منحصر به فردش مورد توجه خاصی قرار گرفته است. در این پایان نامه سعی بر آن است که با استفاده از پالس های لیزرهای فمتو ثانیه به تولید پالس های تراهرتز دست یابیم. پالس های تراهرتز تولید شده به منظور طیف سنجی حوزه زمان و به منظور شناسایی مواد مختلف که دارای اثر انگشت در حوزه فرکانس های تراهرتز هستند، استفاده خواهند شد. برای این منظور ابتدا سیستم های طیف سنجی حوزه زمان را مورد بررسی قرار خواهیم داد و همچنین منابع مختلف را جهت تولید تابش تراهرتز مطالعه می کنیم. یکی از روش های تولید پالس تراهرتز استفاده از پروسه غیرخطی یکسوسازی نوری پالس لیزر در کریستال غیرخطی znte می باشد. با اعمال پالس لیزر به کریستال میدان الکتریکی پالس لیزر باعث القای پلاریزاسیون غیرخطی در کریستال شده و این پلاریزاسیون را می توان به عنوان منبعی برای تولید پالس تراهرتز در نظر گرفت. به منظور مطالعه طیف تراهرتز تولیدی توسط این پروسه غیر خطی شبیه سازی معادلات حاکم مورد بررسی قرار داده و راندمان پروسه را از نظر تبدیل انرژی پالس لیزر به پالس تراهرتز تولیدی مطالعه می کنیم. در نهایت برای دست یافتن به حداکثر راندمان تبدیل انرژی پالس لیزر به پالس تراهرتز تولید شده از سری کردن پروسه یکسوسازی در کریستال می کنیم. یکی از راهکارهای افزایش توان پالس تراهرتز تولید شده افزایش شدت پمپ تابشی می باشد. یکسوسازی نوری پروسه ای حاصل از تضعیف یک فوتون پالس لیزر و ایجاد یک پالس تراهرتز می باشد. چنانچه از red shift های فوتون پمپ نیز برای بازتولید تابش تراهرتز استفاده کنیم، به وضوح می توانیم افزایش راندمان تبدیل انرژی را ببینیم و این پروسه را می توان معادل با سری شدن یکسوسازی نوری در کریستال دانست. ایده ای که در این پایان نامه از آن استفاده کردیم استفاده از پالس لیزر چیرپ شده به جای افزایش توان پمپ می باشد، راندمان تبدیل به ازای ضریب چیرپ معینی بیشینه خواهد شد. از آنجاییکه به ازای مقادیر بیشتر از ضریب چیرپ مورد نظر طیف تراهرتز تولید شده پهن تر می شود ممکن است راندمان به شدت کاهش یابد. بنابراین با انتخاب مناسب ضریب چیرپ می توان به راندمانی بیشتر از حالت سری شدن یکسوسازی در کریستال دست یافت بدون اینکه نیاز به افزایش شدت پمپ داشته باشیم.

