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.

لیزر با تابش عمودی از سطح برای اولین بار توسط پروفسورemeritus k.iga در موسسه تکنولوژی توکیو- ژاپن در سال 1977 ساخته شد. از مزایای بسیار مهم این نوع لیزرها، جریان آستانه بسیارکم و همچنین برخورداری از ساختار میکروکاواک می باشد. بیشترین استفاده این لیزر، در سیستم های مخابراتی است. گسیل سطحی و داشتن تلفات بسیار کمتر نسبت به لیزرهای گسیل لبه ای، این نوع لیزرها را بسیار محبوب ساخته است. از دیگر مزایای آن می توان به این نکته اشاره کرد که چیپ لیزر با تابش عمودی ازسطح، بسیار ارزان است، طراحی آن بسیار فشرده است و قیمت بسته بندی آن بسیار پایین تر از سایر لیزرهاست. لیزر با تابش عمودی از سطح در محدوده مادون قرمز میانی در طول موج های 2 تا 8 میکرومتر ساخته شده اند. این محدوده طول موجی به دلیل کاربردهای فراوان از جمله تشخیص گازها، کاربردهای نظامی، پزشکی و مخابرات فضای آزاد بسیار قابل توجه اند. اما ساخت لیزر با تابش عمودی از سطح در این محدوده طول موجی دارای مشکلاتی است که کارایی آنها را محدود می سازد. از این مشکلات می توان به بازتابش کم آینه ها، پهن بودن طیف بهره ناحیه فعال ومشکلات دمایی اشاره کرد. لیزهای با ناحیه فعال کوانتوم آبشاری به دلیل ویژگی های منحصر به فردی که دارند گزینه ای بسیار مناسب برای محدوده مادون قرمز میانی می باشند. در این پایان نامه سعی بر ارایه ساختار جدیدی برای لیزر با تابش عمودی از سطح در این محدوده داریم. بدین منظور ساختاری مناسب برای ناحیه فعال مبتنی بر نقاط کوانتومی که بصورت همزمان دو طول موج را تولید می کند ارایه میدهیم، سپس آینه ای مناسب برای این دو طول موج طراحی می کنیم، در نهایت با محاسبه تلفات آینه ها و موجبر و با حل معادلات نرخ، توان و بهره خروجی را بدست می آوریم.

در این پروژه نانوذرات سلنید سرب با دو روش تجزیه حرارتی و هیدروترمال سنتز شد، به طوری که بنابر مطالعات وسیع ما در زمینه سنتز pbse تاکنون هیچ گزارشی مبنی بر سنتز نانو ذرات به روش استفاده شده در این پایان نامه وجود ندارد. اندازه نانوذرات در روش تجزیه حرارتی با تغییر نسبت مولی سرب به سلنیوم(pb2+/se2-) کنترل شد و ذراتی با اندازه های nm12 تا 40 با مورفولوژی کروی سنتز گردید. در ادامه با استفاده از این نانوذرات (pbse) سنتز شده، آشکارسازهای مادون قرمز ساخته شد، قابل ذکر است که در این زمینه نیز مطالعات ما نشان می دهد که هیچ آشکار سازی به وسیله pbse، با روش ارائه شده در این پایان نامه ساخته نشده است. از آنجایی که عملکرد آشکارسازها به دانسیته نقص های ساختاری و نقص های ایجاد شده در سطح نانوذرات بستگی دارد، به منظور کاهش نقص های موجود در سطح، اثر لیگندهای آلی مختلف بر سطح نانوذرات pbse ( که منجر به تغییر در پارامترهای آشکارساز می شود) بررسی گردید، در این زمینه نیز مطالعات حاکی از آن است که در هیچ جایی، لیگندهای مذکور بعنوان غیرفعال کننده سطح نانوذرات pbse به کار نرفته اند. با این روش عملکرد آشکارسازها از نظر پاسخ زمانی ازms50 به µs 600 کاهش یافت. جریان تاریکی و جریان تحت تابش نور آشکارسازهای ساخته شده اندازه گیری و حساسیت آنها مورد بررسی قرار گرفت. برای شناسایی مواد سنتز شده از تکنیک های xrd، sem، tem و ft-ir استفاده گردید.

در این پروژه ابتدا طیف تابشی جسم¬ سیاه وتوان تابشی آن مطالعه می¬شود. سپس روش¬های آشکارسازی و تولید سیگنالها در باند تراهرتز مورد ارزیابی قرار می¬گیرد. امکان آشکارسازی و تولید امواج تراهرتز با استفاده از آنتن¬های مارپیچی به عنوان روشی نوین بررسی و امکان¬سنجی می¬شود. تلاش خواهد شد با استفاده از ادوات غیر فعال مرسوم میزان حساسیت گیرندگی را افزایش دهیم. طرح نهایی پیشنهاد شده و سپس با استفاده از شبیه سازیهای لازم بهینه شده و مدار قابل ساخت پیشنهاد داده می¬شود. سپس مدار فوق ساخته شده و با نتایج تئوری مقایسه می¬شود. حاصل کار در نهایت به بهینه¬سازی طرح برای حصول به بهترین نتیجه عملی ختم خواهد شد.

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.

نانو آنتن با قابلیت تغییر جهت تابش, آرایه ای از نانو ذرات استفاده کرده است. شکل هندسی شامل تعدادی نانو ذره که ابعاد آن ها کوچک تر از طول موج نور برخوردی است و در اثر اندرکنش با موج تخت با پلاریزاسیون خاص ممنتوم دو قطبی القایی روی آنها ایجاد می شود که نتیجه ی آن میدان پراکنده شده اطراف نانو ذره است. افزایش تعداد نانو ذرات باعث به هم خوردن تقارن فازی و جهت تابش می شود و تغییر موقعیت یک ذره بالا یا بین نانو ذرات دیگر باعث تغییر در ماکزیموم زاویه ی تابش شده است. با توجه به نزدیک بودن نانو ذرات به هم و اثر کوپلینگ بین آنها از تابع گرین برای محاسبه ی میدان القایی ناشی از ممنتوم دوقطبی روی هر نانو ذره استفاده شده است.

