توسعه ی سوئیچ های کاملاً نوری که در آن ها باریکه های خروجی به وسیله ی یک باریکه ی سوئیچ کننده ی ضعیفتر کنترل می شود با اهمیت می باشد. همچنین اگر باریکه های خروجی از باریکه های ورودی قوی تر باشند یک مزیت برای سوئیچ بشمار می رود. زیرا این خصوصیات سوئیچ را دارای قابلیت چیدمان آبشاری می نمایند، یعنی خروجی یک سوئیچ می تواند برای راه اندازی سوئیچ بعدی بکار برده شود. این خصیصه لازمه ی کاربرد سوئیچ در مدارات منطقی و عناصر کامپیوترهای کوانتومی است. در این پروژه به بررسی سوئیچ های کاملاً نوری که براساس کنترل طرح های نوری عرضی عمل می نمایند پرداخته شده است. بدین منظور از یک میکرومشدد نیم رسانا برای تولید طرح ها استفاده شده است. برای سوئیچ نمودن طرح های فضایی تولید شده در میکرومشدد نیم رسانا از یک اختلال فضایی از نوع مدولاسیون دامنه میدان ورودی استفاده شده است. رفتار حاملین در شکل گیری طرح های خودبخودی و سوئیچ زنی آن ها بررسی گردیده است. همچنین عملکرد سیستم در تولید طرح ها و سوئیچ زنی آن ها نسبت به تغییر مشخصه های فیزیکی سیستم مطالعه شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش طول کاواک محدوده ی دامنه های میدان ورودی مورد نیاز برای تشکیل طرح ها اندکی افزایش می یابد و همچنین برای سوئیچ زنی طرح ها به دامنه ی اختلال بسیار کوچکتری نیاز است. با افزایش حدود ده درصدی آهنگ بازترکیب غیرتابشی حاملین مشاهده می شود که محدوده ی دامنه های میدان ورودی مورد نیاز برای تشکیل طرح ها بالاتر می رود، البته کمترین دامنه ی اختلال لازم برای سوئیچ زنی و زمان سوئیچ زنی تغییر چندانی نمی یابد. با کاهش ضریب عبور آینه های کاواک نیز طرح ها در محدوده ی دامنه های میدان ورودی بالاتری تشکیل می شوند و همچنین متناسب با این کاهش دامنه ی اختلال مورد نیاز برای سوئیچ زنی طرح ها افزایش می یابد. در بررسی ضریب شکست متوجه شدیم که با کاهش ضریب شکست ماده ی نیم رسانا کمترین دامنه ی اختلال نسبت به حالت اولیه کاهش چشمگیری می یابد. مطالعه ی تأثیر نامیزانی کاواک نشان می دهد که افزایش ده درصدی نامیزانی کاواک موجب تشکیل طرح ها در محدوده ی دامنه های میدان ورودی پایین تری می شود و کاهش آن سبب عدم تشکیل طرح های منظم در زمان های مناسب می گردد.

سولیتون های کاواک، لکه های روشن ایستا و خود- جایگزیده ی شدت میدان الکترومغناطیسی هستند که بر روی یک زمینه همگن و ایستا، درون میکروکاواک حاوی ماده ی غیرخطی ظاهر می شوند. سولیتون های کاواک به دلیل خواص منحصر به فردشان، پتانسیل بالایی را در کاربردهای آینده در پردازش اطلاعات تمام نوری به عنوان بیت های نوری دارا می باشند، به همین دلیل در دهه های اخیر تحقیقات متعدد تئوری و تجربی در این زمینه انجام گرفته است. در اکثر این مطالعات، از تقریب حذف بی درروی پلاریزاسیون استفاده شده است. بنابراین، در نظر گرفتن پلاریزاسیون به صورت یک معادله ی جداگانه در معادلات حاکم بر دینامیک سیستم، سبب واقعی تر شدن مدل ارائه شده برای سیستم می شود. در این پایان نامه، در ابتدا معادلات تصحیح شده ی ماکروسکوپیک ماکسول- بلاخ بدون حذف بی درروی قطبش حاکم بر سیستم، به روش فرمول بندی ماتریس چگالی بدست آمده اند. سپس نقش پارامترهائی چون دمش الکتریکی بر حصول دوپایائی نوری و ناپایداری مدولاسیون (تورینگ)، بر اساس برازش مرتبه دوم منحنی بهره مورد بررسی قرار گرفته است. در مرحله ی بعدی الگوهای نوری با انتگرالگیری از معادلات توصیف کننده ی دینامیک مدل به روش محاسبه ی عددی موسوم به گام- مجزا و استفاده از تبدیل سریع فوریه در محاسبات مشتقات فضائی، برای چگالی های جریان تزریق %10 و %20 و %30 بالای آستانه ی لیزرزائی، شبیه سازی گردیدند. یکی از خواص منحصر بفردی که سولیتون ها نسبت به دیگر الگوهای نوری دارند، امکان ایجاد آرایه ای از سولیتون هائی است که بتوان هر یک را بطور مستقل کنترل (نوشتن و یا پاک کردن) کرد. در این پایان نامه همچنین کلیدزنی (روشن یا خاموش) سولیتون کاواک مورد بررسی قرار گرفته است.

قطعات اپتوالکترونیکی گالیوم نیتریدی می توانند در محدوده طیف وسیعی از مادون قرمز تا ماوراء بنفش نور گسیل کنند. نیمه هادی های نیتریدی گروه iii و آلیاژهای آنها، که به علت داشتن باند انرژی بزرگ دارای پایداری حرارتی بالا هستند، در گسیل های نوری، گذار نوری مستقیم دارند که بنابراین دارای پتانسیل لازم برای استفاده در قطعات با توان و بهره بالا می باشند. وقتی که قطعات نوری در شرایط نایکسان قرار می گیرند، دمای محیط تغییر می کند. از آنجایی که توزیع حاملین، نقاط نقص، انتشار حاملین و بسیاری متغیرهای دیگر وابسته به دما هستند. اثر دما بر روی مشخصه های دیود نور گسیل بسیار مهم است، با این وجود مطالعات محدودی در این زمینه صورت گرفته است. برای بررسی این اثرات، باید تأثیر تغییرات دمایی بر روی خواص نوری و الکتریکی دیودهای نور گسیل مورد مطالعه قرار گیرد. در این پایان نامه، یک دیود نور گسیل نیتریدی با ساختار نامتجانس برای بررسی در نظر گرفته شده است، به طوری که در گذار از تراز پایه ی الکترون به تراز پایه ی حفره، نور گسیل شده در محدوده ی بنفش است. ناحیه ی فعال این دیود شامل 3 سد و 2 چاه کوانتومی می باشد. با استفاده از روش های عددی تفاضل محدود و نیوتون-رافسون، معادلات لازم برای شبیه سازی ناحیه ی فعال دیود نور گسیل به صورت الگوریتم خودسازگار محاسبه شدند. پس از شبیه سازی پارامترهایی از جمله بازترکیب نوری، بازترکیب غیر نوری و بهره ی کوانتومی داخلی به دست آورده شدند. با تغییر دما، تغییرات قابل ملاحظه ای در پارامترهای به دست آمده مشاهده شد. با افزایش دما، بازترکیب نوری و غیر نوری افزایش می یابند اما بهره ی کوانتومی داخلی افت پیدا می کند.

ترکیب و تقسیم طول موجی سیگنال های نوری، باعث افزایش حجم اطلاعات مخابره شده در شبکه های انتقال اطلاعات می گردد. توری موجبر آرایه ای(awg) به علت خواص ویژه ای مانند تلفات کم، پایداری بالا و قیمت پایین یکی از قطعات بسیار مورد توجه در سیستم های ترکیب و تقسیم طول موجی می باشد. جداکننده های طول موجی awg بر پایه موجبرهای دفنی سیلیکایی سالها به صورت تجاری مورد استفاده بوده است. با توسعه فناوری نانو می توان موجبرهای نوری مورد نیاز در awg را، با کیفیت خوبی با استفاده از نانوسیم های سیلیکنی یا همان سیم های فتونیکی ساخت. ما در این پایان نامه به مطالعه و بررسی روی چنین awgهایی پرداخته ایم. بعد از مطالعه کافی سیستم های سیلیکایی متداول، به عنوان ارائه یک کار نوین، یک awgی 4 کاناله طراحی شده است که به علت بهره بردن از نانو سیم های سیلیکنی مارپیچی و استفاده از چینش مناسب موجبرهای مارپیچی، دارای تراکم خیلی بالا و فاصله کانالی 0.2 نانومتر می باشد که نسبت به نمونه های قبلی خواص بهتری دارد. در مرحله بعدی پایان نامه، رفتار یک awg سیلیکایی در دو باند طول موجی به صورت هم زمان بررسی شده است و نهایتاً توانسته ایم سیستمی را طراحی کنیم که دارای دو طول موج مرکزی می باشد و برخلاف سیستم های متداول قبلی، می تواند در دو باند طول موجی به کار گرفته شود. این awg در یک رژیم دارای 16 کانال و در رژیم دیگر دارای 27 کانال می باشد. با الهام از بخش قبلی سعی شده است، awgی فوق متراکمی با استفاده از نانوسیم ها طراحی شود که قابلیت عملکرد در دو باند را داشته باشد که توانسته ایم یک سیستم با دو رژیم کاری 4 کاناله و 7 کاناله ارائه کنیم. در مرحله نهایی این پایان نامه سعی شده است، تأثیر هندسه نانوسیم سیلیکنی روی عملکرد جداکننده طول موجی مورد بررسی قرار گیرد. به همین منظور نانوسیم هایی با شکل های سطوح مقطع گوناگون در نظر گرفته شده است و بعد از محاسبه مد اصلی، ضریب شکست موثر و اتلافات خمشی برای آن ها و بررسی رفتار کوپل شدگی اشان، از آن ها در طراحی awg استفاده کرده ایم. نهایتاً با توجه به شبیه سازی هایی که توسط روش های مختلف تفاضل محدود انتشار پرتو نوری صورت گرفته، مشاهده شده است که awgهای دارای موجبرهای با سطوح مقطع به ترتیب، مستطیلی، گنبدی و ذوزنقه ای شکل، جوابدهی طیفی بهتری نسبت به سایر سیستم ها دارند. در تمامی مراحل شبیه سازی این پایان نامه، اعم از بررسی رفتار نور در داخل سیستم مورد نظر، مطالعه نحوه انتشار آن در شرایط گوناگون و نیز محاسبه مدهای اصلی و ضرایب شکست موثر برای موجبرها از روش تفاضل محدود انتشار پرتو نوری بهره جسته ایم.

