لیزرهای توان بالا با ویژگی های طیفی و مدی عالی برای تحقیقات در زمینه های اپتیک کوانتومی، اپتیک غیرخطی و تداخل سنجی و همچنین کاربردهایی در زمینه مسایل حساس و دقیق در پزشکی، نظامی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. برای آن که با افزایش توان لیزری کیفیت پرتو خروجی افت پیدا نکند باید به اختلالات ناشی از ناهنجاری های ترمو– اپتیکی و اپتیک غیرخطی توجه کرد. برای کاربردهایی که کیفیت پرتو خروجی مهم نیست می توان از پدیده های گرمایی صرف نظر کرد، ولی در کاربردهایی همچون مشاهده ی تداخل امواج گرانشی که کیفیت پرتو خروجی اهمیت دارد، بررسی این پدیده ها ضرروری به نظر می رسد.در این پژوهش بررسی اثرهای گرمایی در لیزر nd:yag مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از نرم افزار مطلب، پروفایل های دمش گوسی و سوپرگوسی را شبیه سازی کرده و توزیع دمش را در لیزر بدست آورده ایم. سپس با روش تحلیلی با بدست آوردن توزیع دما، اثرهای گرمایی شامل گرادیان ضریب شکست، تنش گرمایی و اثر انتهایی را برای یک لیزر nd:yag که توسط چهار دیود لیزر به صورت همگن پمپ می شود بدست آورده ایم.

نانوذرات در زندگی روزمره ما نقش پر اهمیت و با کاربردهای بسیار را ایفا می کنند. با توجه به این که شکل و اندازه نانوذرات خصوصیات متمایزی به آن ها می بخشد لذا دستیابی به روش های سنتز مناسب برای رسیدن به اندازه و شکل دلخواه، راهگشا خواهد بود. یکی از این روش ها که در این پایان نامه مورد بررسی قرار گرفته است شیوه الکتروشیمی است. سادگی ، سرعت زیاد و صرفه جویی در زمان، تولید بالای محصول، جلوگیری از تولید مواد زائد و جانبی و حفظ محصول بدون رسوب و ته نشینی تا چندین ماه از مزایای این روش است. در این کار، نانوذرات نقره به شیوه الکتروشیمی و با استفاده از الکترود چرخنده سنتز شده و پس از آن اندازه، رنگ، انرژی برانگیختگی الکترون ها، طیف سنجی و عوامل دخیل در آنها مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت نیز یک فیلتر اپتیکی از این نانوذرات ساخته شده است. مطالعات بر روی نانوذرات نقره سنتز شده نشان داد که تغییر در عواملی چون غلظت پایدارکننده، زمان آزمایش، سرعت چرخش الکترود و بار اعمالی به محلول الکترولیت می تواند بر اندازه، طیف جذبی و انرژی برانگیختگی الکترون ها اثر بگذارد. سنتز و خواص نانوذرات نقره با tem، psa و uv visible مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.

چکیده تجزیه و تحلیل مسیرهای پایای الکترون در لیزر الکترون آزاد با ویگلر مارپیچی با میدان مغناطیسی محوری، کانال یونی راهنما و ویگلر تخت با کانال یونی راهنما با استفاده از دینامیک تک ذره ای بررسی شده است. حالتهای پایداری مدار الکترون به دست آمده و ناحیه های پایدار و ناپایدار تعیین می شود. هم چنین تابع ? برای تعیین رژیم های مثبت و منفی مورد بررسی قرار می گیرد. ملاحظه می شود که ویگلر مارپیچی واقعی با کانال یونی راهنما نسبت به ویگلر مارپیچی ایده آل متفاوتند و این دو حالت با هم مقایسه می شوند. هم چنین مسیر الکترون در لیزر الکترون آزاد با ویگلر تخت واقعی و کانال یونی راهنما بررسی شده و با ویگلر تخت ایده آل مقایسه می شوند. با استفاده از تابع ? نرخ تغییرات انرژی الکترون که باعث تغییر سرعت محوری و بهره می شود، بررسی گردیده است. هم چنین رفتار الکترون تحت اثر میدان ویگلر باریک شونده با بهره گیری از معادلات حرکت سه بعدی ذره و معادلات گسیل تابشی شبیه سازی شد. در این راستا پرتو الکترون فرودی با استفاده از مولد عددی اتفاقی گوسی تولید گردید. برای جلوگیری از آثار سه بعدی الکترون خارج از محور و افزایش بازدهی در مقایسه با روش های متداول از میدان راهنمای محوری و ویگلر پیچشی باریک شونده استفاده گردید. هم چنین دیدیم دامنه میدان تابشی وابسته به کیفیت پرتو الکترونی فرودی است. بنابراین برای به دست آوردن دامنه میدان بالاتر، پرتو الکترونی فرودی می بایست تشعشع، پراکندگی انرژی و شعاع پرتو کم تری داشته باشد . مقدار بهینه پارامتر میدان راهنمای محوری و ویگلر پیچشی باریک شونده با استفاده از مطالعات عددی به دست آمده است. با به کاربردن مقادیر بهینه، دامنه میدان تابشی 5/2 برابر نسبت به حالت متداول افزایش داشته است.