برای درک کامل و بررسی چهارچوب عملکرد یک مدولاتور تمام نوری مبتنی بر نقاط کوآنتومی، آنالیز عددی، روش محاسبات عددی و روش تفاضلات محدود بکار گرفته شده است تا بتوان معادلات کوپله نرخ و معادلات انتشار برای دو سیگنال پمپ و پروب برای گذار بین باندی و بین درون باندی حل کرد و در نتیجه توانستیم به مطالعه دینامیک حامل ها و بررسی ویژگی های نوری این قطعه بپردازیم. مدولاتور تمام نوری که معرفی خواهد شد، بر روی بستر si با لایه ای از نقاط کوآنتومی cdse است، دارای سرعت ghz71 و با عمق مدولاسیون نزدیک 100% می باشد. بستر si این مزیّت را دارد که قطعه مورد نظر را با ساختارهای الکترونیکی cmos سازگار باشد. چگالی توان پمپ برابر2 mw/m 6/5 در طول موج مرئی nm 460 می باشد. بررسی نتایج، این را نشان می دهد که عمق مدولاسیون 96% تا فرکانس ghz71 ثابت می ماند. هر چقدر فرکانس مدولاسیون بالا می رود عمق مدولاسیون کاهش می یابد. ضریب خاموشی این قطعه معادل db15 می باشد. در کار پژوهشی حاضر فرکانس مدولاسیون thz1 به عمق مدولاسیون 45% رسیده ایم. هم چنین مدولاتور تمام نوری مذکور که مبتنی بر نقاط کوآنتومی cdse/glass می باشد، دارای انرژی سوئیچینگ fj 10 می باشد. از طرفی با بررسی های مواد مختلف جهت رسیدن به طول موج مخابراتی به این نتیجه رسیدیم که شیشه بهترین بستر یا ماتریس مناسب جهت رشد نقاط کوآنتومی می باشد. نکته خیلی مهم این است که شیشه منجر به افزایش سرعت واهلش الکترون ها می شود و از آن جایی که مهم ترین عامل محدود کننده این قطعه شدیداً وابسته به زمان باز ترکیب الکترون و حفره می باشد، شیشه بستری بسیار مناسب برای کاربردهای پر سرعت می باشد. در نهایت توانستیم? اطلاعات را از طول موج مرئی nm 460 بر روی طول موج های مخابراتی nm 1522 انتقال 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.

میـکرو/نانـو رباتیـک یا منیپولیشـن نانو ذرات توسـط afm (میکروسـکوپ نیرویـی اتـمی) یکی از راهکارهای مهم برای جابجایی کنتـرل شده ی اتم ها و مولکـول ها و مونتـاژ آنها جهـت ساخـت ابزارهای میکرو/نانو متری مـی باشد. مدل سـازی دقیق منیپولیشـن مسـتلزم شناسایی کامل نیـروهای وارد بر سیستم و نیازمند دانش مکانیـک در مقیـاس نانو است که متـفاوت از دنیای ماکرو اســت. به دلیـل اهمیـت نیروهای چسـبندگی در مقیاس های کوچک و ماهیـت بر همکـنش سـطوح در مقیـاس نانو مدل های اصطکاکی مختلفی ارائـه شده که می تواند کمکی بزرگ در پیشرفت و حل مسائل این علم و تکنولوژی باشد. مقدار ضریب اصطکاک، هنگامی که درمقیاس میکرو/نانو اندازه گیـری شود با آن چه که در مقیـاس های بزرگ وجود دارد، متـفاوت اسـت و بنابراین اصطکاک به مقیاس وابسته اسـت.? دراین پایان نامه پس از مطالعه ، مدل ها و روش های موجود در بررسی اصطکاک در مقیاس میکرو/ نانو و شناسایی روش های مورد استـفاده در مدل سازی سیـستم های میـکرو/نانو متری، نهایتا مدل دینامیـکی منـیپولیشـن نانوذرات بر پایه afm با استفاده از مدل های اصطـکاکی مقیاس میکرو/نانو بررسـی شده است. در این تحقیق برای اعمال زبری سطح از مدل زبری گرینوود-ویلیامسون استفاده شده است. به عنوان کار جدید، با در نظر گرفتن مدل زبری سطح گرینوود-ویلیامسون و با استفاده از مدل های مکانیک تماسی jkr، dmt و شوارتز (اصلاح شده ی jkr)، نیروهای عمودی و اصطکاکی وارد بر afm بر اساس مدل دینامیکی afm با مدل های زبری جدید بررسی شده است و نهایتا نتایج بدست آمده از مدل های مختلف زبری پس از مقایسه با نتایج موجود که بر اساس ترکیب مدل زبری سطح گرینوود-ویلیامسون و مکانیک تماس هرتز بوده، مقایسه و دقت مدل های به دست آمده بررسی شده است. در این پژوهش، تاثیر پارامتر هندسی سطح مانند انحراف معیار ارتفاع زبری ها، پارامتر هندسی شعاع قله ی زبری ها و در آخر تاثیر شعاع نوک afm بر روی نیروهای عمودی، اصطکاکی و نهایتا ضریب اصطکاک مطالعه و نتایج ارائه شده است. طبق نتایج بدست آمده، تاثیر انحراف معیار بیشتر از تاثیر بقیه ی پارامترها می باشد. تغییر انحراف معیار از 1 نانومتر به 2 نانومتر، نیروی اصطکاک و عمودی در مدل ترکیبی زبری سطح گرینوود-ویلیامسون با مدل مکانیک تماسی jkr به ترتیب مقدار 37 و 62 درصد افزایش می یابند، در حالی که با تغییر شعاع نوک afm در شرایط یکسان این مقادیر به صورت 34 و 15 درصد و با تغییر شعاع قله زبری از 50 نانومتر به 75 نانومتر به صورت 6 و 15 درصد می باشند. در آخر جهت مقایسه مدل اصطکاکی اصلاح شده ی کولمب نیز انجام شده است.

سلول های خورشیدی با صفحه نازک cdte (کادمیم تلوراید)، یکی از قابل رقابت ترین قطعات فتوولتائیک هستند که از نظر هزینه و ضریب عملکرد مورد توجه هستند. کادمیم تلوراید ضریب جذب نور بسیار بالایی دارد. فقط مقدار کمی از کادمیم تلوراید (ضخامت 2-8 میکرون) برای لایه جذب کننده (100مرتبه نازک تر از سلول خورشیدی معمولی کریستالی سیلیکونی) مورد نیاز است. علاوه بر این، گاف باند کادمیم تلوراید به خوبی با طیف خورشیدی مطابقت دارد و به گاف باندی که بالاترین ضریب تبدیل نظری را تولید می کند بسیار نزدیک است. همچنین کادمیم تلوراید می تواند بر روی بستر های ارزان، مانند شیشه و پلاستیک رسوب گذاری شود. به طور کلی، سلول های کادمیم تلوراید می توانند ابتدایی ترین فناوری برای سیستم های فتوولتائیک کم هزینه باشند. رکورد بازده کادمیم تلوراید در عمل کمتر از مقدار ماکزیمم نظری (29%) ، و زیر 14 درصد است. در این پایان نامه ابتدا به بررسی سلول های خورشیدی مبتنی بر کادمیم تلوراید و کادمیم سولفید پرداخته شده است و سپس به بررسی روش های افزایش راندمان در این سلول های خورشیدی اشاره شده است. در نهایت با استفاده از ایده ایجاد سلول های خورشیدی باند میانی، بازده این سلولهای خورشیدی بررسی شده و نشان داده شده است که با ایجاد ترازهای انرژی در موقعیت مناسب و با کنترل میزان ناخالصی می توان بازده را تا حدود 17درصد افزایش داد.