نقاط کوانتومی iii-n وورتساید، دارای خصوصیات عجیبی از جمله جرم موثر الکترون بالا می باشند، که باعث کاهش موبیلیتی میدانی نسبت به ساختارهای gaas در آن ها می شود، دارای پیک سرعت الکترون بیشتر، سرعت اشباع بالاتر، باند گاف بزرگتر و پایستگی حرارتی بالاتری می باشند ولی همچنان از کمبود اطلاعات در مورد پارامترهای بنیادی ماده رنج می برند. با توجه به اینکه دارا بودن آشکارپذیری قابل توجه در دماهای بالاتر از دمای برودتی، بسیار حائز اهمیت می باشد، لذا تلاش کردیم تا محاسباتی را که، رفتار پارامترهای آشکارسازی را در مورد دو آشکارساز مادون قرمز نوری، تعیین می کنند، با در نظر گرفتن عوامل محدود کننده عملکرد آن ها در دماهای بالا انجام دهیم.در ساختار اول آشکارساز نقطه کوانتومی با هسته مکعبی شکل را در نظر گرفتیم و در ساختاردوم آشکارساز مادون قرمز نقطه کوانتومی طول موج بلند در نظر گرفته شده است و با حل معادله شرودینگر برای هر دوی آن ها، ویژه توابع، ویژه مقادیر، قدرت نوسان کنندگی و سایر پارامترهای فیزیکی محاسبه شده است. سپس پارامتر های آشکار سازی همانند، پاسخ دهی، جریان تاریکی و آشکارپذیری با درنظر گرفتن وابستگی دمایی آن ها، بصورت دقیق محاسبه شده اند. رفتار وابسته به دمای، پاسخ دهی و جریان تاریکی برای بایاس های اعمالی مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. آشکارپذیری ویژه به عنوان عدد شایستگی در نظر گرفته شده و پیک آن برحسب دما محاسبه شده است. ملاحظه می شود که بطور چشمگیری می توان آشکارپذیری، در طول موج معین این ابزارها را،با استفاده از این مواد افزایش داد. در ساختار دوم برای بهبود جریان تاریکی و آشکارپذیری ویژه، لایه ای پوششی پیشنهاد شده است.

در این پایان نامه، دو مدل برای محاسبه ی ظرفیت کوانتومی در نانو ساختارهای نیتریدی ارائه شده است. اولین مدل بر پایه ی استفاده از چگالی حالات برای محاسبه ی ظرفیت کوانتومی در ساختار نیتریدی متشکل از ابرشبکه gan/aln و لایه نقاط کوانتومی inn می باشد. که وجود نقاط کوانتومی خود را به صورت یک پیک در نمودارهای ولتاژ- ظرفیت نشان می-دهد. اثرات دما، تعداد نقاط کوانتومی، تراز انرژی محبوس شده در نقاط کوانتومی و پراگندگی تراز انرژی نقاط کوانتومی بر روی ظرفیت الکتریکی بررسی شد. نتایج نشان می دهند، تراز انرژی بالاتر وافزایش دما سبب کاهش ظرفیت و افزایش تعداد نقاط کوانتومی سبب افزایش ظرفیت در این ساختارها در یک بازه ولتاژ می گردد. همچنین افزایش یا کاهش پراگندگی تراز انرژی نقاط کوانتومی روش مناسبی برای بررسی ظرفیت کل ساختار نمی باشد. دومین مدل بر پایه ی حل خودسازگار معادلات پواسن و شرودینگر برای محاسبه ی ظرفیت کوانتومی در ساختار نیتریدی متشکل از لایه ی چاه کوانتومیgan که ما بین دو لایه ی سد پتانسیل al0.2ga0.8n ساندویج شده است، می باشد. ظرفیت چاه کوانتومی به ازای یک پهنای معین چاه کوانتومی در یک بازه ی ولتاژ، مقداری ثابت بدست آمد. همچنین اثرات تغییر پهنای چاه کوانتومی بر روی انرژی دو تراز پایه ی انرژی در داخل چاه کوانتومی، چگالی الکترونی و بار تجمع یافته در لایه ی فصل مشترک gan و نیز بر روی ظرفیت کوانتومی بررسی شد. نتایج نشان می دهند که با افزایش پهنای چاه تمامی این پارامترها و از جمله ظرفیت کوانتومی در یک بازه ی ولتاژ کاهش می یابند.

در سالهای اخیر مواد نیتریدی کاربردهای بسیار ارزنده ای در صنعت الکترونیک? اپتوالکترونیک?صنایع نظامی و... پیدا کرده اند. از این میان? ساختارهای نامتجانس نیتریدی بخصوص بسیار مورد توجه بوده اند. از خواص مواد نیتریدی بخصوص که چاه های کوانتومی آنها مورد توجه در این پایان نامه می باشد، می توان به بزرگ بودن و مستقیم بودن گاف انرژی ?رسانندگی حرارتی خوب و سرعت اشباع الکترونی بالا اشاره کرد که این خواص باعث مزیت هایی چون ولتاژ شکست بالا? ایجاد نویز کمتر ? پایداری حرارتی خوب و کاربرد در دماهای بالا می گردد. ما در این پایان نامه بعد از معرفی ترانزیستورهای لیزری ، با استفاده از روش تفاضلات متناهی به عنوان روش حل عددی دقیق، و در نظر گرفتن اثرات قطبش خود به خودی و پیزو الکتریک برای ساختار مورد بحث ، کمیت های میکروسکوپیک مورد نیاز برای مدلسازی ترانزیستورهای لیزری را به دست آوردیم. در قسمت نهایی این پایان نامه حالت پایا و حالت گذرا بدون در نظر گرفتن تاثیرات بیس و همچنین با در نظر گرفتن تاثیرات بیس را تحلیل کردیم . و سپس مدولاسیون فرکانس بالای ترانزیستور لیزری در تقریب سیگنال کوچک را بررسی کردیم .

مطالعات نشان می دهند که حذف بی در روی پلاریزاسیون در معادلات دینامیکی میکرو مشددها باعث بوجود آمدن پدیده های غیرفیزیکی غیرقابل توجیه و ناپایداری سیستم می شود. برای غلبه بر این ناپایداریها وابستگی قطبش به کمیت هایی همچون چگالی حاملین و میدان الکتریکی مورد مطالعه و معادله مربوط به قطبش به معادلات دینامیکی میدان و حاملین اضافه شد. در معادلات مربوطه جهت واقعی تر کردن مدل برازش مرتبه ی دوم منحنی بهره انجام گرفته و ضریب آن وارد محاسبات شده است. در این پروژه ضمن تولید سالیتونهای کاواک در چنین میکروکاواک هایی، روش سوئیچ زنی سالیتونها مورد مطالعه قرار گرفته و این روشها با هم مقایسه می شوند تا بهترین روش جهت روشن و خاموش کردن سالیتونها ارائه گردد. دو روش سوئیچ زنی در این پروژه مطرح شده، همدوس و ناهمدوس، که دینامیک هرکدام جداگانه مورد بررسی قرار گرفته است و شاخه های سالیتونی برای جریانهای تزریق 10 و 30 درصد بالای آستانه شبیه سازی شده است. از آنجائیکه اساس کار گیت های منطقی بر پایه ی سوئیچ زنی استوار است، در این پایان نامه با استفاده از روش سوئیچ زنی همدوس به طراحی و شبیه سازی گیت های تمام نوری and و or بر پایه سالیتونهای کاواک مبادرت شده است. بعلاوه، حرکت سالیتونهای کاواک نیز که می تواند کاربردهای متنوعی داشته باشد بررسی شده است.