در این پایان نامه هدف طراحی و ساخت توری با استفاده از ساختارهای آزو بنزن می باشد . مهمترین ویژگی جا لب مشتقات آزو بنزن توانایی طی کردن سریع و موثر و کاملا بازگشت پذیر ایزومر نوری می باشد. جذب نور به حلقه های فنیل در پیوند آزو بنزن اجازه می دهد تا مولکول در حالت ترانس به مولکول در حالت سیس تبدیل شود. می توان فوتون موجود را از باند جذب خارج کنیم تا ایزومر ما دوباره به حالت ترانس تبدیل شود. این واکنش ایزومراسیون فوتونی در مدت زمان پیکوثانیه اتفاق می افتد.حتی بدون تابش بعد از مدتی ایزومر سیس به صورت حرارت به حالت پایدار ترانس در مدت زمانی که شدیدا وابسته به الگوی تبدیل آزو است تغییر می کند. ایزومراسیون شامل حرکت ویا برگردانی پیوند آزو با پیچش مشخص در حلقه فنیل می باشد.در تبدیل از ترانس به سیس ما با کاهش فاصه بین اتمها مواجه هستیم و در واقع از nm 99/ 0 در حالت ترانس به nm 55/0 در حالت سیس می رسیم. پس از تابش نور به ساختار, مولکول آزو ترجیحا ابتدا نور پلاریزه شده در طول محور خودش را جذب می کند. احتمال جذب فوتون برابر cos^2? می باشد که ? زاویه بین نور پلاریزه شده و محور دوقطبی آزو می باشد با انتخاب مناسب هندسه تابش می توان تعداد زیادی از جهت های فازی متفاوتی (از جمله جهت گیری به صورت موازی به سطح و یا عمود بر آن ) را تولید نمود. بنابراین تحت تابش ما شاهد تغییراتی در فاز و تغییر در فعالیت های سطحی می باشیم. . یکی از ویژگی های جالب در مورد آزو پلیمرها تشکیل توری در روی سطح می باشد و هنگامی شکل می گیرد که یک فیلم نازک پلیمری در معرض تداخل دو پرتو هم دوس قرار گیرد در این حالت جابه جایی مولکول ها را در اثر ایزومراسیون نور بر روی سطح داریم . در این پایان نامه برای اولین بار ماده آزو جدیدی را در آزمایشگاه سنتز نمودیم. به منظور اطمینان از تشکیل ماده فوق از آن طیف uv و irگرفتیم. سپس ماده فوق را با پلیمرهای pmma و پلی متیل متاآکریلات ترکیب نمودیم. به منظور ایجاد توری بر روی سطح از روش ماسک نوری استفاده می نماییم. در نهایت با اعمال تابش نور فرابنفش بر روی سطح ، قسمت هایی از ساختار که در معرض تابش قراردارند، با توجه به زاویه تابش جهت گیری می کنند و ما تغییر از سیس به ترانس ویا برعکس را شاهد هستیم. در حالی که در سایر قسمت ها که در معرض تابش قرار ندارند، این تغییر جهت گیری را نداریم. بدین ترتیب تغییر از سیس به ترانس باعث تغییر در جهت گیری مولکول ها و انتقال مولکول ها از نواحی روشن به سمت نواحی تاریک می شود و به این ترتیب توری ما ساخته می شود. و در نهایت اثر دما به عنوان یک عامل موثر بر روی شکل گیری توری را مورد مطالعه قرار می دهیم.

آشکارسازهای امواج تراهرتز دارای نقش کلیدی در طیف وسیعی از زمینه های کاربردی هستند. بنابراین اهمیت توسعه فناوری های الکترواپتیکی جهت آشکارسازی گسیل های تراهرتز، غیر قابل چشم-پوشی می باشد. در سال های اخیر، تولید و آشکارسازی پالس های تراهرتز به دلیل کاربرد گسترده آن ها در طیف سنجی و مطالعه پدیده های فوق سریع، مورد توجه دانشمندان بسیاری قرار گرفته است. جهت آشکارسازی دامنه زمانی پالس های تراهرتز اغلب از آشکارسازهای الکترواپتیک استفاده می شود. آشکارسازی الکترواپتیک پالس های تراهرتز، مبتنی بر اندازه گیری مدولاسیون فاز القاء شده در پالس نوری در حال انتشار در کریستال الکترواپتیک می باشد. این مدولاسیون فاز به دلیل ایجاد اثر غیرخطی مرتبه دوم توسط پالس تراهرتز در کریستال، اتفاق می افتد. در این پایان نامه به بررسی و شبیه سازی آشکارساز الکترواپتیک پالس های تراهرتز با استفاده از لیزرهای فمتوثانیه، پرداخته شده است. بدین منظور، نمونه برداری الکترواپتیک پالس های تراهرتز، با استفاده از تکنیک الیپسومتری، در حوزه فرکانسی به طور کامل تشریح گردیده است. نتایج محاسبات نشان می دهد که طیف پالس تراهرتز ورودی به کریستال الکترواپتیک به طور قابل توجهی تحت تأثیر یک تابع فیلتر قرار می گیرد. در گام بعدی، با شناسایی و مدل سازی خصوصیات الکترواپتیک در چهار کریستال znte، gap، gaas و inp، به شبیه سازی انتشار پالس تراهرتز در داخل ماده الکترواپتیک پرداخته ایم. علاوه بر آن، با شبیه-سازی سیگنال الکترواپتیک اندازه گیری شده، اثر عدم تطبیق فاز و اثر تغییر عرض پالس تراهرتز ورودی بر روی کیفیت بازسازی شکل موج پالس تراهرتز و همچنین اثر تغییر ضخامت کریستال بر روی دامنه پالس آشکارشده را مورد بررسی قرار داده ایم. بررسی پاسخ زمانی نشان می دهد که تطبیق فاز ایده ال برای کریستال های فوق الذکر به ترتیب در طول موج های nm 800، nm 1060، nm 1550 و nm 1550 صورت می گیرد. علاوه بر این، سیگنال الکترواپتیک آشکارشده با استفاده از کریستال znte، دارای دامنه بالاتری نسبت به سیگنال آشکارشده توسط سایر کریستال های مورد بحث می-باشد. کریستال gap نیز جهت اندازه گیری پالس های تراهرتز کوتاه تر، نتایج بهتری را نشان می دهد. بررسی پاسخ طیفی تابع فیلتر برای این چهار کریستال در طول موج های متفاوت پالس لیزر (nm 800، nm1060 و nm 1550)، نشان می دهد که جهت آشکارسازی بهینه فرکانس های مطلوب و دسترسی به حساسیت قابل قبول سیگنال الکترواپتیک اندازه گیری شده، نه تنها انتخاب مناسب کریستال و ضخامت آن ضروری می باشد بلکه انتخاب طول موج مناسب پالس لیزر ورودی نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