هدف از این پروژه طراحی و ساخت لنز در محدوده ی فرکانسی تراهرتز است. پرتو تراهرتز شامل فرکانس های 1/0 تا 10 تراهرتز می شود، درواقع حدفاصل رنج امواج ماکرون و مادون قرمز دور از طیف امواج مغناطیسی می باشد. پرتو تراهرتز می تواند در مواد طبیعی نفوذ کند و به دلیل انرژی پایین فوتون به آن آسیبی نمی رساند. امواج تراهرتز در فلز نفوذ نمی کنند و از این ویژگی در فرآیند کنترل کیفیت و ... استفاده می شود. یکی از اجزای مهم در تصویربرداری نوری و سیستم های پردازش داده لنز می باشد چون یکی از ویژگی های شناخته شده لنز توانایی آن در ساخت تصویر است. یک لنز از مواد متراکم نوری ساخته می شود و فاصله ی کانونی پارامتر اساسی برای تنظیم ابعاد لنز است. عناصر و ترکیبات مختلفی از جمله کریستال های ( سیلیکون مقاومت بالا رشدیافته به روش ناحیه ی شناور ، کوارتز، سیلیکات آلمنیوم و منیزیم ) و پلیمرها ( پلی اتیلن، پلی متیل پنتن، پیکارین، پلی تترافلوئوراتیلن و... )، در ساختار لنزتراهرتز به کار برده می شوند. در این میان پلیمر ها انتقال یکنواخت پایداری با بازده بالای 90%،80% دارند و طول موج های بلند را نیز عبور می دهند. مواد کریستالی انتقال دهنده ضعیفی هستند به دلیل اتلاف بازتاب موجود حدود 50% تا 70% از میدان را منتقل می کنند. در این پایان نامه با توجه به درصد بالای عبور و جذب پایین در پلیمر پلی تیلن غلظت بالا با استفاده از قالب گیری فشاری، لنزی با فاصله ی کانونی 60 میلی متر طراحی می کنیم. برای شبیه سازی از نرم افزار comsol multphysics 4.3 b استفاده شده است و توزیع میدان در کانون نشان داده می شود. برای کاهش فاصله ی کانونی در این لنز باید شعاع انحنا لنز کروی طراحی شده یا ضریب شکست مواد تشکیل دهنده را افزایش دهیم. افزایش انحنا باعث افزایش انحرافات کروی می شود از این رو با توجه به این نکته که با ترکیب پلی اتیلن با ناخالصی های دیگر، می توان ضریب شکست کلی را افزایش داد، میزان فاصله ی کانونی را کاهش می یابد، بدین منظور ترکیب سیلسیم کربید با جذب کم و ضریب شکست بالا و تقریبا ثابت برابر با 1/3 انتخاب شد. نتایج شبیه سازی گویای صحت فرضیه فوق بود.

تابش تراهرتز به دلیل قابلیت های ویژه ای که دارد، باعث شده تا در فکر طراحی و ساخت منابع تراهرتز منسجم شویم.از جمله کاربرد های تراهرتز می توان به ارتباطات با نرخ داده بالا، تصویر برداری از راه دور با وضوح بالا، طیف سنجی شیمیایی ، تحقیقات مواد ، تحقیقات فضایی عمیق و ارتباطات و تشخیص پزشکی اشاره نمود. یکی از روش های تولید منابع تراهرتز استفاده از وسایل الکترونیک خلاء می باشد که بر حسب میدان های الکترومغناطیسی به دو دسته مدولاسیون جریان طولی و عرضی تقسیم بندی می شوند.لامپ موج رونده و لامپ موج برگشتی از گروه مدولاسیون جریان طولی هستند که در آن پرتو الکترونی با ساختار موج کند اندرکنش دارد و حاصل این اندرکنش تابش تراهرتز می باشد. در لامپ موج رونده انرژی یا همان سرعت گروه هم جهت با حرکت پرتو الکترونی است ولی در لامپ موج بر گشتی در خلاف جهت هم قرار دارند.تابش اسمیت- پورسل که با حرکت پرتو های الکترونی پر انرژی از بالای توری فلزی ایجاد می شود، از منابع همدوس تابش تراهرتز محسوب می شود.که در اینجا با طراحی توری و بررسی عوامل تاثیر گذار در توان توانستیم یک منبع تراهرتز تولید کنیم.

در این پایان نامه یک مدولاتور فاز تراهرتز مبتنی بر متامواد الکتریکی توسط ساختار تشدید کننده حلقه شکافته طراحی و شبیه سازی نموده و یک پاسخ بهینه از این ساختار بدست آوردیم. سیگنال مدوله کننده اعمالی به این ساختار باعث ایجاد شیفت فرکانسی، تغییر دامنه و تأخیر فاز متناسب با دامنه سیگنال می نماید. برای این کار ابتدا مواد مختلفی را بررسی نموده و پس از بررسی قابلیت ، کارآیی، معایب و محدودیت های موادی همچون : کریستال های غیرخطی مانند لیتیوم نایوبیت ( که پیک غیر خطیت آنها در طول موج های نوری و مادون قرمز بوده و عملا در طول موج های تراهرتز که بزرگتر از طول موج های نوری و مادون قرمز می باشد، قابلیت چندانی ندارند) ، کریستال های فوتونیکی، ساختارهای ترازی نیمه هادی (بخاطر انرژی کم موج تراهرتز (1thz ≈ 4 mev) ، فاصله ترازها کم است و الکترون ها (در دمای اتاق) به راحتی به ترازهای بالاتر می روند ( thermal backfilling ) ، بنابراین در محدوده تراهرتز کارآیی ندارند) ، ساختار مبتنی بر گرافن (که به خاطر نداشتن گاف انرژی، در دمای پایین (حدود 77 درجه کلوین) کارآیی داردو همچنین اندیس مدولاسیون آن پایین است )، به این نتیجه رسیدیم که این مواد نمی توانند برای طراحی و ساخت مدولاتور در محدوده طول موج تراهرتز به کار روند. لذا در این پایان نامه از متامواد که قابلیت کارکرد در دمای اتاق در محدوده تراهرتز را دارد و نیز به دلیل قابلیت مقیاس پذیری آن ، برای طراحی مدولاتور استفاده کردیم. مدولاتورهای تراهرتزمبتنی برمتامواد بسته به نوع سیگنال مدوله کننده (پیام) ، به دو نوع نوری و الکتریکی می باشند. به دلیل اینکه در مدولاتور تراهرتز مبتنی بر متامواد نوری ، کنترل چگالی حامل ها در ناحیه تخلیه نزدیک شکاف هوایی جهت انجام عمل مدولاسیون ، با شش پارامتر فیزیکی انجام می گیرد و لازم است تا برای رسیدن به پاسخ مطلوب این شش پارامتر بطور همزمان کنترل شوند که این کار مشکلی است و از طرفی در این نوع مدولاتور ، همزمان نمی توان میزان مدولاسیون بالا و سرعت سوئیچینگ بالایی را بدست آورد. لذا ما در اینجا از روش مدولاتور تراهرتز مبتنی بر متامواد الکتریکی استفاده کردیم. همچنین در اینجا ساختار مدولاتور طراحی شده را مقیاس بندی نمودیم که تا به حال چنین کاری در این زمینه در مقالات گزارش شده انجام نشده است و درنتیجه یک پاسخ بهینه در طراحی این مدولاتور بدست آوردیم و نیز توانستیم یک رابطه تقریبی بین طول موج تشدید و پریود ساختار مدولاتور طراحی شده بدست آوریم. در نهایت یک مقایسه بین نتایج بدست آمده از پاسخ بهینه ساختار طراحی شده با نتایج مقالات گزارش شده در این زمینه از نظر مشخصات اصلی مدولاتور از قبیل: فرکانس تشدید ، اندیس مدولاسیون دامنه ، شیفت فرکانسی و... انجام دادیم.