طی سال های اخیر استفاده از آشکارسازهای مادون قرمز حرارتی به خاطر سهولت ساخت و حساسیت مناسب آن، مورد توجه خاصی قرار گرفته است. یکی از مناسب ترین این آشکارسازها میکروبالومترها هستند که کاربردهای روز افزونی در صنایع نظامی و غیر نظامی پیدا کرده اند. کیفیت کارکرد این آشکارسازها وابستگی شدیدی به پارامترهای ساختاری آن دارد به طوری که با شناخت و انتخاب بهینه این پارامترها می توان کارایی این آشکارسازها را تا حد قابل توجهی افزایش داد. در این طرح ضمن بررسی دقیق فیزیک این ساختارها، نحوه مدل بندی آن ها برای پیش بینی عملکرد آشکارساز میکروبالومتر مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش ضمن ارائه مدل های متفاوت برای ساختار های مختلف میکروبالومتر، رسانش حرارتی تابشی با استفاده از قانون استفان-بولتزمن و قانون تابش جسم سیاه پلانک نیز مد نظر قرار گرفته است. علاوه بر آن، با معرفی پارامتر فیدبک حرارتی و مدار معادل حرارتی در مدل بندی این ادوات، گامی موثر در افزایش دقت پیش بینی کارایی میکروبالومترها برداشته شده است. در نظر گرفتن وابستگی دمایی پارامترهای ظرفیت حرارتی، ضریب دمایی مقاومت و رسانش حرارتی پایه های نگه دارنده؛ نتایج مدل بندی را بیش از پیش به گزارشات تجربی نزدیک کرده است. توجه به ساختار محفظه آشکارساز در مدل بندی عملکرد میکروبالومترها این امکان را فراهم کرده است تا علاوه بر مد نظر قرار دادن تأثیر آن بر روی کارایی میکروبالومترها، توانایی بهینه سازی این ساختار برای دست یابی به آشکارپذیری بیشتر فراهم شود. بر این اساس با در نظر گرفتن تغییرات دمایی کلیه پارامترها، محاسبه تبادلات انرژی تابشی با استفاده از قانون تابش جسم سیاه پلانک و در نظر گرفتن یک ساختار نوعی برای محفظه آشکارساز، یک آشکارپذیری ویژه به میزان d*= 5.86×108 cm.hz1/2.w-1 برای یک میکروبالومتر با ماده حساس vo2 به دست آمده است که از توافق مناسبی با گزارش های تجربی برخوردار است. در این محاسبات نوفه فونونی به عنوان اصلی ترین نوفه موثر در میکروبالومترها، مد نظر قرار گرفته است.

در این پایان نامه ترابرد کوانتومی در دو ساختار گرافینی بالیستیک مطالعه می شود. ابتدا به بررسی اتصالات نامتجانس نرمال-ابررسانا-نرمال گرافینی می پردازیم. همدوسی ابررسانایی باعث می شود در فرود الکترون از ناحیه نرمال اول به مرز اتصال با ابررسانا، علاوه بر پراکندگی (ترابرد) به صورت الکترون به ناحیه نرمال دوم (تونل زنی الکترونی)بازتاب ضربی اندریو (پراکندگی به صورت حفره به ناحیه نرمال دوم) نیز صورت بگیرد. در سیستم های پخشی متداول غیر گرافینی، دامنه تونل زنی الکترونی با دامنه بازتاب ضربی اندریو برابر است. از طرفی در یک گرافین خالص، که در آن انرژی فرمی در نقاط دیراک قرار دارد، رفتار ترابردی شبه پخشی برای حامل های بار مشاهده می شود. ما با در نظر گرفتن لایه های نازک گرافین خالص در ساختار نرمال-ابررسانا-نرمال گرافینی نشان داده ایم که در این ساختار، دامنه بازتاب ضربی اندریو با دامنه تونل زنی مستقیم الکترونی برابر است که این نتیجه تاییدی دیگر بر ترابرد الکترونی شبه پخشی در نقاط دیراک است. در قسمت دوم پایاننامه به شبیه سازی عددی ساختار ترانزیستور اثر میدانی بر روی نانونوار گرافینی بر اساس فرمول بندی توابع گرین غیر تعادلی پرداخته ایم. ابتدا ترانزیستور با ساختار را که حامل های بار در نواحی سورس، درین ( ) و کانال ( ) ترانزیستور، از نوع الکترونی هستند را مدل کرده جریان حالت روشن با پارامترهای مختلف طول کانال و مقدار ناخالصی الکترودهای سورس و درین را به دست آورده ایم (علامت به معنی ناخالصی زیاد است). در ادامه ساختار را که در آن حامل های بار نواحی سورس و درین ( ) از نوع حفره ای هستند، بررسی کرده جریان کانال را مطالعه کرده ایم. این ساختار بر اساس تونل زنی حامل ها ی الکترودهای نوع از مان کانال نوع کار می کند. به خاطر تقارن نوار انرژی رسانش و ظرفیت در گرافین، تونل زنی بین-نواری به راحتی صورت گرفته جریان خروجی بزرگی از مرتبه جریان ساختار (میکروآمپر) به دست می دهد. همچنین در این ساختار، اثرات گسستگی ترازهای انرژی در کانال محدود شده توسط سدهای در محل اتصال با سورس و درین، باعث تونل زنی تشدیدی از میان کانال می شود و جریان نوسان کننده با ولتاژ گیت اعمالی به دست می دهد. این نوسان ها نواحیی با رسانش دیفرانسیلی منفی که اساس کار الکترونیک بسامد بالا است فراهم می کند.

یکی از جالبترین نوع نیمرسانا ها نقاط کوانتومی هستند که امکان مطالعه ی محدودیت سه بعدی حاملین بار را فراهم آورده است. بر خلاف چاههای کوانتومی و سیم های کوانتومی طیف انرژی نقاط کوانتومی کاملا گسسته است. نقاط کوانتومی مدل های خوبی برای بررسی خواص فرمیونی مواد و تئوری های کوانتومی هستند. چنین به نظر می رسد که این نقاط نسبت به اتم ها بسیار انعطاف پذیرند و شامل هسته داخلی نیستند بنا براین می توانند تعداد زیادی ازالکترونها را در خود محدود کنند. ابعاد نقاط کوانتومی بسیار بزرگترازثابت شبکه می باشد اما قابل مقایسه با طول موج دوبروی الکترون است. بنابراین حرکت حامل بار در رژیم کوانتومی بررسی می شود. طول موج دوبروی بستگی به جرم موثر حامل بار و دما دارد.

