توسعه صنعت و فن آوری منجر به کاهش ابعاد قطعات شده و حساسیت و دقت بیشتر در سامانه های اندازه گیری را به همراه آورده است. نانومترولوژی یک ضرورت برای همه شاخه های نانوفن آوری به شمار می رود. در واقع روش های اندازه گیری برای مواد معمولی در بسیاری از موارد نمی تواند به سادگی در نانوساختارها استفاده شود و استفاده از سیستم های اندازه گیری جابه جایی با دقت بالا الزامی است. یکی از انواع سیستم های نانومترولوژی رایج که در صنعت برای اندازه گیری جابه جایی استفاده می شود، تداخل سنج لیزری است. تداخل سنج لیزری انواع مختلفی دارد که در این بین، تداخل سنج مایکلسون بیش از بقیه کاربرد دارد و به دو نوع عمده هموداین و هتروداین تقسیم می شود. نوع هتروداین به دو دسته دو مود و سه مود تقسیم بندی می شود که دقیق تر از هموداین است. با کاهش محدوده اندازه گیری، منابع خطای ناشی از محیط، قطعات نوری و غیره اهمیت می یابد. در این پایان نامه، تداخل سنج مایکلسون هتروداین دو مود و سه مود و منابع خطا در آن ها مرور می شود و خطای غیرخطی تناوبی با استفاده از مدل فرکانس-مسیر در تداخل سنج مسیر تفاضلی بررسی می شود و بزرگترین خطای غیرخطی، که ناشی از ترکیب فرکانسی است، با جزئیات بیشتر بررسی شده و خطا در تداخل سنج مایکلسون هتروداین دو مود و سه مود با انواع الگوریتم فیلتر تطبیقی (الگوریتم های کمترین میانگین مربعات، کمترین میانگین مربعات بهنجار شده، تصویر افاین و کمترین مربعات بازگشتی) مدل سازی و جبران سازی می شود و این الگوریتم های مدل سازی و جبران سازی خطا مورد ارزیابی قرار می گیرد. از میان الگوریتم های استفاده شده، الگوریتم کمترین مربعات بازگشتی دارای عملکرد بهتری در مراحل آموزش و آزمایش است و در انواع شبیه سازی های انجام شده (مدل سازی و جبران سازی)، مقدار میانگین مربع خطای کل آن کمتر از بقیه الگوریتم ها است. میانگین مربع خطای کل الگوریتم کمترین مربعات بازگشتی برای شبیه سازی تداخل سنج مایکلسون هتروداین در بخش مدل سازی دو مود 322/110- و در بخش جبران سازی دو مود 975/158- و در بخش مدل سازی سه مود 3450/127- است.

ردیاب ها سامانه هایی هستند که عمل سمت گیری پیوسته به سمت هدف را توسط پاسخ دادن به پالس های نوری بازتاب شده از آن بر عهده دارند. به منظور تشخیص موقعیت دوبعدی هدف از یک ردیاب غیر تصویری در کاربردهای نظامی و فضایی استفاده می شود که شامل گیرنده چهارربعی برای فراهم نمودن سیگنال خطا، فرستنده-گیرنده نوری،جیمبال که امکان دنبال کردن هدف متحرک را به ردیاب می دهد و یک سامانه سرو برای کنترل حرکت های فرستنده-گیرنده است. جابه جایی هدف از محور نوری گیرنده به وسیله روشن کردن بازتاب گر که روی هدف نصب شده و آشکارسازی پرتو بازتاب شده با استفاده از آشکارساز حسگر موقعیت محاسبه می شود. نتایج حاصل از این آشکارسازی برای حرکت دادن سرو موتورها در دو بعد مورد استفاده قرار می گیرد تا از این طریق همواره پرتو در مرکز آشکارساز قرار داشته باشد. به طور کلی دو حالت عملکردی برای این ردیاب وجود دارد که یکی پیدا کردن هدف در محدوده دید گیرنده (حالت فراگیری یا جستجو) و دیگری دنبال کردن هدف در میدان دید ردیاب (حالت ردگیری) است. ردیاب در حالت فراگیری بخش معینی از فضا را پویش کرده و با یافتن هدف به حالت ردگیری تغییر وضعیت می دهد. برای ایجاد هم راستایی لازم برای یک سامانه مخابراتی نوری در فضای آزاد می توان از دنبال کننده معرفی شده در این پروژه به خوبی استفاده کرد تا با توجه به حلقه کنترلی ایجاد شده، گیرنده بتواند به صورت پیوسته خود را در بهینه ترین زاویه نسبت به چشمه لیزری مقابل قرار داده و بیشترین شدت پرتو را دریافت کند. هم چنین این طرح در سلول های خورشیدی برای دنبال کردن موقعیت خورشید در آسمان، قابل اجراست. در این پروژه هدف طراحی و ساخت بخش های مکانیکی، نوری، الکترونیک و کنترل یک سامانه ردگیری پرتو نوری بر مبنای آشکارساز چهارربعی است. مشاهده ها و اندازه گیری های انجام گرفته روی طرح نهایی این پروژه نشان داده است که در بخش جیمبال دستگاه، بیشینه زاویه دوران در هر درجه آزادی آن در حدود 100 درجه است. در بخش نوری دستگاه و در قسمت فرستنده مقدار زاویه واگرایی برابر 5/4 درجه است و در قسمت گیرنده نیز با توجه به آشکارساز چهارربعی استفاده شده و همچنین عدسی گیرنده، میدان دید فراگیری و میدان دید ردیابی به ترتیب برابر 9/3 و 2 درجه است. در بخش الکترونیکِ ردیاب و با توجه به میزان تقویت انجام شده برای سیگنال های آشکارساز، بیشینه فاصله ای که در آن هدف مربوطه قابل شناسایی است برابر با 2 متر اندازه گیری شده است. کمینه این فاصله نیز با توجه به فاصله کانونی عدسیِ گیرنده و همچنین ساختار فرستنده نوری به کار رفته، محدود می شود که در حدود یک متر است. جابه جایی جانبی قابل تشخیص برای بخش گیرنده نیز در حدود 30 میلی متر در هر دو راستای عمود برهم است؛ البته این اندازه گیری در فاصله عملکرد مناسب ردیاب که بین 1 تا 5/1 متر است قابل تعریف است.