دراین پایان نامه نانوذراتروی اکسید دوپه شده با b وga به روش سولوترمال ونانوذرات سرب سلنید به روش های تجزیه حرارتی سنتز و با تغییر لیگاندهای مختلف بدست آمده اند. نانوذراتبا آنالیز xrd، طیف سنجی uv و pl مشخصه یابی شده، وموفولوژی آن ها توسط تصاویر sem و afm تعیین شد. مورفولوژی ذرات سنتز شده صورت نانوذره بوده که این نانوذراتدر نواحی مربوطه جذب خوبی را نشان می دهند. نانوذراتسنتز شده به روش سونوشیمی ریز بوده وخلوص بالایی را نشان می دهند. وجود امواج فراصوت در طی فرآیند سنتز، موجب تولید نانوذراتیکنواخت شده که در ساخت آشکارساز مادون قرمز مناسب می باشند. از نانوذراتسنتز شده (روی اکسید و سرب سلنید) آشکارساز دوبانده ساخته و پارامترهای آن مورد بررسی قرارگرفت. روش مورد استفاده در ساخت آشکارسازهای مذکور ساده و اقتصادی بوده و در آن از الکترودهای مس لایه نشانی شده روی زیر لایه فایبر گلاس استفاده شده است و نانوذرات سنتزشده روی این زیر لایه قرارمی گیرند. با اعمال بایاس خارجی به آشکارسازهای ساخته شده، جریان تاریکی و جریان تحت تابش نور فرابنفش اندازه گیری شد. مشخصه جریان-ولتاژ این آشکارسازها، خطی بوده و جریان تاریکی درمورد بخش جاذب نور فرابنفش کم می باشد. سایر پارامترهای آشکارسازهای ساخته شده با نانوذراتسنتز شده مانند پاسخ دهی، دتکتیویته، بهره و حساسیت نیز محاسبه شده است. آشکارسازهای دوطول موج ساخته شده از نانوذراتروی اکسید دوپه شده با بور وسرب سلنید سنتز شده به روش سونوشیمی از سرعت خوبی در پاسخ دهی برخوردار بوده اند.

ابتدا مواد آلی با بالاترین ضریب غیر خطی نوری که قابلیت ساخت آن در داخل کشور باشد مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرد در نهایت با شبیه سازی ها و ارزیابی های تئوری ماده مورد نظر انتخاب می شود. بعد از انتخاب ماده مورد نظر با طراحی ساختارکلیدزنی نوری مبتنی بر ماخ-زندر(mz) بهینه عمل کلیدزنی شبیه سازی می شود. بعد از بهینه سازیهای لازم از نظر سرعت پاسخ دهی و توان کلیدزنی اقدام به ساخت کلید فوق با مواد انتخاب شده خواهیم کرد.در این ساخت از مکانیزم ساخت با لیزر در فتورزیست مناسب (lithography) بدون ماسک استفاده خواهد شد.

از آنجایی که آشکارسازهای مادون قرمز مبتنی بر نانو مواد برای بهبود عملکرد نیازمند حذف نویز و کالیبراسیون و تقویت سیگنال می باشند، این آشکار سازها نیازمند مجموعه مدارات الکترونیکی خواهد بود. برای این منظور در گام اول برای کنترل کردن مدار چاپر نیازمند یک آی سی برای کنترل کردن آی سی راه انداز ویک آی سی راه انداز هستیم.کنترل کردن آی سی راه انداز توسط افزایش وکاهش ولتاژ خواهد بود. درگام دوم بعد ازدریافت ولتاژ یا جریانی ضعیف با عنوان جریان یا ولتاژ سنسور کارتقویت بازده را انجام می دهیم و سپس در مرحله بعد برای افزایش دقت نتایج آزمایش آشکار ساز نیازمند حذف نویز حاصل از برق شهر در فرکانس 50 هرتز خواهیم بود.به همین دلیل باید از یک فیلتر شکاف در فرکانس 50هرتز استفاده کنیم. برای بدست آوردن ویژگی های آشکار ساز مقدارضریب آشکار سازی یابه عبارتی(detectivity) و همچنین پاسخ دهی سنسور در برابرتابش نور (responsivity) ، باید ابتدا جریان مربوطه را اندازه گیری کرده وسپس با طراحی وساخت یک سیستم باز الکترونیکی و وارد کردن مشخصات لازم اندازه گیری انجام گردد.