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.

اولین مشاهده ها از تصویر برداری تراهرتز در پزشکی، سال ها پیش انجام گرفته است اما اطلاعات کمی در مورد ویژگی های اپتیکی بافت انسان در فرکانس های تراهرتز وجود دارد. نمودارهایی از میزان افزایش دمای سطح مورد نظر که تحت تابش تراهرتز قرارگرفته، منتشر شده است. تصویر برداری تراهرتز با پهنای باند 5/0تا 5/2 تراهرتز معمولا در این زمینه مورد استفاده قرار می گیرد. در این تحقیق، فرکانس استفاده شده 1 تراهرتز فرض شده است. مهمترین نکته در این قسمت ضخامت منطقه مورد نظر است که معمولا در حوزه میلی متر در نظر گرفته می شود. دو بافت پوست و عصب در این تحقیق بررسی شده است. در نهایت افزایش دما در آب، پوست و عصب توسط نرم افزار متلب مورد بررسی قرارگرفت که با توجه پائین بودن توان پرتوی تراهرتز و سایر فرضیات مساله، افزایش دما در دیسکی از بافت مفروض بسیار ناچیز به دست آمد. به طوری که می توان از این پرتو در تصویربرداری های پزشکی و آشکار سازی بافت های سرطانی و سایر کاربردهای پزشکی بسیار مورد استفاده قرار داد که آسیبی به بافت نرسد.

تابش های پر انرژی بر روی سلول های خورشیدی باعث ایجاد ناراستی ها و ایجاد تله در سلول های خورشیدی می شود، ابتدا به معرفی پیکر بندی تله پرداخته و با استفاده از روابط ریاضی آن ها را بررسی کرده ایم. مهمترین بخش در این پایان نامه قسمت شبیه سازی بوده که در این پایان نامه از نرم افزار سیلواکو استفاده نموده ایم. در این شبیه سازی از مواد نیمه هادی gaas، inp و si استفاده شده و پس از ایجاد این سلول ها در شبیه ساز، آنها را در معرض پرتوافکنی قرار داده ایم. پس از بررسی و استخراج داده ها از نرم افزار سیلواکو، مشاهده کرده ایم که تابش های پر انرژی باعث کاهش قابل توجه راندمان سلول های خورشیدی می گردند. از مقایسه ی حالت بدون وجود ناراستی و با وجود ناراستی، کاهش 43% بازده مشاهده شد. در مقایسه ای دیگر از بین مواد نیمه هادی استفاده شده در ساختار سلول یعنی gaas، inp و si مشاهده شد که سلول خورشیدی gaas تنزل بازده کمتری به نسبت سایر سلول های خورشیدی از مواد استفاده شده در این پایان نامه دارد و به عبارت دیگر این سلول در محیط هایی با تابش های پر انرژی راندمان بالاتری را ارائه می دهد.

طرح vcsoa ها نقاط اشتراک زیادی با طرح soa های fabry – perot در یک صفحه ، vcsel ها و فیلترهای fp دارد. سالهای زیادی است که این دستگاه¬ها مورد مطالعه قرار می¬گیرند]11-13[. تا حال مدل¬های تئوری که ساخته شده¬اند، اساس محکمی را برای ساخت تئوری vcsoa فراهم می¬کنند. طرح-هایی که در این فصل برای vcsoa ها پیشنهاد می¬گردد، تا حدود زیادی به طراحی ارائه شده در ussb برای vcsel های قبلی است. اولین مقاله تئوری درباره vcsoa ها در سال 1994 توسط تامیلینگ و همکارانش منتشر شد]14[. پیش¬بینی¬های کاربردی که در این مقاله ارائه شد، تا حدود زیادی بر اساس کاری بود که موکاوی و همکارانش در این زمینه مطالعه داشته¬اند]15[. از آن پس vcsoa ها به صورت تئوری در مقالات انگشت شماری مورد بررسی قرار گرفت، مدل¬هایی که در این بخش در مورد آنها صحبت می شود، کار تئوری را که در این مقالات منتشر و ارائه شده است، مبنا قرار داده است]6-9[. در این فصل برخی مسائل کلی طراحی و محدودیت¬های ویژه vcsoa ها ارائه می¬شود، همچنین حفره¬ی نوری را مورد بررسی قرار می¬دهیم که در مورد منطقه¬ی فعال و آینه¬ی vcsoa ها صحبت می¬شود. مدل تئوری به طور کامل ارائه شده و در مورد مهم¬ترین ابزارهای مدل¬سازی – معادلات fp و معادلات نرخ- بحث خواهیم نمود. نتایج تئوری بدست آمده در مورد تقویت پهنای باند، بهره¬ی تقویت، اشباع بهره¬ی تقویت و ویژگی¬های نویز vcsoa ها ارائه می¬شود. در این فصل تئوری کلی و موارد ویژه¬ی دستگاه¬هایی را که در پایان¬نامه در مورد آن بحث می¬شود را، پوشش می¬دهیم.