بلورهای فوتونی ساختارهای دی الکتریک متناوب هستند که بطور مصنوعی ساخته می شوند و در تشابه با نیمه هادی ها دارای یک ناحیه ی ممنوعه ی فرکانسی می باشند. انتشار امواج در این ناحیه که به گاف نواری فوتونی معروف است ممنوع می باشد. همانطور که در بلورهای معمولی، تناوب پتانسیل شبکه باعث ایجاد باندهای مجاز و ممنوع انرژی برای الکترونهای سیستم می شود، در بلورهای فوتونی نیز تناوب در مواد دی الکتریک و ضریب شکست باعث بوجود آمدن نواحی مجاز و ممنوع فرکانسی برای انتشار نور در این سیستمها می گردد. اگر تفاوت ضریب دی الکتریک بین مواد بلور فوتونی به قدر کافی بزرگ و جذب نور توسط آنها حداقل باشد، در نتیجه شکست و بازتاب نور از تمام صفحات مشترک همان پدیده ای را برای فوتون ایجاد می کند که پتانسیل اتمی برای الکترون. در نتیجه بلورهای فوتونی نیز همانند نیمرساناها دارای گاف نواری فوتونی می باشند. شکل هندسی بلور فوتونی و اختلاف ثابتهای دی الکتریک، خواص اپتیکی آن را معین می کنند. با تغییر این دو پارامتر می توان نواحی مجاز و ممنوع فرکانسی را برای انتشار نور تغییر داد. بلورهای فوتونی به خاطر خواص فیزیکی جدید و کاربردهای بالقوه شان از دهه گذشته مورد توجه زیادی قرار گرفته اند و هر ساله هزاران مقاله با عنوان یا واژه کلیدی بلور فوتونی منتشر می شود. بررسی خواص فیزیکی و چگونگی کاربرد بلورهای فوتونی مستزم شناخت ساختار باند آنها و بررسی نحوه ی انتشار امواج الکترومغناطیسی در آنها می باشد. ساده ترین شکل بلور فوتونی یک ساختار یک بعدی متناوب مانند یک فیلم چندلایه ای است. انتشار امواج الکترومغناطیسی در چنین سیستمهایی ابتدا توسط لرد رایله در سال 1887 مطالعه شد. وی نشان داد که این سیستمها دارای یک گاف نوری هستند. ساختارهای اپتیکی متناوب دو بعدی و سه بعدی، بدون گاف نواری، بصورت محدود در دهه های هفتاد و هشتاد قرن بیستم مورد مطالعه قرار گرفتند. تا یکصد سال بعد از زمان لرد رایله امکان وجود بلورهای فوتونی دو و سه بعدی با گاف نواری مورد توجه قرار نگرفت تا اینکه در سال 1987 ایلی یابلونوویچ و ساجیوجان بطور مستقل این ساختارها را معرفی کردند. واژه بلور فوتونی نیز در سال 1989 توسط یابلونوویچ و طی مقاله ای در شماره 63 مجله prl نامگذاری شده و همچنین در این مقاله ساخت موفقیت آمیز یک گاف نوار فوتونی اعلام گردید[2]. اهمیت بلورهای فوتونی و کاربرد آنها: جایگزینی الکترون کند توسط فوتونهای سریع به عنوان حاملین اطلاعات باعث افزایش چشمگیر سرعت در حوزه ی عمل سیستمهای ارتباطی و متحول شدن صنعت ارتباطات خواهد شد. بلورهای فوتونی می توانند کاربردهای فراوانی نظیر موجبرها، میکروکاواکها، آنتن ها و همچنین آینه های فیدبک داشته باشند. به تله اندازی و هدایت نور توسط موجبرها و کاواکهای مشدد، دو پارامتر مهم اپتیکی هستند که باعث ساخت تعداد زیادی از ادوات نوری می شوند. بلورهای فوتونی دو بعدی به علت هندسه ی متنوعشان قابلیت تنظیم دقیق و مجتمع سازی کاواکها و موجبرها را بر حسب پارامترهای مختلف امکان پذیر می سازند. قبل از معرفی کاواکهای بلور فوتونی، ابتدا در مورد یک پارامتر مهم که معیار ارزیابی کاواکها قرار می گیرد اشاره ای خواهیم داشت. باید گفت که در اثر برخورد نور با دیواره های داخلی یک کاواک، مقداری از توان نور در هر دوره ی چرخش تلف شده و باعث کم شدن طول عمر نور درون کاواک می شود. ضریب کیفیت کاواک را بصورت زیر تعریف می کنیم که متناسب با طول عمر نور درون کاواک می باشد. ضریب کیفیت عبارتست ازنسبت انرژی محدود شده درون کاواک به میزان اتلاف انرژی در هر رفت و برگشت درون کاواک در فرکانس تشدیدی. یک کاواک ایده آل کاواکی است که دارای اتلاف ناچیز باشد یا بعبارت دیگر بتواند نور را بطور نامحدود به تله بیاندازد. بنابراین باید دارای ضریب کیفیت نامحدود باشد. در نتایج تجربی بالاترین و بیشترین مقدار این ضریب برای سیلیکا (در حدود 9^10) بدست آمده است [3-4]. امکان تولید کاواکها موجبرها در بلور فوتونی کمی بعد از ایجاد اولین گاف نواری دو بعدی مطرح شد. در سال 1994 مید و همکاران در مقاله خود بیان کردند که با تغییر ساده در بلور فوتونی می توان در این ساختارها کاواک و موجبر ساخت[3-5]. بوسیله ایجاد یک نقص نقطه ای در بلورهای فوتونی می توان یک کاواک بلور فوتونی ایجاد کرد. این نقص که با برداشتن یک میله از شبکه، قرار دادن میله ای از جنس یا شعاع متفاوت به جای یکی از میله های اصلی و غیره ایجاد می شود، باعث می گردد که شبکه از حالت تناوبی خارج شود. ایجاد نقص در بلورهای فوتونی باعث ایجاد یک حالت موضعی و یا یک تراز فرکانسی در داخل ناحیه ممنوعه می شود. از آنجایی که بلور فوتونی برای فرکانسهای در محدوده گاف فوتونی همانند یک آینه ی کامل رفتار می کند، مدهای نوری که دارای فرکانسی در محدوده ی گاف فوتونی هستند در داخل این کاواک به تله می افتند. در واقع نقص برای این فوتونها حکم یک چاه انرژی را دارد که باعث ایجاد شدت میدان قوی درون کاواک می شود. بعلت بازتاب کامل نور گیر افتاده توسط دیواره های کاواک، اتلاف بسیار ناچیز است. بنابر این یکی از ویژگیهای بارز کاواکهای بلور فوتونی ضریب کیفیت بالای آن می باشد. همانطور که گفتیم شکل هندسی و اختلاف ثابتهای دی الکتریک بلور فوتونی، خواص نوری آن را تعیین می کند. اگر به وسیله ی اعمال یک نیروی خارجی بتوانیم شکل بلور فوتونی را تغییر دهیم، یقینأ خواص نوری آن تغییر خواهد کرد. در اینجا هدف ما پیدا کردن تغییرات ضریب کیفیت کاواک طراحی شده با بلور فوتونی به واسطه ی نیروی اعمالی خارجی است. این بررسی می تواند در ساخت سنسورهای بلور فوتونی حساس به نیروی خارجی با اهمیت باشد. در واقع میتوان گفت که این سنسورها بعلت حساسیت نسبتأ بالایی که دارند، می توانند کارایی زیادی در صنعت ( بخصوص صنعت خودرو سازی و صنایع غذایی) و همچنین در کارهای پزشکی و غیره داشته باشند.

گرافین از اتم های کربنی تشکیل شده است که به صورت هگزاگونال در یک صفحه قرار گرفته اند که به خاطر سهولت ساخت و خواص منحصربفرد مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. گرافین در انواع مختلف تک لایه، دولایه و چندلایه وجود دارد ساختار باندی گرافین تک لایه فاقد گاف انرژی است. نانونوارهای گرافینی صفحات گرافینی با عرض محدود هستند و به دو نوع زیگزاگی و آرمچیر تقسیم می شوند. ما در این پایان نامه به بررسی خواص غیرخطی نوری در نانونوار های گرافینی می پردازیم. این ساختار ها با توجه به شرایط فیزیکی اعمالی خواص فلزی و نیم رسانایی از خود نشان می دهند. در ابتدا با تبدیل صفحه ی گرافینی به نانونوار گرافینی گاف انرژی در این سیستم ایجاد کرده ایم سپس پاسخ نوری صفحه ی گرافینی و نانونوار گرافینی را تحت میدان خارجی اعمالی مورد بررسی قرار داده ایم و در نهایت پاسخ نوری غیرخطی نانونوار گرافینی با لبه ی آرمچیر را مورد بررسی قرار داده ایم. به منظور بررسی اثرات غیرخطی نوری، پذیرفتاری غیرخطی نوری مرتبه سوم را با در نظر گرفتن تقریب دو باندی حساب کرده ایم نتایج نشان می دهد که نانونوار های آرمچیر پذیرفتاری غیرخطی مرتبه سوم بسیار بالایی برای طول موج های مادون قرمز نزدیک از خود نشان می دهند (از مرتبه ی ?10?^(-7) (esu) ) که ?10?^8 بار بزرگتر از پذیرفتاری غیرخطی مرتبه سوم مواد عایق است این تفاوت فاحش بین پاسخ غیرخطی نانونوار های گرافینی با لبه ی (a-gnr ) و مواد عایق به گذار بین باندی در a-gnr و تشدید در گاف های انرژی برمی گردد. همچنین پذیرفتاری مرتبه سوم بین باندی با افزایش عرض نانونوار(کاهش گاف نواری) افزایش می یابد.

تعداد قابل توجهی از مسائل ارزشمند علوم و مهندسی قابل بیان به شکل یک مساله بهینه سازی روی دسته تجدید آرایش های یک تابع هستند. چنان که می دانیم مقادیر ویژه بسیاری از معادلات دیفرانسیل پاره ای دارای تعبیر فیزیکی خاصی هستند. بهینه سازی این مقادیر ویژه روی دسته تجدید آرایش های یک تابع مفروض، پاسخ برخی از مسائل مهم فیزیکی است. در این رساله به دنبال مدل سازی یک مساله فیزیکی به صورت یک مساله بهینه سازی روی دسته تجدید آرایش های یک تابع، متناظر با یک مساله مقدار ویژه هستیم. برای پاسخ به مساله فیزیکی، وجود و یکتایی جواب ها و خواص ریاضی و فیزیکی آن ها مورد بررسی قرار خواهند گرفت. به عنوان نمونه حالت های انرژی در یک نقطه کوانتومی در مقیاس نانو توسط معادله شرودینگر مربوطه مدل سازی می شود. در بعضی حالات معادله شرودینگر حاکم بر ساختار کوانتومی به صورت غیر خطی به مقدار ویژه که همان انرژی ذره است، وابسته می باشد. در این مورد، وجود نقطه کوانتومی با اندازه ثابت و ماده همسان چنان که انرژی حالت پایه کمینه گردد، منجر به بررسی وجود جواب یک مساله بهینه سازی روی دسته تجدید آرایش های یک تابع می شود. وجود جواب برای چنین مساله ای ثابت می شود. همچنین یکتایی جواب و خواص هندسی جواب در حالتی که دامنه مساله یک گوی است بررسی می گردد.