امروزه گرافن به دلیل خواص منحصر به فرد الکتریکی، مکانیکی وشیمیایی برجسته، آن را برای بکارگیری در دستگاه های الکترونیکی قابل انعطاف بسیار جذاب و پرطرفدار نموده است. صفحات گرافنی به عنوان الکترود های رسانا شفاف دربسیاری از کاربرد ها ازجمله صفحات لمسی، سلول های خورشیدی و آشکارساز ها استفاده میشود. در صفحات لمسی متداول از ito استفاده می شود. دراین صفحات لمسی به علت شکنندگی ito نمی توان آنراخم نمود. از جمله ویژگی های جالب صفحات لمسی مبتنی بر گرافن شفافیت بالای آن ها نسبت به itoمی-باشد، که شفافیت لایه گرافن راحدود %7/97 گزارش کرده اند، همچنین قابلیت انعطاف پذیری گرافن که می توان یک صفحه لمسی گرافنی را به راحتی خم نمود. در این پایان نامه ابتدا به معرفی و بررسی انواع صفحات لمسی می پردازیم. صفحات لمسی از سنسور لمس، مدار کنترلر و درایور نرم افزارتشکیل شده است. یکی از انواع صفحات لمسی، صفحات لمسی مقاومتی است، که دراین پروژه ساخت و شبیه سازی صفحات لمسی مقاومتی آنالوگی 4-سیمه را مطالعه شده است. در ادامه انواع روش های سنتز گرافن را بیان می کنیم.سپس گزارشی از سنتز گرافن به دو روش شیمیایی و کریستالیزه کردن کربن آمورف ارائه می دهیم. گرافن سنتز شده را بر روی سطح مورد نظر انتقال می دهیم. از گرافن سنتز شده به عنوان الکترود رسانای شفاف در ساخت سنسور لمس استفاده می کنیم. مدار کنترلی صفحه لمسی را طراحی کرده و نهایتا با ترکیب مدار کنترلی و سنسور لمس، صفحه لمسی ساخته شده را تست می کنیم.

امواج تراهرتز در طیف الکترومغناطیسی، از نظر فرکانسی در حد فاصل محدوده علم الکترونیک و اپتیک قرار می گیرد. به همین دلیل تا مدت ها این محدوده فرکانسی، به گپ تراهرتز معروف بود. اما امروزه تحقیقات گسترده¬ای بر روی این بازه از فرکانس ها انجام می گیرد تا از روش های مختلف بتوان به فرکانس و توان تراهرتز مورد نظر دست یافت. در این پایان نامه تولید امواج پیوسته تراهرتز به روش فوتومیکس تحلیل و شبیه سازی شده است. در این روش آنتن بر روی زیرلایه فتوکانداکتیو مانند گالیم- آرسناید ساخته می شود و دارای دو الکترود فلزی است که با فاصله از هم قرار گرفته اند. لیزر فمتو ثانیه به فاصله میان الکترود¬¬ها تابیده می شود، همچنین یک ولتاژ مستقیم به گپ، از طریق الکترودها اعمال می گردد، بنابراین زوج الکترون-حفره تولید شده تحت میدان بایاس، شتاب دار می شوند و یک جریان بسیار کوتاه در زیرلایه ایجاد می کنند. جریان متغیر با زمان تابش الکترومغناطیس کوتاهی را تولید می کند که در محدوده تراهرتز می باشد. در تحلیل این افزاره هر دو بخش نیمه هادی و الکترومغناطیسی آن در نظر گرفته شده اند. در بخش نیمه هادی تحلیل و شبیه سازی جریان نوری تراهرتز تولید شده و تاثیر پارامترهای مختلف از جمله شرایط ولتاژ و توان نوری اعمالی، ویژگی های زیرلایه و اندازه ناحیه فعال مورد بحث و شبیه سازی قرار گرفته اند. هم چنین در بخش الکترومغناطیسی تحلیل این دستگاه، به بررسی تاثیر هندسه آنتن بر روی خروجی تراهرتز پرداخته¬ شده است و ساختار بهبود یافته تری که توان خروجی تراهرتز بیشتری را حاصل می کند، پیشنهاد و شبیه سازی شده است. این ساختارهای بهینه، ساختارهای فرکتالی هستند که به گونه ای الهام گرفته از طبیعت می باشند. آنتن فرکتال درختی فیبوناچی و تو-مورس از جمله این ساختارهاست که در صورتی که ازآن به عنوان آنتن نور رسانا استفاده شود، خروجی تراهرتز را به میزان 120 تا 175 درصد نسبت به ساختار آنتن دوقطبی معمول افزایش می دهد.