شناسایی و تعیین مقدار اتم ها، مولکول ها یا غلظت یون ها در نمونه های گازی برای کاربردهای پزشکی، صنعتی، زیست محیطی و کنترل آلودگی ها یک نیاز اساسی است. در دهه های اخیر توجه زیادی به حسگر های گاز فیبر نوری برای کاربردهای اخیر شده است. در این کاربرد ها حسگرهای نوری برای گازهایی مانند متان، اسیتیلن، آمونیاک، دی اکسید سولفور، اکسیدهای نیتروژن و هیدروکربن ها و همچنین برای آشکارسازی مایعاتی همچون آب دریا، ایجاد شده اند. در زمینه حسگری فیبر نوری، فیبرهای کریستال فوتونی که دارای ساختاری متناوب از حفره های هوایی درون پوسته خود هستند درجه آزادی و انعطاف پذیری بالایی را در طراحی نشان داده اند. همچنین به علت وجود حفره های هوایی و امکان نفوذ نمونه های گازی یا مایع به درون حفره ها و برهم کنش آن ها با نور، طول برهم کنش افزایش می یابد و بدون نیاز به داشتن فیبرهای با طول زیاد حساسیت به طور چشم گیری افزایش می یابد. این پایان نامه بر روی طراحی و شبیه سازی حسگرهای جدید برمبنای فیبر کریستال فوتونی برای تحقق هم زمان حساسیت بیشتر و تلفات تحدید کم تر تمرکز می کند. روش المان محدود به علت دقت ثابت شده ی آن در تحلیل فیبرهای کریستال فوتونی، برای تحلیل پارامترهای حسگری استفاده شده است. سه طرح فیبر کریستال فوتونی هدایت نمایه به منظور افزایش حساسیت نسبی و کاهش تلفات تحدید پیشنهاد شده است. در دو طرح اول حفره ها در آرایش شش ضلعی و در طرح سوم در آرایش هشت ضلعی قرار گرفته اند. در طرح اول در طول موج µm 1.55 به حساسیت 55% و تلفات تحدید db/m 3-10×1.16 برای pcf پیشنهادی با فاصله میان حفره ای µm 1.6 رسیده ایم. هرچند میزان حساسیت بالا است اما ناحیه موثر مودی به علت فاصله کوچک بین حفره ای ، کم می شود. در طرح دوم نقص حلقه ای با شاخص بالا برای تحقق هم زمان حساسیت بالا و تلفات تحدید اندک به مرکز فیبر اعمال می شود. همچنین برای افزایش بیشتر میزان حساسیت از حفره های شش ضلعی به جای حفره های دایره ای در درونی ترین حلقه استفاده می شود. در طول موج µm 1.33 که در خط جذب متان قرار دارد به حساسیت نسبی 13.23% و تلفات تحدید db/m 6-10×3.77 دست یافته ایم. همچنین درشبیه سازی این طرح پاشیدگی ماده سیلیکا و شیشه ژرمانوسیلیکات را برای محاسبه دقیق تر شاخص موثر مود در نظر گرفته ایم. در طرح سوم از آرایش هشت ضلعی حفره های هوایی استفاده کرده ایم و برای ساختار بهینه به حساسیت نسبی 9.33% و تلفات تحدید db/m 4-10×6.8 در طول موج µm 1.5 رسیده ایم. همچنین برای طرح سوم اثر نوسانات 5%± قطر حفره های درونی ترین حلقه و حفره های قرارگرفته در لبه هشت ضلعی ها که در فرآیند ساخت بیشترین احتمال خطا را دارند را بررسی کرده ایم. فیبر پیشنهادی به علت حساسیت نسبی زیاد و تلفات اندک برای کاربرد در حسگری گاز بسیار سودمند خواهد بود.