با الهام از "حالت های همدوس غیرخطی معمولی" که با تعمیم جبری حالت های همدوس استاندارد به دست آمده اند، روشی را برای تعمیم "حالت های همدوس غیرخطی معمولی" ارائه می دهیم. با این تعمیم رده ی جدید و گسترده ای از حالتهای همدوس غیرخطی را به دست می آوریم. سپس حالتهای زوج و فرد متناظر با آنها به دو روش را معرفی می کنیم. در پایان ساختار معرفی شده را در مورد برخی از سامانه های کوانتومی شناخته شده به کار خواهیم برد و ویژگیهای غیرکلاسیکی حالتهای به دست آمده را بررسی و با حالتهای همدوس غیرخطی معمولی مقایسه خواهیم کرد

در این پایان نامه ابتدا مبانی انتشار موج را در موجبرهای مختلف تخت و استوانه ای بدون در نظر گرفتن اثر غیرخطی مورد بررسی قرار داده ایم و سپس اثر الکترواپتیکی خطی را در مواد ناهمسانگرد بیان و در پی آن اثر نورشکستی را در این مواد بررسی کردیم. در ادامه گذر کوتاهی نیز بر معادلات حاکم بر مواد نورشکستی بر پایه دو مدل تک فوتونی و دوفوتونی داشتیم. سپس به بیان تاریخچه ای از سالیتون های نوری پرداختیم و در ادامه وجود جفت سالیتون های فوتوولتائیک خاص را در مواد نورشکستی دوفوتونی به کمک روش رانگ-کوتا نشان داده ایم. در قدم بعد شبیه سازی انتشار پرتو های شبه سالیتونی روشن-روشن، روشن-تاریک و تاریک-تاریک را در موجبر تخت مورد بررسی قرار دادیم. در این شبیه سازی از روش تفاضلی به علاوه روش کرانک-نیکلسون بهره گرفته شده است. همچنین برای حل شرایط مرزی از روش رانگ-کوتا استفاده شده است. در این شبیه سازی با ثابت فرض کردن دیگر پارامترها و تنها با تغییر دامنه های ورودی توانستیم نتایج قابل قبولی را به دست آوریم که از آن جمله می توان به یافتن دامنه های بحرانی جهت طراحی کلیدهای راهیاب اشاره کرد. در نهایت برای بررسی امکان کلید زنی نوری در مواد نورشکستی، از آرایش مزدوج موازی بهره گرفتیم و با شبیه سازی انتشار پرتو در این دو موجبر با همان روش پیشین نحوه تبادل انرژی و انتشار پرتو ها بین دو موجبر تخت موازی با تغییر دامنه-های ورودی در این موجبرها مورد بررسی قرار داده ایم.