امروزه نور مصنوعی بخش مهمی از زندگی مدرن است، لامپ های رشته ای از جمله منابع تولید کننده نور می باشد ولی به دلیل اتلاف انرژی صورت گرفته توسط آن چندان کارآمد نیست. در سال های اخیر تحقیقات بسیاری در زمینه توسعه دیودهای نور گسیل به عنوان منبع تولید کننده نور صورت گرفته است. در این پروژه ساختار های جدید مبتنی بر دیودهای نور گسیل نقاط کوانتومی ارائه می شود که نور تولید شده توسط این قطعات مربوط به لایه نقاط کوانتومی است. از این رو با تنظیم سایز نقاط کوانتومی در طی سنتز کلوئیدی می توان به رنگ نور دلخواه دست یافت. ساختار نقاط کوانتومی به صورت هسته/پوسته است که حضور پوسته و هم چنین استفاده از لیگاندهای مختلف به منظور اصلاح سازی سطح نقاط کوانتومی موجب بهبود خواص اپتیکی آن می شود. از نقاط کوانتومی کادمیم سلنید/روی سولفید و کادمیم سولفید/روی سولفید به عنوان لایه فعال در ساخت قطعات استفاده شده است. لایه های انتقال دهنده بار نیز در عملکرد دیودهای نور گسیل نقش مهمی دارند. اکسید روی و اکسید نیکل به طور ذاتی نیمه هادی نوع n و نوع p می باشند و تا کنون به عنوان لایه های انتقال دهنده الکترون و حفره استفاده شده اند. با مهندسی ترازهای انرژی ایجاد شده در ساختار اکسیدهای فلزی نوع n و نوع p می توان میزان هدایت پذیری آن ها را بهبود بخشید. در این پروژه با دوپ کردن عناصرگالیم و نئودیمیم در ساختار اکسید روی، ترازهای انرژی جدیدی در بند هدایت آن ایجاد شد و هم چنین با دوپ کردن عنصر cu در ساختار اکسید روی ترازهای جدیدی در بند ظرفیت آن ایجاد شد. با دوپ کردن عناصر مختلف در ساختار مواد و هم چنین با استفاده از روش های سنتز می توان ترازهای ایجاد شده را مهندسی کرد. محاسبات ساختار الکترونیکی مواد استفاده شده در این پروژه توسط کد castep و با متد dft انجام گرفت. در این پروژه روش های ارائه شده برای سنتز نانوذرات، روش محلول می باشد. بررسی مشخصات نانوذرات سنتز شده توسط آنالیز xrd ، طیف سنجی فرابنفش و فوتولومینسانس و afm ، sem و temانجام گرفت. دیودهای نور گسیل از طریق روش محلول و لایه نشانی فاز بخار ساخته شدند. مکانیسم عملکرد قطعات ساخته شده براساس بازترکیب الکترون و حفره و یا انتقال انرژی رزونانسی فورستر(fret) می باشد. یکی از قطعات ساخته شده شامل لایه های اکسید روی دوپه شده با مس، کادمیم سلنید/ کادمیم سولفید، اکسید روی دوپه شده با نئودیمیم می باشد که شدت نور خروجی بدست آمده برای آن 700cd/m2 است. نتایج بدست آمده از قطعات ساخته شده در این پروژه نشان دهنده موفق بودن ساختارهای طراحی شده و افزایش شدت نور خروجی در مقایسه با گزارشات اخیر می باشد.