در این پایان نامه برای محاسبه طول عمر و طول پخش حاملین اقلیت ابتدا نیاز داشتیم تا میزان تراکم حاملین اقلیت را در هر نقطه بدست یباوریم ، بدین منظور معادلات پیوستگی و پواسون را بطور همزمان و با استفاده از حل عددی به روش رانگ کوتای مرتبه ی چهاروبا در نظر گرفتن شرایط مرزی حل کردیم . نمودار تراکم حاملین اقلیت را بر حسب فاصله بدست آوردیم . سپس با استفاده از نمودار بدست آمده چگالی جریان حاملین اقلیت را بدست آوردیم . و با استفاده از معادله پیوستگی حاملین اقلیت و قرار دادن تراکم حامل اقلیت و چگالی جریان ، طول عمر حاملین اقلیت و در نهایت طول پخش حاملین اقلیت محاسبه شد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با افزایش طول سلول خورشیدی ، تراکم حامل اقلیت کاهش یافته و احتمال رسیدن حاملها به انتهای قطعه و برقراری جریان کاهش می یابد. همچنین با افزایش میزان آلایش در نیمرسانای مورد استفاده ،طول عمر حاملین اقلیت کاهش می یابد. همچنین با افزایش میزان تولید نوری که معیاری از میزان تابش نور خورشید است ، طول عمر حاملین اقلیت افزایش می یابد. با افزایش سرعت باز ترکیب سطحی ، طول عمر کاهش می یابد. و با افزایش ولتاژ ، طول عمر کاهش می یابد.

افزاره‎های نورگسیل پولاریتونی، نسل جدیدی از ادوات اپتوالکترونیکی محسوب می‎شوند که شامل دیود‎های نورگسیل پولاریتونی و لیزرهای پولاریتونی می‎باشند. در سال‎های اخیر، گزارش‎های ارایه شده توسط گروه‎های تحقیقاتی مختلف نشان داده که این افزاره‎ها خصلت‎های جالبی را دارا می‎باشند. به عنوان مثال، برای مشاهده فرآیند لیزینگ در لیزرهای پولاریتونی، نیازی برای رسیدن به شرایط وارونگی جمعیت نیست. این پدیده، مهمترین ویژگی لیزرهای پولاریتونی می باشد که آنها را نسبت به لیزرهای نیم‎رسانای رایج متمایزکرده است. میکروکاواک های حاوی چاه ها و یا نقاط کوانتومی نیم رسانا، تشکیل سیستم های آزمایشگاهی ای را می دهند که به منظور مطالعه فیزیک پولاریتون ها بسیار مناسب هستند. اکسایتون-پولاریتون شبه ذره‎ای است که از تزویج قوی نور با اکسایتون بوجود می‎آید و آنرا به اختصار پولاریتون گویند. انرژی رابی، شکافتگی بوجود آمده بین شاخه های پولاریتونی در رژیم تزویج قوی است. هدف این پایان نامه، بررسی اثر پتانسیل خارجی بر روی انرژی رابی، با در نظر گرفتن یک نانو ساختار تعبیه شده در داخل بازتابنده‎های براگ، می‎باشد. نانو‎ساختار در نظر گرفته شده در این پایان‎نامه یک چاه کوانتمی می‎باشد که بایاس خارجی مستقیما به دو سر چاه اعمال می‎شود. پارامتر‎های مهم در فرآیند گسیل نور از حالت‎های پولاریتونی در رژیم تزویج قوی در میکروکاواک نیمرسانا را مورد مطالعه قرار می دهیم. پیش بینی می شود، با استفاده از موادی که دارای گاف انرژی بزرگتری هستند، به دلیل بزرگ تر بودن انرژی اکسایتون‎ها در آنها، بتوان به مقادیر انرژی رابی بزرگتری دست یافت. پولاریتون‎های تجمع یافته در شاخه پولاریتونی پایین، پس از گذراندن طول عمرشان، به صورت یکجا واپاشی کرده و منجر به گسیل نور می شوند. با مهندسی ساختار هندسی مناسب و استفاده از مواد کارآمد، از این افزاره می توان به عنوان منبع تولید نور تراهرتز استفاده کرد.

اکثر سلولهای خورشیدی ای که در دنیا به کار برده می شوند، از مواد معدنی مانند si (سیلیکون) ساخته می شوند. ولی دلایل عمده ای از جمله هزینه ساخت بالا و فرآیند دشوار ساخت سلولهای خورشیدی از مواد معدنی، دانشمندان را بر آن داشته است که توجهشان را به سمت مواد دیگری معطوف کنند که توانایی کاربرد در سلول های خورشیدی را داشته و مشکلات سیلیکون را نداشته باشد. به نظر می رسد مواد آلی بهترین کاندیدا برای این منظور باشند. سلولهای خورشیدی آلی از انواع جدیدترین نوع سلول ها هستند که هم هزینه ساخت پایین تری دارند و هم فرآیند ساخت آنها نسبت به مواد معدنی راحتتر است. هم چنین به نظر می رسد استفاده از فناوری نانو و بهره گیری از نانو ذرات در ساختار سلولهای خورشیدی آلی، موجب افزایش بازده و بهره وری آنها بگردد. در این پایان نامه، ابتدا اقدام به سنتز نقاط کوانتومی نیمرسانای cdse مورد استفاده در ساختار سلول خورشیدی مورد نظر پرداخته شده است، سپس در ادامه کار ساخت یک سلول خورشیدی وارون در دستور کار قرار گرفته است. به دنبال آن، به بررسی روشهای مختلف شبیه سازی سلولهای خورشیدی نانوساختار اقدام گردیده است که از قبل آن بتوان نحوه تاثیر نقاط کوانتومی مورد نظر در عملکرد سلول خورشیدی آلی را مورد بررسی قرار داد.

در این پایان نامه به بررسی اثرات ساختاری بر روی دیود های نور گسیل مواد ganمی پردازیم که ساختار آنها به صورت توالی algan/gan/algan می باشد. هدف ما این است که به تاثیراتی که ساختار دیود نور گسیل روی نرخ گسیل خودبخودی دارد پی ببریم. زیرا افزایش نرخ گسیل به ما گمگ خواهد کرد که ledهایی با بهره نوری بالا داشته باشیم. پس در ابتدا به بررسی نیم رسانا ها و اتصالات نامتجانس پرداخته و سپس در مورد چاههای کوانتومی و سد کوانتومی صحبت می کنیم.آنگاه به بررسی ساختمان led و روش کار آن می پردازیم. به معرفی انواع دیودهای نورگسیل می پردازیم. فرمول های مربوط به نرخ گسیل ، بهره و جذب را استخراج می کنیم. در نهایت المان ماتریسی را می یابیم و با توجه به فرمول های به دست آمده به بررسی اثرات تغییر پهنای چاه ، تغییر پهنای سد، دو گانه کردن چاه و این که متقارن بودن چاه چه تاثیری در نتایج دارد، می پردازیم و در آخر به بررسی اثرات مولاریته آلومینیوم در پتانسیل می پردازیم.

درچند سال اخیر تحقیقات زیادی در زمینه آشکارسازهایی که دارای ساختار ابرشبکه ای هستند صورت گرفته است، دلیل این امر هم ساختار خاص ابرشبکه ها است که قابلیت آشکارسازی طول موجهای بلند را می دهد. این محدوده طول موجی، برای کاربردهایی از قبیل دید درشب، دید از میان مه، و کاربردهای پزشکی حائز اهمیت می باشد. لذا با توجه به اینکه بالا بردن کارآیی آشکارسازهای ابرشبکه ای،کارکرد آنها را بخصوص در طول موجهای بلند بهبود می بخشد، شناخت مکانیسم هایی که باعث افزایش و یا کاهش کارآیی در این نوع از آشکارسازهای می شود مهم و ضروری است. در این پایان نامه سعی شده نقش حاملین اقلیت و چگونگی تولید و بازترکیب آنها و اثرات طول عمر آنها در کارآیی آشکار سازهای ابرشبکه ای مورد بررسی قرارگیرد.

قطعات اپتوالکترونیکی گالیوم نیترید می تواند در محدوده طیف وسیعی از مادون قرمز تا ماوراء بنفش نور گسیل کند، نیمه رساناهای نیتریدی گروه iii و آلیاژهای آن که به علت داشتن نوار انرژی بزرگ دارای پایداری حرارتی بالا هستند و درگسیل های نوری، گذار مستقیم دارند. بنابراین دارای پتانسیل لازم برای استفاده در قطعات توان بالا و بهره بالا می باشند. لذا برررسی بهره نوری و بهینه سازی آن میتواند کارکرد لیزرهای نیمه رسانای نانوساختاری را بهبود بخشد. در این پایان نامه، یک دیود لیزری نیتریدی با ساختار نامتجانس برای بررسی در نظر گرفته شده است. به طوری که در گذار از تراز پایه الکترون به تراز پایه حفره نور لیزر گسیل می کند.ناحیه فعال این دیود شامل سد کوانتومی و چاه کوانتومی می باشد. با استفاده از روش های عددی تفاضل محدود و روش رانگ کوتای مرتبه چهار، برای معادلات شرودینگر و آهنگ لیزر، پارامتر های لازم از قبیل تراز های انرژی و تراز های شبه فرمی و توابع موج بدست آورده شده اند. با تغییر عرض و ارتفاع چاه کوانتومی و سد کوانتومی، تغییرات قابل ملاحظه ای در بهره نوری مشاهده شده است. نتایج نشان میدهد با افزایش پهنای سد و چاه کوانتومی، بهره نوری افزایش می یابد. سپس به بررسی بهره و تغییرات آن در چاه کوانتومی دوگانه نامتقارن پرداخته شده است. در نهایت با نشاندن لایه پوش از جنس بر روی ساختار مورد مطالعه و حل همزمان معادلات پواسون و شرودینگر به روش الگوریتم خودسازگار، تغییرات بهره بر حسب ضخامت های مختلف لایه پوش با ولتاژ گیت مختلف بررسی شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش ضخامت لایه پوش، بهره نوری کاهش می یابد. و افزایش ولتاژ منجر به افزایش بهره نوری شده است.