در این پایان نامه مروری بر انواع لیزرهای چند چاه کوانتومی بر روی بستر inp انجام گرفته است. ابتدا با استفاده از منابع و مقالات موجود، مرور کاملی بر روی انواع لیزرهای چاه کوانتومی و بخصوص لیزرهای با زیر بستر inp انجام شده است. ساختار های مختلف و تئوری و معادلات حاکم بر این لیزرها مورد بررسی و بحث قرار گرفته است. معادلات حاکم بر عملکرد و رفتار این لیزرها از منابع مختلف استخراج و روی آن¬ها بحث شده است. تأثیر پارامترهای ساختاری و فیزیکی بر روی مشخصه های مهم این نوع لیزرها استخراج و معادلات حاکم بر این لیزرها حل شده است. طول موج عملکردی لیزر ???? نانومتر می باشد که در این طول موج، ابتدا توابع موج و مقادیر ویژه برای چند چاه کوانتومی به-دست آمده و معادلات نرخ لیزر حل شده است. نرخ حامل¬ها و فوتون ها در سطوح مختلف چاه استخراج شده و منحنی شدت-جریان به دست آمده است. با اعمال پالس جریان به لیزر، پاسخ زمانی لیزر استخراج و روی منحنی های به دست آمده بحث شده است.

عنصراصلی مبدلهای خورشیدی و یا ماژولهای خورشیدی که نورخورشید را به الکتریسیته تبدیل می‎کنند سلولهای خورشیدی است که بدلیل شکنندگی وظرافتی که دارند، تحمل شرایط محیطی را نداشته و نمی‎توانند مستقیما مورد استفاده قرار بگیرند وتوان الکتریکی کمی را تولید می‎کنند و برای بکارگیری آنها درشرایط مختلف آب وهوایی ، دسترسی به ولتاژ و توان مورد نیاز ، افزایش مقاومت مکانیکی ، کاهش تغییرات مشخصات الکتریکی سلول خورشیدی برای مدت طولانی ، سلولها را به صورت مجموعه ای درون قاب فلزی قرار می‎دهند و ماژول خورشیدی را می‎سازند. باتوجه به اینکه اکثر قریب به اتفاق کشور ها به این انرژی لایزال خداوندی دسترسی دارند توسعه در به کار گیری این انرژی ، کمک به استقلال انرژیک کشورها و قطع وابستگی به کشورهای صنعتی را به همراه دارد. در این پروژه به بررسی سیستمهای فتوولتائیک و شبیه سازی طراحی متمرکز کننده های سلول خورشیدی می پردازیم. سیستم های متمرکز کننده سلول های خورشیدی سیستم هایی هستند که با استفاده از ادوات اپتیکی مثل لنزها و آینه های منحنی مقدار زیادی از نور خورشید را به یک منطقه کوچک از سلول خورشیدی برای تولید الکتریسته منعکس می کنند، از آنجایی که سلول های خورشیدی کوچک مورد نیاز است در مقایسه با سلول های خورشیدی معمولی سیستم های متمرکز کننده می توانند در هزینه های سلول خورشیدی صرفه جویی کنند. سیستم های متمرکز کننده نیازمند هزینه هایی شامل ادوات اپتیکی مثل آینه ها، لنزها و تعقیب کننده های خورشیدی هستند. بنابراین امروزه بیشتر از سلول های خورشیدی معمولی استفاده می شود. تحقیق درباره ی سیستم های متمرکز کننده سلول های خورشیدی از سال 1970 در آزمایشگاه ملی ساندیادی کالیفرنیا شروع شده است و اولین سیستم متمرکز کننده خورشید مدرن در آنجا ساخته شده است . موانع اصلی رقابت انرژی فتوولتاییک با منابع اصلی انرژی به صورت زیر است 1- بهره کمتر 2- چگالی انرژی تولید شده کمتر نسبت به محیط اشغال شده توسط فتوولتاییک 3- گران بودن مواد تشکیل دهنده و نیاز به تنظیم داشتن فتوولتاییک که وابسته به شرایط آب و هوایی است. در صورتی که برای نکته آخر راه حل ها وابسته به تکنولوژی های بیرونی فتوولتاییک و طرح هایی درباره مدیریت شبکه و توزیع پانل های خورشیدی هدف در تحقیقات فتوولتاییک است. یک روش ، جستجو کردن راهی برای بهبود بازده و کاهش هزینه ها، متمرکز کننده های سلول خورشیدی است متمرکز کردن نور اجازه بازده بیشتر در تبدیل نور به الکتریسیته در سلول های خورشیدی را می دهد و همچنین اجازه جایگزینی های ارزان قیمت متمرکز کننده نور به جای مواد فتوولتاییک را می دهد. در طراحی متمرکز کننده ها جنس آیینه ها باید طوری باشد که بیشترین نور را منتقل کند معمولا از آلومینیوم استفاده می شود که بیشترین درخشندگی را داشته باشد و از یک ماده با ظریب شکست بالاتر از یک به عنوان دی الکتریک استفاده می شود تا میزان بازتابش کلی در داخل متمرکز کننده افزایش یابد و نور بیشتری داخل متمرکز کننده حبس شود و هندسه متمرکز کننده در طراحی بسیار مهم است با توجه به مدل سازی انجام شده متمرکز کننده، متمرکز کننده های مرکب سهموی به حالت ایده آل نزدیک است و بیشترین تمرکز را در روزنه خروجی دارد که محل قرار گرفتن سلول خورشیدی است .

سنسورهای spr یا حسگرهای تشدید پلاسمون سطحی، نوع خاصی از سنسورهای نوری زیستی هستند که تعامل بین نور و سطح سنسور موجب تشدید الکترون ها در سطح سنسور شده و موجب تغییراتی در ویژگی های نور، مانند تغییر زاویه شکست یا تغییر طول موج ویا فاز و دامنه می شوند. سطح سنسور شامل یک لایه نازک فلزی مانند طلا و یک لایه عایق، مانند بافر یا محلول زیستی می باشد. وقتی نور از طریق یکی از روش های متداول مانند پیکربندی منشوری یا پیکربندی گریتینگ و یا روش موج بر نوری با سطح سنسور برخورد می کند موجب تشدید الکترون های روی سطح شده و تغییراتی در نور برگشتی از سنسور ایجاد می کند . با استفاده از آشکارسازها به تغییرات روی سطح که ناشی از تغییر محلول زیستی می باشد پی برده می شود. در این پایانامه یک سنسور تخصصی جهت اندازه گیری پروتئین ctni که در هنگام انفارکتوس قلبی در خون آزاد می شود مورد بررسی قرار گرفته شده است این سنسور از نوع کوپل منشوری با مدولاسیون زاویه (با پیکربندی نوع kretschmann ) می باشد. هدف این پروژه بهبود میزان جذب نور در هنگام تشدید، جهت بالا بردن حساسیت سنسور می باشد. بنابراین با استفاده از تئوری emt با جایگزینی لایه های متناوب طلا و ژرمانیوم بجای فلز طلا ، موجب افزایش میدان نوری میراشونده شده و در نتیجه سبب بهبود جذب نور تا حدود 0.0004763 می شود که قبلا این نتایج در سنسور با لایه فلزطلای خالص در حدود 0.05874 بوده است. بنابراین موفق به بالا بردن قابل توجه حساسیت سنسور شدیم.