فناوری تراهرتز کاربرد های بسیار زیادی در حوزه های مختلف مانند طیف بینی، عکس برداری زیرمیلیمتری ، مسائل امنیتی،پزشکی ،مخابرات نوری و ده ها کاربرد دیگر دارند. در این پایان نامه هدف تولید طراحی منبع تراهرتز بر مبنای کریستال فوتونیک یک بعدی می باشد. برای این کار ساختاری شامل کاواک چند لایه براگ و آینه های براگ توزیع شده یک بعدی شامل موادی با غیرخطی بالا و آستانه تحمل میدان الکتریکی بالا به کار گرفته می شود.موادی که در این پایان نامه مورد استفاده قرار می گیرد شامل gaasو alas می باشد. دو ساختار کلی در این پایان نامه مورد بررسی قرار می گیرد. در ساختار اول از دو لایه با ضخامت نیم طول موجی به همراه یک ساختار براگ توزیع شده(dbr) که از اطراف توسط دو آینه ی براگ توزیع شده (dbr)احاطه شده است. و ساختار دیگر شامل دو ساختار پریودیک می باشد، یک ساختار پریودیک که میان دو ساختار آینه های براگ (dbr) قرار گرفته است و سپس با استفاده از انتشار نور و تولید فرکانس سیگنال و فرکانس پمپ و با توجه به خاصیت غیر خطی نور با استفاده از تولید تفاضل فرکانسی امواج تراهرتز را تولید می کند. در انتها هم از ساختار های شبه پریودیک استفاده می شود.

در این پایان نامه هدف ما دستیابی به نانو کامپوزیت پلیمری جهت تحقق ضریب گذردهی الکتریکی وضریب نفوذپذیری مغناطیسی منفی در باند مرئی می باشد.

با توجه به این مسئله که تومور سرطانی ناشی از رشد غیر قابل کنترل سلولهای بدن می باشد که در نهایت منجر به تجمع سلولهای سرطانی وافزایش دما در محل تومور میگردد فلذا با تصویربرداری حرارتی امکان تشخیص تومور سرطانی به صورت غیر تهاجمی و با حساسیت بالا فراهم می شود. که برای افزایش حساسیت تشخیص با استفاده از امواج فروسرخ، معمولاًاز مولدهای داخلی دما و یا تقویت کنندهای نوری اتصال یافته به آشکارساز استفاده می شود که در این پایان نامه از نانوذرات فلزی به عنوان مولد داخلی دما استفاده شده است. با توجه به خاصیت نشر بالای پوست انسان، با اندازه گیری امواج نشری مادون قرمز از بدن می توان پروفایل دمایی مد نظررا ترسیم نموده وبا توجه به اختلاف دمایی موجود بین بافت سالم و سلولهای سرطانی ، امکان تشخیص تومور فراهم می شود. از آنجایی که تشخیص تومور سرطانی در مراحل جنینی وسایزهای کوچک (به علت اختلاف دمای کم مابین بافت سالم وتومور ) با روشهای معمول بسیار دشوار می باشد و همچنین با توجه به اینکه تشخیص تومور در مراحل جنینی و انجام اقدامات درمانی لازم ، اهمیت فوق العاده ای برای پزشک دارد فلذا در این پایان نامه سعی شده است تا با تقویت اختلاف دمایی موجود بین بافت سالم و تومور ، پزشکان را دراین امر یاری کنیم. نانوذره فلزی در محل تومور با توجه به خواص پلاسمونیکی مطلوبی که در اثر تابش پرتو لیزر ازخود نشان می دهد در این پایان نامه به عنوان مولد داخلی دما استفاده شده است که جهت بهینه سازی مولد حرراتی مورد نیاز نیز از ساختار core/shell در نانوذرات استفاده گردیده است. با تزریق نانوذرات فلزی در بدن به واسطه روشهای هدف یابی (targeting) وبا استفاده از پروتئین های خاصی که برروی نانوذرات قرار میگرند ، نانوذرات فقط با سلولهای سرطانی تومور وارد واکنش می شوند ودر نهایت نانوذرات فلزی در محل تومور مورد نظر جمع می شوند. نانوذرات فلزی جمع شده توسط پرتو لیزر تحریک شده و به واسطه گرمای تولید شده توسط نانوذرات فلزی در محل تومور حساسیت تشخیص افزایش می یابد. مدل سینه مورد نظر جهت شبیه سازی از دو لایه (gland,tumor) تشکیل شده است که فرض شده است تومور در میان ناحیه gland قراردارد. مدل ریاضی استفاده شده جهت انتقال گرما نیز معادله pennes می باشدکه معادله pennes نیز، توصیف کننده توزیع دمای بافت حاصل از گرمای تولیدی متابولیسم ، لیزر و نانوذرات فلزی می باشد. معادله pennes نیزبه روش المان محدود در نرم افزار مطلب حل شده و پروفایل دمایی در نقاط مختلف breast بدست آمده است. که از روی پیک دمایی ناشی از تومور، تشخیص محل تومور امکان پذیر می گردد. جهت حل معادله pennes وبدست آوردن پروفایل دمایی مدل سینه در نظر گرفته شده در ابتدا بایستی با استفاده از تئوری mie میدان الکتریکی ایجاد شده از تابش پرتولیزردر نانوذره فلزی را بدست آوردیم که خود شامل روابط بسیار پیچیده می باشد که این روایط نیزبا استفاده از تئوری mie حل گردیده است . با توجه به اینکه در ناحیه نور مرئی میزان جذب وپراکنش بافت،بیشترین مقدار را دارد فلذا جهت کاهش تلفات ناشی از جذب وپراکنش، طول موج کاری نقاط کوانتومی می بایست در ناحیه مادون قرمز نزدیک باشد که دارای کمترین مقدار جذب وپراکنش در بافت می باشد. پس از شبیه سازی نرم افزاری پروفایل دمایی صورت گرفته، نانو ذرات فلزی از جنس های طلا، نقره وتیتانیوم و sio2/au,au/sio2,ag/sio2,sio2/ag,ti/sio2,sio2/ti مورد استفاده قرار گرفت که بهترین ساختار با توجه به پروفایل دمایی ti/sio2وبا توجه به حداقل بودن سمیت نانو ذرات au/sio2 پیشنهاد میگردد.