حسگری مبتنی بر تشدید پلاسمون سطحی یکی از پیشرفته ترین تکنولوژی های آشکارسازی بدون برچسب و بلادرنگ در سنجش های بیوشیمیایی می باشد. یکی از مسائل کلیدی زیست حسگرهای تشدید پلاسمون سطحی (sprb) که اغلب محققان بر آن متمرکز شده اند بهبود حساسیت آن جهت آشکارسازی مقادیر کم آنالیت ( هدف بیوشیمیایی ) در یک محلول می باشد. اغلب توسعه ها در این مورد بر روش بهبود حساسیت مبتنی بر توری متمرکز شده است که بهبود حساسیت آن ناشی از مکانی کردن پلاسمون پلاریتون های سطحی بر روی سطح نانو توری می باشد. میدان های الکترومغناطیسی با شدت بالا و قویاً مکانی شده که حاصل پدیده تشدید پلاسمون سطحی موضعی (lspr ) در نانو توری می باشند، این سنسورها را به مبدل های بسیار حساس تغییرات کوچک ضریب شکست محلی تبدیل ساخته است که مطالعه خصوصیات میدان نزدیک آنها می تواند با مطالعه ویژگی های میدان دور آنها انجام پذیرد. از آنجائیکه برای طراحی یک سنسور کاربردی علاوه بر نیاز به بهبود حساسیت، یک بهبود اساسی در دقت آشکارسازی سنسور شامل قدرت تفکیک پذیری و نسبت سیگنال به نویز نیز مورد نیاز است، لازم است بهبود همزمان سه پارامتر فوق در قالب عدد شایستگی سنسور در طراحی لحاظ گردد که به ندرت در کارهای پیشین این کار انجام گرفته است. علاوه بر این، در این زیست حسگرها خصوصیات حسگری، اغلب در طول موج های مرئی مورد مطالعه قرار گرفته است. از آنجائی که در رژیم نزدیک مادون قرمز، موج الکترومغناطیسی حاصل از تشدید پلاسمون سطحی عمق نفوذ زیادتری داشته و همچنین تعیین دقیقتر عمق های آن در این رژیم امکان پذیر است، تحقق یک سنسور lspr مبتنی بر نانو توری در محدوده طول موج های نزدیک مادون قرمز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. بنابراین در این کار تحقیقی در جهت تحقق اهداف فوق، یک زیست حسگر تشدید پلاسمون سطحی شامل یک فیلم نانو ساختاری یک بعدی با هندسه مستطیل شکل تحت ساختار کرچمن با استفاده از روش شبیه سازی عددی المان محدود (fem) جهت آشکارسازی هیبریداسیونdna و در محدوده وسیعی از طول موج های مرئی تا نزدیک مادون قرمز مورد مطالعه قرار گرفته است. از آنجاییکه پارامترهای ساختاری متعددی در طراحی زیست حسگر lspr مبتنی بر نانو توری دخیل می باشند یک آنالیز عددی جامع برای طول موج های مختلف جهت بررسی اثرات پارامتر های طراحی شامل هندسه توری (ضخامت، پریود و ضریب پرشدگی) و همچنین ضخامت فیلم مسطح فلزی انجام گرفته است. نتایج عددی نشان می دهد که انتخاب طول موج کاربردی سنسور در ناحیه نزدیک مادون قرمز نسبت به انتخاب آن در ناحیه مرئی موجب عملکرد بهتر سنسور می گردد. نتیجه این بررسی عددی جهت طراحی یک سنسور بهینه شده با حساسیت deg/riu 99.5 و عدد شایستگی 5.9 در طول موج نزدیک مادون قرمز 984 نانومتر به کار برده شده است. همچنین خصوصیات سنسور و محاسبات بهینه سازی برای طول موج مرئی 633 نانومتر (که مورد توجه اغلب مقالات بوده است) نیز انجام گرفته و طراحی بهینه سنسور برای این طول موج منجر به مقادیر حساسیت و عدد شایستگی به ترتیب برابر deg/riu 14.9 و 2.27 شده است که نشان می دهد عملکرد سنسور در طول موج 984 نانومتر به مراتب بهتر از عملکرد آن در طول موج 633 نانومتر می باشد. همچنین تاثیر پارامترهای هندسی سنسور بر منحنی پاشندگی نیز بررسی شده است. نشان داده شده است که تغییرات منحنی پاشندگی ناشی از تغییرات پارامترهای هندسی خصوصاً ضریب پرشدگی، می تواند تغییرات پارامترهای عملکردی سنسور را توجیه کند که بنابر اطلاعات محقق تاکنون توجیه ارائه شده با کمک بررسی منحنی پاشندگی در این خصوص در جایی ارائه نگردیده است.

ابر شبکه ها ساختارهای متناوب از دو ماده هستند که ضخامت این لایه ها حدود چند نانومتر است، این قطعات دارای کاربردهای وسیعی هستند از جمله می توان به ساخت آشکارسازهای نوری و تقویت کننده ها و نوسان کننده های الکتریکی اشاره کرد. یکی از مزیت های استفاده از ابر شبکه ها، وابستگی ساختار نواری به مشخصه های ماده کپه ای و همچنین ساختار هندسی ابر شبکه است. در ابرشبکه های نوع ii به دلیل شکل پروفایل نواری آنها جدایی حامل های الکترون و حفره اتفاق افتاده و سبب بهبود کارایی و کاهش نویز در این قطعات می شود. در این پایاننامه ساختار نواری برای ابرشبکه های نوع ii توسط روش تفاضل های محدود محاسبه شده که در این روش ابعاد واقعی سیستم، مورد بررسی قرار گرفته و نتایج مربوط به انرژی های سیستم و همچنین توابع موج، واقعی تر بدست می آید. در ادامه با استفاده از این نتایج اولیه به بررسی اثر پراکندگی ها روی ترابرد حامل ها پرداخته شده است. همچنین تحرک پذیری حامل های الکترون تحت تاثیر فرآیند های پراکندگی غالب هم در راستای موازی و همچنین در راستای عمودی مورد بررسی قرار گرفته است و در هر دو مورد اثرات پرده پوشی بر روی مکانیزم پراکندگی در نظر گرفته شده است.در آشکار سازهای مادون قرمز و لیزرهای آبشاری کوانتومی از نوع ابرشبکه ای، حامل ها ترابرد بهینه ای در راستای عمود بر لایه های ابرشبکه و همچنین در راستای موازی لایه ها دارند، که این ترابرد می تواند پخشی یا سوقی باشد. تحرک پذیری حامل ها معمولا توسط فرآیندهای مختلفی در داخل ابرشبکه ها محدود می شود، برای مثال پراکندگی توسط فونون های شبکه، پراکندگی از ناصافی های سطح و پراکندگی توسط اعوجاج سطح و یا نقص ها و دررفتگی هایی که در ساختار بلوری وجود دارند. در این پایاننامه تحرک پذیری الکترون ها تحت تاثیر پراکندگی از ناصافی های فصل مشترک، یون های ناخالصی، پراکندگی های آلیاژی و پراکندگی های فونونی در ابرشبکه نوع ii , inas/gasb بررسی شده و در نهایت تحرک پذیری کل الکترون ها در هر دو راستا و در دماهای مختلف بدست آمده است. همچنین اثر پارامترهای مختلف پراکندگی و همچنین سایز ساختارهای ابرشبکه مختلف بر روی تحرک پذیری حامل ها در نظر گرفته شده است. با تفسیر نتایج بدست آمده به این نتیجه کلی می رسیم که افزایش ضخامت لایه های inas در ابر شبکه باعث افزایش تحرک پذیری الکترون ها شده ولی از طرفی تاثیر تغییرات دما را نیز افزایش می دهد.