طراحی و ساخت موتورهایی با ابعاد نانو یکی از چالش های علمی در سال های اخیر و به ویژه پس از پیشرفت های علمی در زمینه ی فناوری نانو بوده است. باتوجه به اندرکنش ناچیز نور و ماده در ابعاد نانو (گشتاور حاصله ی ناچیز) ابعاد موتورهای ساخته شده تا کنون میلی متری و در بهترین حالت میکرومتری بوده است. مشکل کوچک سازی ابعاد موتورهای ریز مقیاس برای کاربردهای خاص در پژوهش های اخیر با ایجاد ساختارهای رزونانس پلاسمونیک به کلی مرتفع شده است. رزونانس پلاسمونیک توانایی افزایش میزان اندرکنش ماده با نور را داشته و در حالتی که طول موج کاری ادوات فوتونیکی بسیار بزرگتر از ابعاد ساختار باشد؛ به خوبی کارآیی دارد. موفق ترین و کامل ترین گزارش علمی منتشر در این زمینه، پژوهش پروفسور ژانگ و همکارانش در دانشگاه برکلی بوده است وتحلیل سیستم معرفی شده ی آنها گام مهم و بلندی برای طراحی های بعدی است و بخش اعظمی از این پژوهش به این مساله اختصاص داده شده است. مکانیزم کاری این موتورها دوران ناشی از اختلاف فاز ایجاد شده بین جریان های سطحی ایجاد شده است که باعث پدید آمدن نیروهای در خلاف جهت و نهایتا گشتاور می شود. در این پایان نامه ابتدا گشتاور ایجاد شده در یک ساختار پلاسمونیک پایه در اثر تابش یک نور پلاریزه شده بررسی گردید و سپس پارامترهای موثر در ایجاد گشتاور از قبیل شکل ساختار پلاسمونیکی و فرکانس موج تابشی مورد بررسی قرار گرفت. بررسی کیفی ماهیت ایجاد گشتاور و مبنای نظری و فیزیکی و تفسیر آن و همچنین یافتن مکانیزم مناسبی برای محاسبه گشتاور به طور کمی در هر فرکانس تابشی در محیط نرم افزاری comsol به عنوان یک روش تحلیل اجزای محدود، از دستاوردهای این پروژه است. حال با حل مشکل ابعاد و ساخت نمونه های اولیه تلاش های بعدی برای بهره برداری از یک منبع باند پهن به جای استفاده از نور تک فرکانس در دستور کار پژوهش های بعدی می تواند قرار گیرد.

پلاریتون پلاسمون سطحی، انتشار نوسانات الکترومغناطیسی در مرز بین رسانا و دی الکتریک، توجه بسیار زیادی را بخاطر پتانسیل بسیار زیاد در متمرکز کردن و سوق دادن نور در ساختار های با ابعاد کوچکتر از طول موج نور به خود جلب کرده است. سنسورهای رزونانس پلاسمون سطحی هم از امواج پلاریتون پلاسمون سطحی برای بررسی کردن فعل و انفعال بین بیومولکول ها و سطح سنسورها استفاده می کنند. در کنار سنسورهای پلاسمون سطحی، بیوسنسورهای یکپارچه بدون برچسب و بسیار حساس بر اساس رزوناتورهای حلقوی سیلیکون-عایق پیشنهاد شده است. از مزیت های بیوسنسورهای حلقوی می توان به اتلاف انتشار کم و کوپلینگ موثر اشاره کرد. هدف بررسی ساختارهای رایج سنسورهای پلاسمونی ( ساختارهای مبتنی بر موجبرها و نیز رزوناتورهای حلقوی) و در نهایت بررسی ویژگی این سنسورها در مقایسه با سنسورهای رایج فتونیکی (بدون اثر پلاسمونی) است. با استفاده از ترکیب نیمه هادی ها و یا پلیمرهای مختلف در ساختار سنسورهای پلاسمونی، سعی خواهد شد میزان حساسیت این سنسورها افزایش یابد. همچنین اثر تغییر ابعاد رزوناتور و نیز فلز استفاده شده در ویژگی های سنسور بررسی خواهد شد. در این پروژه سنسوری بر اساس میکرورزوناتور طراحی کرده¬ایم که دارای بستری از جنس نقره گپی از جنس pdms و میکروحلقه¬ای از جنس سیلیسیم می¬باشد. بدون قرار گرفتن ماده مورد نظر برای سنجش داخل میکروحلقه ساختار همانند یک رزوناتور پلاسمونی حلقوی عمل می¬کند که دارای فرکانس¬ها و مدهای نوسان مشخصی است. با قرار دادن ماده مورد نظر برای سنجش در داخل حلقه، و با تغییر دادن ضریب شکست ماده، فرکانس ویژه رزوناتور تغییر می¬یابد. با افزایش ضریب شکست فرکانس کاهش می¬یابد. بیشترین فرکانس در 1n= و کمترین فرکانس در 48/3n= اتفاق می-افتد. در آخر حساسیت سنسور بررسی می¬شود که با محاسبه شیفت طول موج در می¬یابیم که سنسوری که طراحی کرده¬ایم دارای حساسیت زیادی می¬باشد.