چکیده: بیوسنسورهایی که بدون برچسب، و با حساسیت بالا باشند، رویای دانشمندان و فناوران زیستی بوده است. بدون نیاز به برچسب، تشخیص مولکول می تواند بدون نیاز به جابجایی آن و بلادرنگ انجام گیرد و این در سنسورهای تشدید کننده ی نوری که با هدف سنجش پیوندهای بین مولکولی، در حال ظهور هستند، یک مزیت مهم است. بعلاوه این سنسورها راحت و کاربرپسند بوده و در بهبود فاکتور کیفیت و کشف مواد موثر هستند. می دانیم که اگر زاویه انعکاسی که در یک پرتو نوری در اثر لبه های بیرونی یک محیط شفاف ایجاد می شود، بیشتر از یک زاویه ی خاص باشد، نور می تواند در آن محیط حبس شود. این زاویه ی خاص توسط ضریب شکست محیط شفاف و ضریب شکست بیرونی آن توصیف می شود و این پدیده شکست داخلی نام دارد. از آنجایی که نور از لبه های محیط شفاف منعکس شده است، یک موج محو شونده در محیط اطراف آن ایجاد می شود که مماس بر سطح منتشر می شود و تا فاصله ای در بیرون ماده ی شفاف گسترش دارد. تغییر ضریب شکست در این ناحیه می تواند با موج محو شونده در اطراف محیط شفاف تعامل کند. این تعامل باعث تغییر طول مسیر موج رونده در موجبر می شود و بنابراین طول موج نور تغییر می کند. این اساس کارکرد سنسورهای برپایه ی تشدید کننده های نوری است که از دقت بالایی برخوردارند. این دقت اضافه شده نتیجه ی تشدید است. تشدید وقتی اتفاق می افتد که موج حبس شده، در هر چرخش خود را برای چرخش بعدی به گونه ای منطقی و منسجم تحریک می کند تا بعد از هر بار چرخش با همان فاز اولیه به مکان اولیه بیاید و بنابراین برای تعداد طول موج ها در هر دور چرخشی یک عدد صحیح به دست می آید. نوری که به موجبر تحریک کننده ی تشدید کننده ی حلقوی داده می شود، شرایط تشدید را مانند فرورفتگی هایی در طول موج تشدید در طیف عبور خود نشان می دهد. تغییر ضریب شکست طول مسیر نوری فوتون چرخنده را افزایش یا کاهش می دهد و حالت تشدید حلقه را بر هم می زند. حلقه برای بازگشت به حالت تشدید احتیاج به یک اتفاق جبران کننده ی اثر تغییر ضریب شکست دارد. این جبران در واقع افزایش یا کاهش طول موج نور موجبر تحریک کننده و جابجایی طول موج تشدید است.