سلول های خورشیدی گرافنی به علت هزینه ساخت پایین و خواص منحصر به فرد گرافن مانند شفافیت نوری، تحرک پذیری بالای حامل ها، مقاومت کم، پایداری شیمیایی و مکانیکی، انعطاف پذیری و مساحت سطحی ویژه بزرگ اخیراً مورد توجه محققان قرار گرفته است. در سالهای اخیر چند گروه تحقیقاتی مطالعاتی در زمینه سلول خورشیدی سد شاتکی گرافن-سیلیکون انجام داده اند اما بهره تبدیل (بازدهی) آنها هنوز برای کاربردهای تجاری کم است و نیاز به پژوهش های زیادی در این زمینه حس می شود. ما در این پایان نامه ابتدا ساختار سلول خورشیدی سد شاتکی گرافن-سیلیکون را شبیه سازی کرده ایم. برای شبیه سازی، خواص الکتریکی و نوری گرافن که در سلولهای خورشیدی استفاده می شوند را به دست آورده ایم. همچنین نحوه عمل هر یک از بازترکیب ها از جمله تشعشعی، شاکلی-رید-هال، اوژه و... را نیزمحاسبه کرده ایم و بعد از محاسبه جریان نوری، ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه و بهره تبدیل توان (بازدهی)، اثر عوامل مختلف از جمله نوع گرافن به کار رفته، ، چگالی اتم های ناخالصی و دما و ... را روی این پارامترها بررسی نموده ایم. سپس راهکارهایی برای بالا بردن بازدهی سلول خورشیدی سدشاتکی گرافنی ارائه داده ایم. برای بالا بردن بازدهی باید ضریب جذب ماده افزایش یابد. به عنوان مثال با توجه به اینکه ضریب جذب نانوسیم سیلیکونی با ضریب پر شدگی متوسط بیشتر از سیلیکون است و سطح برخورد برای گیراندازی نور در آنها افزایش می یابد و ترابرد الکترون نیز بهتر صورت می گیرد انتظار داریم با استفاده از نانوسیم سیلیکونی به جای سیلیکون در سلول خورشیدی گرافنی، بازدهی افزایش یابد. از طرف دیگر، کیفیت سیلیکون تحت تابش با گذشت زمان تنزل پیدا می کند و با توجه به پهنای گاف نواری آن، حدود 32 درصد طیف خورشیدی را جذب می کند، بنابراین استفاده از ماده ای با گاف نواری پهن به جای سیلیکون، که بتواند قسمت عمده طیف خورشیدی را جذب کند بازدهی سلول خورشیدی گرافنی را افزایش خواهد داد. پیشنهاد ما در این زمینه استفاده از ترکیبات inxga1-xn به دلیل پهنای باند وسیع، ضریب جذب بالا، تحرک پذیری زیاد حاملها و آسیب پذیری بسیار کم آن ها در برابر تابش نور خورشید است.

led های ابر لیانی یا دیودهای نور گسیل ابر لیانی قطعاتی هستند که جهت مندی باریکه دیود لیزری را با گسیل طیف پهن دیود های نور گسیل ترکیب می کنند و این خصوصیات ویژه باعث افزایش کارایی در جفت شدگی با فیبرهای نوری ، سیستم های تصویر برداری پزشکی و ... می شوند . در این تحقیق مدل سازی ساختار دیودهای نورگسیل ابر لیانی ، فیزیک قطعه ومشخصه های مورد نظر قطعه بیان خواهند شد. روش بررسی ما بر اساس حل معادلات آهنگ حاکم بر قطعه خواهد بود . اثرات فرار حامل ها از چاه های کوانتومی،پخش حامل ها، اثرات دمایی روی باز ترکیب های تابشی و غیر تابشی پدیده هایی هستند که به طور محدود در مقالات بررسی شدند وما به بررسی آنها خواهیم پرداخت. ساختاری که برای بررسی در این پروپوزال در نظر گرفته می شود یک ساختار چاه کوانتومی چند گانه خواهد بود . دینامیک حامل ها در ناحیه ی فعال بررسی شده و تاثیر پارامترهای مختلف مانند اثرات دمایی ، زمان های بازترکیب و ... روی مشخصه های عملکردی دیودهای نور گسیل ابر لیانی مورد بحث قرار خواهند گرفت .

خواص ساختاری منحصر به فرد iii- نیتریدها این مواد را به گزینه مناسبی برای ساخت ادوات اپتوالکترونیک، به ویژهledها و سلول های خورشیدی تبدیل کرده است. ingan به دلیل دارا بودن گاف باندی مستقیم و تنظیم پذیر برای تمامی محدوده مفید طیف خورشیدی، ماده ایده آلی برای استفاده در ادوات فوتوولتائیک به شمار می رود. از طرفی به دلیل محدودیت ضخامت در لایه های شامل ایندیوم، نمی توان این لایه ها را در ابعاد کپه ای ساخت، از این رو ساختار های چاه کوانتومی چندگانه یا همان لایه های جاذب ابر شبکه ingan/gan برای ساخت سلول های خورشیدی نیتریدی به کار گرفته می شوند. برای بیشینه نمودن بازدهی لایه جاذب، تکنیک های رشد متعدد از جمله رشد دو مرحله ای ماده سد استفاده می شود و کسری از ماده سد را در شرایط متفاوتی رشد می دهند به نحوی که میزان ناخالصی های ناخواسته، ناکاملی ها و ترازهای تله ای در این بخش به حداقل برسد. این بخش از ماده لایه پوش نام دارد. در این پایان نامه دو ساختار سلول خورشیدی چاه کوانتومی یکی بدون لایه پوش و دیگری با لایه پوش بررسی شده اند. در گام نخست با در نظر گرفتن سه ضخامت مختلف برای لایه سد، اثر ضخامت این لایه را بررسی کرده ایم. با انتخاب بهینه مقدار ضخامت(8nm) از مرحله اول، در گام بعدی کسری از این سد بهینه را به پوش اختصاص داده ایم. این بار نیز سه نمونه متفاوت در ضخامت پوش را بررسی کرده و با انتخاب بهینه پارامتر های نهایی، بازده تبدیل ?=42% حاصل می شود که نسبت به حالت پایه 3% افزایش داشته است.

: مولکولهای آزوبنزن می توانند در دو شکل که حالت ایزومریزاسیون گروه آزو(-n=n-) آنها متفاوت است.وجود داشته باشند.یکی از انها شکل ترانس است که دارای شکل پایدار میله ای است.دیگری شکل سیس است که یک حالت خمیده ناپایدار دارد.حالت پایدار ترانس می تواند با جذب نور در یک طول موج مشخص به حالت ناپایدار سیس ایزومریزه شود.ایزومریزاسیون معکوس سیس به ترانس می تواند به صورت حرارتی یا نور القایی افتد. چرخه فوتوایزومریزاسیون ترانس – سیس – ترانس منجر به جهتگیزی رنگینه ها و همچنین حرکت آنها در راستای قطبش نور می شود . این حرکت منجر به تشکیل الگوهای خود سامان ده بر سطح فیلم پلیمری می شود . ترکیب رنگینه ها با پلیمرها و نحوه اتصال آنها می تواند تشکیل الگوها را تحت تاثیر قرار دهد

ویژگی¬های الکتریکی و نوری خاص گرافین، ازجمله تحرک پذیری بالای حاملین در دمای اتاق، عدم وجود گاف باندی، قابلیت انعطاف پذیری بالا و وجود ترابرد بالستیک حاملین در دمای اتاق، آن را به یک ماده ایده¬آل برای استفاده در حوزه نانو الکترونیک تبدیل کرده است.تحرکپذیری بسیار بالای حامل¬ها در دمای اتاق و ترابرد بالیستیک، گرافین را جایگزین بالقوه ی سیلیکون به عنوان نیمرسانا در مدارهای مجتمع، مدارهای منطقی و ابزارهای الکترونیکی آینده کرده است که با استفاده از آن می-توان به ترانزیستورهای سریع¬تر و کوچک¬تر با مصرف انرژی کمتر نسبت به ابزارهای بر پایه¬ی سیلیکون دست یافت.اگر چه در ترانزیستورهای گرافینی، تحرکپذیری حاملین بالا است ولی،نبود گاف باندی بهعنوان یک نقص در کاربرد گرافین به عنوان کانال ترانزیستور محسوب می¬شود، زیرا در این حالت جریان حالت خاموشی ( )، بهخاطر تونلزنی داخل باندی افزایش می¬یابدو موجب تخریب عملکرد بهینه¬ی ترانزیستورهای اثر میدانی می¬شود. یکی از روش¬ها برای حل این مشکل، استفاده از گرافین دولایه و ایجاد گاف در آن توسط اعمال میدان الکتریکی و همچنین استفاده از نانو نوار است. ایجاد و کنترل¬پذیر بودن گاف انرژی، گرافین دو لایه را به عنوان ماده¬ی کانالی مناسب در ترانزیستورهای اثر میدانی تبدیل کرده است. استفاده از این مواد باعث کاهش احتمال تونلزنی و افزایش نسبت می¬شود. در این پایان¬نامه یک مدل تحلیلی برای ترانزیستورهای اثر میدانی گرافین دو لایه با گرافین دو لایه به عنوان کانال ترانزیستور، ارائهمی¬شود.در ابتدا تابع پتانسیل در نواحی مختلف کانال با استفاده از معادله پواسون برای دو ناحیه¬ی کاری ولتاژ گیت بالای ولتاژ آستانه و زیر ولتاژ آستانه و همچنین بیشینه سد پتانسیل که در روش شبه کلاسیکی برای تعیین چگالی جریان در داخل کانال ضروری است، محاسبه می¬شود. سپس چگالی جریان حرارتی و تونل زنی، در ساختار ترانزیستورهایی که در آن، طول کانال بزرگ¬تر از طول برخورد است، به ازای پارامتر¬های مختلف، محاسبه گردید.نتایج محاسبات نشان می دهد که جریان و هدایت انتقالی، به ولتاژ گیت، طول گیت، فاصله گیت از سورس و درین و ضخامت لایه¬های ¬دی الکتریک وابسته بوده و هم¬چنین بیشینه مقدار هدایت انتقالی، با تغییرات مقدار متوسط طول برخورد تغییر می¬نماید. همچنین در این ساختار، بسامد قطع در طول¬های مختلف کانال، به ازای ولتاژهای گیت اعمالی را به دست آوردیم که به خاطرتحرک پذیری بالای حاملین ، دارای بزرگی از مرتبه¬ی تراهرتز است.