در این پروژه روش های آشکارسازی مختصات (gyro) مورد بررسی قرار می گیرد. ژیروسکوپ های موجود مکانیکی و فیبر نوری مورد تحلیل اقتصادی و فنی قرار می گیرد، بعد از بررسی مزایا و معایبی که این ژیروسکوپ ها دارند اقدام به طراحی و ساخت ژیروسکوپ مبتنی بر رزوناتور حلقوی می نماییم. ابتدا آرایش پایه برای آشکار سازی چرخش را آنالیز می نماییم سپس با ارایه ساختار بهینه بالاترین حساسیت را برای ژیروسکوپ محاسبه و شبیه سازی می نمایم. بعد از این مرحله ساختار محاسبه شده را در پایه si اقدام به ساخت خواهیم نمود

چکیده:گرافن دارای استحکام مکانیکی بسیار خوب، موبیلیتی بسیار بالا به همراه نسبت سطح به حجم بالا دریچه¬ای به سمت استفاده از این ماده جهت سنسورهای گاز و بخار با سرعت و طول عمر بالا گشوده است. در این پژوهش گرافن به روش شیمیایی سنتز شد. در این روش ابتدا گرافیت به روش هامر اکسید شده و سپس توسط دو نوع احیاگر متفاوت هیدرازین و آنیلین، احیا شد. گرافن سنتز شده به روش¬های sem و xrd مورد شناسایی قرار گرفت. نتایج نشان داد که گرافن سنتز شده دارای ساختار تقریبا دو بعدی می باشد. فیلم¬های گرافن روی الکترودهای شانه¬ای پوشش داده شد. حساسیت هر دو نوع سنسور گرافنی احیا شده توسط هیدرازین و آنیلین برای گاز آمونیاک مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که برای ppm 5 گاز آمونیاک حساسیت 38 درصد و زمان پاسخ 6/7 دقیقه برای اکسید گرافن احیا شده توسط آنیلین است. در نهایت با استفاده از ساختار گرافن، می¬توان برای حس گازهای مختلف در مقیاس صنعتی بهره جست. در طول دو دهه¬ی گذشته، رشد بی¬سابقه¬ای در حوزه محصولات و خدماتی رخ داده است که اطلاعات بدست آمده از راه مانیتورینگ و اندازه¬گیری را، با استفاده از انواع مختلف سنسورها مورد استفاده قرار می¬دهند. فناوری سنسور در دامنه وسیعی از حوزه¬ها از آب و هوا گرفته تا پزشکی، بازگانی و صنایع کاربرد دارد. تکنولوژی سنسور به صورت یک عنصر کامل در توسعه محصولات و خدمات شناخته می¬شود. در حقیقت فناوری سنسور به صورت یک فناوری کلیدی با کاربردهایی با تنوع گسترده صنعتی و تحقیقاتی ظاهر شده است. سنسور گاز با توان مصرفی کم، کاربرد فراوان در خودروسازی و محیط زیست و صنایع غذایی و محیطهای خاص دارد. به همین جهت تحقیقات بی¬شمار میل به سمت کوچکسازی سنسور و کم توان بودن آنها انجام می¬شود. در این میان سنسورهای گاز حالت جامد بر پایه¬ی ماده حس کننده اکسید¬فلزی با گاف انرژی بزرگ، به علت توانایی آنها به شناسایی انواع گاز¬های سمی و ترکیبات آلی فرار ، مورد آزمایش فراوان قرار گرفته است. ولی با این وجود، اینگونه سنسورها، آنالیت مورد نظر را در دماهای بالا بویژه بین ?200 تا ?500 به طور موثر حس میکنند. از اینرو سنسورهای گاز اکسید¬فلزی توان مصرفی بالایی دارند(مصرف بین 200 میلی وات تا 1 وات). بنابراین امروزه تحقیقات به سمت سنسورهایی که در دمای اتاق کار¬میکنند و در نتیجه توان مصرفی کمی دارند میل می¬کند. در این خصوص نانو مواد کربنی بویژه گرافن جالب به نظر می¬رسند

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.

گرافن لایه دو بعدی از اتم های کربن با پیوند sp2 در شبکه لانه زنبوری می باشد. پیکربندی منحصر بفرد اتم های کربن منجر به یک رابطه ی پراکندگی جدید در حوالی انرژی دیراک می شود. در حوالی نقطه دیراک طیف دو بعدی، خطی است و در نتیجه الکترون ها با سرعت ثابت (100 بربار بیشتر از سیلیکان) در حرکت هستند. بسیاری از ویژگی های جذاب گرافن ناشی از این رابطه پراکندگی است که ناشی از فرمیون های نسبی بی جرم می باشد. در قطعات الکترونیکی مبتنی بر سیلیکان، سرعت عملکرد قطعه توسط حفره ها محدود می شود. ولی در گرافن تحرک حفره ها برابر با تحرک الکترون هاست. در نتیجه، قطعات الکترونیکی مبتنی بر گرافن سریع تر عمل می کنند. به دلیل عدم وجود گاف انرژی در طیف انرژی، گرافن می تواند طیف وسیعی از تابش الکترومغناطیسی را جذب نماید. در نهایت، گرافن می تواند در ادوات الکترونیکی از قبیل سلول خورشیدی، دیودهای نورگسیل آلی، آشکارسازهای نوری و سایر موارد مورد استفاده قرار گیرد. از طرفی دیگر تمام اتم های کربن در سطح گرافن قرار گرفته است و چگالی الکترون ها در آن بالا می باشد و همچنین گرافن تحت تاثیر گازهای محیط اطراف قرار می گیرد که این به نوبت خود باعث ناپایداری شیمیایی گرافن شده و برای بدست آوردن نتایج قابل تکرار به شرایط خلا نیازمند است. چالش اساسی در تحقیقات بر روی گرافن ، اصلاح سطح در معرض تماس آن است. به معرفی گاف انرژی ناشی از اندرکنش مولکول های شیمیایی با سطح گرافن برای دستیابی به آشکارساز مادون قرمز در ناحیه 3 تا 5 میکرومتر پرداخته ایم. در این پژوهش نشان داده شده است که به دلیل اندرکنش بین اتم های کربن در گرافن با هیدروژن لیگاندهای شیمیایی، ساختار گرافن به شدت تغییر می کند. در نهایت، آشکارساز مادون قرمز مبتنی بر گرافن ترکیبی با گاف انرژی مهندسی شده را ارائه دادیم. ساختار ارائه شده قابلیت کار در دمای اتاق را دارد و در مقایسه با دیگر آشکارسازهای ساخته شده بر اساس گرافن سریع تر می باشد.