هدف از این تحقیق، مطالعه اثر جذب گازهای سمی خردل و مونو اکسید کربن بر روی نانولوله کربنی (0و7) با استفاده از محاسبه پارامترهای ساختاری و الکترونی است. از این رو، محاسبات مکانیک کوانتومی با استفاده از نظریه تابعیت چگالی روی پیکربندیهای مختلف جذب این مولکول ها بر روی cnt(7,0) انجام شده است. به علت اهمیت دقت انجام این کار در تعیین دقیق انرژی اوربیتال های مولکولی به منظور بررسی رسانایی و نیز احتمال وجود جذب های فیزیکی ( پیوند های ضعیف وان در والس)، لازم است که ساختار های مختلف طراحی شده با استفاده از روشهای محاسباتی مناسب بهینه شوند. به همین منظور و نیز به منظور مطالعه اثر اندازه سری پایه و توابع نفوذ و قطبش پذیری در این تحقیق از تابعیت شناخته شده b3lyp به عنوان روش محاسباتی و دو مجموعه پایه 6-31+g* و 6-311++g** به عنوان مناسب ترین روش از لحاظ دقت محاسبات ، صرفه جویی در زمان و متناسب بودن با قدرت محاسباتی کامپیوتر های مورد استفاده، برای بهینه سازی استفاده شده¬است.

تابش لیزر الکترون آزاد اسمیت پورسل که با حرکت پرتوهای الکترونی پرانرژی از بالای توری فلزی ایجاد می شود، از منابع همدوس تابش تراهرتز محسوب می شود. در اینجا یک توری مربعی که شیارهای آن توسط دی الکتریک پوشانده شده ارائه می-شود. اگر باریکه الکترونی را بصورت یک دی الکتریک پلاسمایی در حال حرکت در نظر بگیریم، می توان یک تئوری خطی سه بعدی از اندرکنش باریکه و موج بدست آورد.

: این پایان نامه در راستای طراحی و شبیه سازی متامواد در محدوده طول موجی مادون قرمز میباشد. متامتریال از تعدادی لایه نازک از مواد مرکب که به اختصار آن را دی الکتریک مینامیم و یک بسترتشکیل یافته است.مواد متامتریال خاصیت نوری غیرعادی دارند که این خاصیت در سایر مواد دیده نمیشود و آن ضریب شکست منفی است یعنی این مواد نور را در جهت مخالف مواد دیگر منکسر می کنند. باید به دنبال ساختار هایی بود که قابلیت تنظیم پذیری طول موجی و نیز انعطاف پذیری را داشته باشد. همچنین ترجیحا از مواد ارگانیک باشد. برای این منظور ساختار هایی که در محدوده طول موجی کمتر از 5 میکرومتر باشند را انتخاب می نماییم و ساختارهایی مانند srr و fishnetرا در محدوده طول موجی مادون قرمز بررسی می نماییم. باتوجه به شرایط فوق الذکر بهترین گزینه را انتخاب نموده و از بین روش های شبیه سازی با نرم افزارهای hfss ، matlab و یا comsolبهترین را برمی-گزینیم

یکی از بزرگترین آرزوهای بشر در طول تاریخ رسیدن به نامرئی سازی می باشد. آنچه برای سال ها الهام بخش داستان های علمی و تخیلی بوده، اکنون چند قدم دیگر به واقعی شدن نزدیک گردیده است. به نظر می رسد کم کم مرزهای این حوزه از علم نیز در حال توسعه باشد. در این فرآیند، مبنا و اصول کار استفاده از نوعی مواد غیر طبیعی به نام فرامواد می باشد. این مواد ساختار دوگانه پیچیده ای از فلز و عایق دارند که موجب می شود، نور در اطراف شی مورد نظر به شکلی عبور کند که مشابه آن را در عبور کردن هوا از اطراف بال هواپیما شاهد هستیم. در واقع فرامواد، مواد مصنوعی با خاصیت های جدید الکترومغناطیسی هستند که در طبیعت یافت نمی شوند. پوشش ساخته شده به وسیله فراماده، از جمله کاربردهای عملی فرامواد برای رسیدن به پوشش نامرئی سازی می باشد. حلقه های رزوناسی شکاف دار از ساختارهای معمولی ساخته شده به وسیله فرامواد با تشدید الکتریکی و مغناطیسی می باشند. اخیرا پوشش های نامرئی سازی به وسیله ساختارهای فرامواد که از پاسخ های الکتریکی یا مغناطیسی استفاده می کنند پیشنهاد گردیده است. در این پایان نامه ما یک پوشش نامرئی سازی کامل (فضای آزاد) را پیشنهاد می کنیم که از سلول های واحد فراماده ساخته شده از 2 حلقه رزونانسی شکاف دار با شکاف های مخالف نسبت به هم استفاده می کند که پاسخ الکتریکی آن در طول موج های میانی باند مادون قرمز بر روی یک باند فرکانسی باریک حول 60 تراهرتز می باشد.