پلاسمونیک در گرافین، آرایه¬ای دو بعدی از اتم¬های کربن در یک شبکه لانه زنبوری، در سال¬های اخیر مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. گرافین همانند مواد پلاسمونیکی مرسوم مانند طلا و نقره، توانایی انتقال نور در سطح خود را به صورت پلاسمون پلاریتونهای سطحی دارا می-باشد. این ماده در گستره¬های تراهرتز و مادون قرمز دارای تلفاتی ناچیز بوده و بنابراین پلاسمون پلاریتونهای سطحی که در این گستره¬ها، مخصوصا گستره¬ی تراهرتز در آن تشکیل می¬شوند دارای طول انتشاری بسیار بالاتر نسبت به رقبای فلزی خود هستند. مزیت دیگری که می¬توان برای گرافن در مقایسه با مواد پلاسمونیکی مرسوم برشمرد، تنظیم پذیری خواص اپتوالکترونیکی آن با آلایش، اعمال میدان الکتریکی یا مغناطیسی می¬باشد. از این رو پلاسمون پلاریتونهای سطحی که در این ماده تشکیل می شوند، علاوه بر داشتن طول انتشار بالا دارای مشخصه¬های انتشاری و جایگزیدگی قابل کنترل نیز هستند. در این پایان¬نامه اثرات پراکندگی الکترون - فونون که به صورت تابعی از انرژی فرمی و دما در نظر گرفته شده است، بر روی طول انتشار و جایگزیدگی پلاسمونهای سطحی در ساختار موجبر گرافنی مورد مطالعه قرار می¬گیرد. همچنین تنظیم پذیری خواص اپتیکی گرافن با اعمال ولتاژ و اثر آن بر روی طول انتشار و جایگزیدگی پلاسمون پلاریتونهای سطحی تشکیل یافته در ساختار موجبر گرافنی که تحت ولتاژ قرار گرفته است، بررسی می¬شود. نتایج حاصل از این محاسبات نشان می¬دهد که در نظر گرفتن پراکندگی الکترون - فونون به صورت تابعی از انرژی فرمی و دما، باعث کاهش قابل ملاحظه¬ای در طول انتشار می¬شود. همچنین مشاهده شد، در انرژی¬های بالاتر به دلیل پراکندگی الکترون - فونون اپتیکی، و افزایش گذارهای بین باندی طول انتشار پلاسمون پلاریتون¬های سطحی کاهش می¬یابد. همچنین در ساختارهای موجبر گرافنی تحت ولتاژ، درولتاژهای پایین به دلیل گذارهای بین باندی طول انتشار پلاسمون پلاریتونهای سطحی به شدت میرا می¬شود. در ولتاژهای بالا، تراز فرمی به انرژی¬های بالاتر شیفت پیدا می¬کند و طول انتشار فقط توسط گذارهای داخل باندی محدود می¬شود و گذارهای بین باندی به دلیل اصل طرد پائولی ممنوع می¬شود در نتیجه طول انتشار افزایش می¬یابد. از آنجائیکه در اثر اعمال ولتاژ تراز فرمی لایه گرافن به ثابت دی¬الکتریک و ضخامت لایه دی¬الکتریک میانی و ولتاژ اعمالی وابسته شده است، لذا با تغییر ولتاژ اعمالی ، فاصله بین لایه¬های گرافن، و انتخاب مناسب ثابت¬های دی¬الکتریک لایه میانی و محیط بیرونی می¬توان خواص انتشاری امواج پلاسمون پلاریتون سطحی را کنترل کرد. همچنین مد پادمتقارن نسبت به مد متقارن دارای طول¬انتشار بیشتر و جایگزیدگی کمتر است.

از سال 1977 رویای ترکیب ویژگی‎های مکانیکی پلیمر‎ها با ویژگی‎های الکتریکی و نوری فلزات، علم و فناوری پلیمر‎های رسانا را توسعه داده است. درحالی که این مواد در حالت طبیعی‎ نارسانا یا نیم رسانا هستند، اگر آلاییده شوند می‎توانند دارای رسانایی درحد فلزات باشند. یک سیستم مزدوجی سیستمی است که دارای پیوندهای یگانه و دوگانه‎ی متناوب باشد. برای این مواد گاف انرژی در محدوده‎ی 5/1 تا 3 الکترون ولت است. اولیگومر‎های مزدوجی ? در ترانزیستور‎های بر پایه‎ی مواد آلی، مدار‎های مجتمع و ادوات فتوولتایی کاربرد اساسی دارند. پلیمرهای مزدوجی ساختار بی‎نظم دارند‎. نکته‎ی مهم در درک ترابرد در یک محیط بی‎نظم این است که در این محیط جریان می‎تواند نتیجه‎‍‎ای از انتقال بار در حالت‎های جای‎گزیده باشد. حاملین بار با پرش از یک جایگاه جای‎گزیده به جایگاه جای‎گزیده‎ی بعدی در داخل ماده حرکت می‎کنند. رسانندگی ماده وابسته به نرخ این پرش است. برای بررسی ترابرد حاملین در سیستم‎های بی نظم می توان از مدل پرش با بازه‎ی متغیر مات که برمبنای مکانیزم تونل زنی با کمک فونون‎ها است، به همراه نظریه‎ی ترواش استفاده کرد. دلیل در نظر گرفتن چنین توصیفی این است که بار برای حرکت از یک سمت نمونه به سمت دیگر آن سریع‎ترین مسیر را به کار می‎برد. در این تحقیق ترابرد حاملین در یک پلیمر مزدوجی‎ را به صورت شبیه سازی بررسی کرده و رسانش این ماده را به دست آوردیم. به این منظور یک سیستم بی نظم از جایگاه‎های انرژی که مکان و انرژی آن‎ها کاتوره‎ای است، در نظر گرفتیم و با توجه به مکانیزم ترابرد، جایگاه‎های انرژی مجاز را که حامل بار می تواند به آن‎ها پرش انجام دهد، مشخص کردیم. سپس بر اساس نظریه‎ی ترواش، آستانه تراوش را به دست آوردیم. این آستانه به هنگام تشکیل اولین مسیر پیوسته برای انتقال بار از یک سمت نمونه به سمت دیگر آن مشخص می‎شود و مقدار آن برابر با رسانش ماده است.

نقاط کوانتومی دسته ای از نانو ذرات می باشند. و ساختارهایی هستند که در سه بعد محدود هستند،که این محدود شدن کلید تنظیم انتقالات نوری در نانو ساختارها است .یعنی در نقاط کوانتومی امکان تغییر اندازه گاف انرژی وجود دارد. اهمیت نیم رسانا بودن نقاط کوانتومی دراین است که رسانایی الکتریکی این مواد را می توان با محرک های خارجی مانند میدان الکتریکی یا تابش نور تغییر داد. از نقاط کوانتومی می توان به ساخت دیود های نشرکننده نور ledها، سلول های خورشیدی وعکسبرداری از بافت های زیستی و....... استفاده کرد

سلولهای خورشیدی یا سلول های فوتوولتاییک ابزارهایی هستند که انرژی خورشیدی را تبدیل به جریان الکتریکی میکنند.اکثرسلول های خورشیدی که در دنیا به کار گرفته می شوند از مواد معدنی (سیلیکون) ساخته میشوند که هزینه ساخت و نصب ونگهداری آنها بسیار هنگفت می باشد . بدین منظور امروزه استفاده از مواد آلی در ساختار سلولهای خورشیدی مورد توجه قرار گرفته است. ولی علیرغم داشتن هزینه کمتر و فرایند ساخت راحت تر، بازده کمتری نسبت به سلولهای خورشیدی معدنی دارند که دلیل عمده آن داشتن گاف انرژی بالا است که باعث کاهش جذب در ناحیه طول موجهای مرئی نور خورشید میشود. یک راه حل برای رفع این مشکل، استفاده از روش پلاسمونهای سطحی موضعی (جایگزیده) و نانوذره ها می باشد. تشدید پلاسمون های سطحی،نوسان های هماهنگ و تجمعی الکترون های فلزی است که توسط پرتو تابشی تحریک شده است . این تشدید در ساختار هایی با ابعاد نانو متری ، تشدید پلاسمونهای سطحی موضعی نامیده می شود . دراین پروژه اثر پلاسمونهای سطحی جایگزیده در پارامترهای سلولهای خورشیدی پلیمری به صورت نظری مورد مطالعه قرار گرفته است.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.