اثرات همدوسی کوانتومی در سیستم¬های متشکل از نانو¬ذرات مانند نقاط کوانتومی کاربرد¬های متنوعی از قبیل کنترل سرعت نور در این سیستم¬ها، ایجاد هیسترزیس و بوجود آوردن ویژگی¬هایی مشابه اثرات fano دارند. افزودن ذرات فلزی به چنین سیستم¬های متشکل از نقاط کوانتومی، باعث افزودن اثرات پلاسمونی و درنتیجه اندرکنش اکسیتون و پلاسمون می¬شود که باعث انتقال انرژی از نقطه کوانتومی به نانوذره فلزی و یا بالعکس می-شود. در این صورت چنین سیستمی باید بصورت مولکول نقطه¬کوانتومی-نانوذره فلزی درنظر گرفته و مشخصات آن محاسبه و تعیین شود. در این پایان¬نامه ابتدا به تحلیل ویژگی¬های چنین مولکولی در مقایسه با نقطه¬کوانتومی و یا نانوذره فلزی تنها در حضور یک میدان نوری خارجی پرداخته می¬شود و تاثیر فاصله دو ذره روی ویژگی¬های الکترونیکی و نوری سیستم بررسی خواهد شد. می¬توان گفت: اندرکنش یک سیستم هیبریدی متشکل از یک نیمه¬هادی کوانتومی و یک نانو¬ذره فلزی با یک باریکه لیزر می تواند میدان پلاسمونیکی ذاتی نانو¬ذره فلزی را با یک میدان نرمالیزه شده منسجم (همدوس) جایگزین کند. (این میدان نرمالیزه شده را میدان همدوس پلاسمونیک یا به اختصار میدان cp می¬نامیم). در این پایان نامه ما نشان می دهیم که چگونه همدوسی کوانتومی با تأثیر بر این سیستم هیبریدی می تواند یک سد همدوس (قفس کوانتومی) که میدان cp را محدود می کند ایجاد کند. این مسأله به ما اجازه می دهد که بصورت همدوس مقدار این میدان را کنترل نمائیم و در مواردی آنرا کاملاً کوچکتر یا بزرگتر از میدان پلاسمونیکی ذاتی نانو¬ذره فلزی کنیم. ما مشخصات پیرامونی میدان cp را یافته و در مورد اینکه سد میدانی چگونه به حالت¬های پیوسته وابسته است بحث کرده ایم.

اتصال دهنده های داخلی نوری با تامین پهنای باند بالا، مصرف توان پایین، و تاخیر کم یک تکنولوژی نوید بخش برای غلبه بر چالش های ارتباطی در سطح تراشه های الکترونیکی و افزایش عملکرد کلی سیستم های محاسباتی مدرن می باشد. اتصالات داخلی نوری مبتنی بر پلت فرم سیلیکون-روی-عایق با پروسه ی ساخت cmos سازگاری دارند که آن ها را به راه حلی موفقیت آمیز برای مجتمع-سازی با الکترونیک تبدیل می کند. در این پایان نامه، ساختارهای موجود برای اتصالات نوری بر پایه ی رزوناتورهای حلقوی مرور شده است. اتصال دهنده های چند لایه ای با اضافه کردن بعد سوم به ساختار، منجر به حذف گذارهای غیر ضروری از سوئیچ ها و تقاطع های موجبری شده و در نتیجه تلفات، تاخیر، و اندازه ی سیستم را کاهش می دهند. در این پایان نامه، ساختاری نوین برای طراحی سوئیچ بین لایه ای برای انتقال عمودی سیگنال نوری به لایه های دیگر پیشنهاد می دهیم.تاثیر استفاده از این سوئیچ در اتصال دهنده های داخلی نوری مختلف از جنبه های گوناگون مورد بررسی قرار گرفته است.

یکی از عمده ترین چالش های فرارو در ساخت سلول های خورشیدی انعطاف پذیر راندمان این سلولهاست که عموما زیر 10 در صد است. با توجه به این که روشهای متداول افزایش راندمان در سلولهای خورشیدی را به دلیل افزایش هزینه تولید نمی توان در مورد سلولهای خورشیدی انعطاف پذیر به کار برد، اهمیت یافتن روش های جایگزین برای ارتقا راندمان کاملا بدیهی است. یکی از این روش ها استفاده از توزیع مناسب و بهینه نواحی کنتاکت فلزی در سلول خورشیدی است. قرار دادن کنتاکها بصورت شعاعی و یا روشهای دیگر از جمله روشهایی است که در کنار سایر روشهای افزایش راندمان در این پایان نامه مطالعه خواهند شد. با استفاده از قرار دادن کنتاکتها بصورت بهینه می توان از بازترکیبهای ناخواسته جلوگیری و در نتیجه راندمان را بهبود بخشید. پس از مطالعه این روشها در این پایان نامه، مناسبترین روش برای افزایش راندمان در سلولهای خورشیدی انعطاف پذیر انتخاب و یک سلول خورشیدی در ابعاد طراحی و شبیه سازی شده 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.

ساختارها و ادوات الکترو-نوری مبتنی بر گرافن با توجه به ویژگی های منحصربه فرد گرافن، در سال های اخیر مورد توجه واقع شده اند. در این پایان نامه موجبرهای پلاسمونی مبتنی بر گرافن مورد بررسی قرار گرفته است. در اولین مرحله اصلی ترین پارامتر مورد بررسی، رسانایی گرافن در طول موج های مختلف به ویژه محدوده تراهرتز و طول موج مخابراتی است

یکی از مهم ترین بخش های مدارات مجتمع نوری آشکارسازهای نوری هستند؛ ساختاری که نور را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. اخیراً گرافن به عنوان ماده ای دو بعدی با خواص نوری و الکترونیکی مناسب برای استفاده در آشکارسازها، مورد توجه محققان قرار گرفته است که طیف فرکانسی تراهرتز تا مادون قرمز را پوشش می دهد و کاربردهای فراوانی در ارتباطات، علوم پزشکی به منظور اسکن اندام بدون ضرر، امنیت و ... دارد. مشخصات این آشکارسازها با پیشرفت علم پلاسمونیک بهبود یافته است و می توان با ترکیب نانوساختارهای پلاسمونیکی با گرافن و همچنین خواص پلاسمون پلاریتون های سطحی گرافن، رنج فرکانسی عملکردی آشکارساز را وسیعتر نمود ضمن آنکه تواما پاسخدهی و بازده کوانتومی را نیز بهبود بخشید. در این پایان نامه ابتدا مرور کلی بر انواع آشکارسازهای گرافنی مبتنی بر تشدید پلاسمون-پلاریتون های سطحی انجام خواهیم داد. ساختار موجبر گرافن پلاسمونیکی تزویج شده بر روی آشکارساز گرافنی مدل سازی شده و روابط حاکم بر رفتار آن تحلیل خواهد شد. با قراردادن نانوذرات فلزی همچون طلا در آشکارساز سعی در توزیع مناسب میدان محلی و جداسازی موثر جفت الکترون-حفره های تحریک شده بوسیله فوتون و نهایتا بهبود پاسخ دهی آشکارساز را بررسی خواهیم کرد. علاوه بر آن اثرات فاصله موجبر نسبت به اتصال های فلزی سورس و درین و اعمال بایاس آشکارساز بر پروفایل جریان بررسی خواهد شد. ما از نرم افزارهای lumerical و matlab برای شبیه سازی و محاسبه برخی پارامترها استفاده کردیم. هدف از این پایان نامه ارائه آشکار سازی است که توانایی آشکارسازی امواج تراهرتز به همراه بهینه سازی پارامترهای آشکارسازی همچون پاسخ دهی میسر گردد.

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