با توجه به حجم زیاد اطلاعات و نیاز به افزایش سرعت در محاسبات و انتقال اطلاعات، تحولاتی در سال¬های گذشته صورت گرفته است که اهم آن انتقال اطلاعات توسط فیبرهای نوری است. با استفاده از فیبرهای نوری، سرعت و دقت انتقال اطلاعات افزایش یافته است. حوزه¬ی جدید کاربرد فیبرهای نوری استفاده از آنها به¬عنوان تقویت¬کننده است که با نشاندن عناصر زمین¬خاکی در فیبر می¬توان این خصوصیت را به¬دست آورد. فیبرهای آلاییده به اربیوم به علت اینکه در طول موج مخابراتی µm55/1 عمل می¬کنند دارای جاذبه¬های زیادی هستند. چنین تقویت¬کننده¬هایی برای جبران افت در فیبرهای نوری مورد استفاده قرار می¬گیرند. در این¬ پایان نامه انتشار پالس¬های کوتاه با انرژی بسیار ضعیفی نسبت به انرژی اشباع بهره و همچنین انتشار پالس¬هایی با انرژی نزدیک به انرژی اشباع را در فیبر تقویت¬کننده با دو حل تقریبی و دقیق شبیه¬سازی و اثر اشباع بهره را بر انتشار این پالس¬ها بررسی کرده¬ایم. گسترش سریع سیستم¬های مخابراتی نوری با نرخ بالای انتقال اطلاعات و نیاز به پردازشگرها و حسابگرهای اپتیکی با سرعت فوق سریع، طراحیِ سوییچ¬ها و عناصر حافظه اپتیکی را گریزناپذیر می¬کند. مزدوج موازی غیرخطی یکی از عناصر مهم اپتیکی است که به عنوان یک سوییچ تمام نوری از زمان اختراع آن توسط ینسن تاکنون تحقیقات زیادی بر روی آن صورت گرفته و می¬گیرد. موادی مانند سیلیکا در محدوده¬ای از طول موج مخابراتی دارای پاشندگی منفی است و قابلیت انتشار سالیتون روشن را دارد. ما نیز به بررسی امکان کلیدزنی سالیتونی روشن در این مواد پرداخته و با شبیه¬سازی های انجام شده نشان داده¬ایم که تحت تاثیر اشباع بهره شکل پالس سالیتونی در سوییچ¬های مزدوج موازی غیرخطی دچار اعوجاج نمی¬شود. نمودار انرژی خروجی نشان می¬دهد که می¬توان به یک سوییچ راهیاب دست یافت. شیشه¬های چالکوجناید با ضریب شکست غیرخطی زیاد و پاشندگی مثبت که اخیرا مورد توجه قرار گرفته¬اند کاندیدای خوبی برای ساخت ابزارهای نوری غیرخطی و به خصوص سوییچ¬ها هستند. با توجه به پاشندگی مثبت این نوع شیشه و انتشار سالیتون تاریک در ناحیه¬ی پاشندگی مثبت، انتشار سالیتون تاریک را در تقویت¬کننده¬ی چلکوجناید آلاییده به اربیوم شبیه¬سازی و یک سوییچ تمام نوری بر این اساس طراحی کرده¬ایم.

در این پژوهش ابتدا حالت های همدوس استاندارد را به عنوان مجموعه ای مهم از حالت های کوانتومی معرفی کرده و ویژگی های آن ها را مورد مطالعه قرار می دهیم. سپس صورت بندی کلی حالت های همدوس غیرخطی که در پژوهش های اخیر در اپتیک کوانتومی از اهمیت به سزایی برخوردارند را مطرح کرده ایم. هم چنین به برخی ویژگی های این رده از حالت های کوانتومی اشاره نموده ایم. حالت های همدوس فوتون- افزوده را معرفی کرده و پاره ای از ویژگی های غیرکلاسیکی آن ها را مورد بررسی قرار داده ایم. سپس حالت های همدوس فوتون- کاهیده و بسط صریح این حالت ها را در فضای حالت های عددی معرفی می کنیم. هدف اصلی این پژوهش ارائه یک فرمول بندی کلی برای بنای حالت های همدوس غیرخطی فوتون- افزوده ی تغییرشکل یافته است. در این راستا دو رده ی متفاوت از این حالت ها را بنا خواهیم کرد. نشان می دهیم که حالت های همدوس غیرخطی فوتون- افزوده ی تغییرشکل یافته ی نوع i و ii، در رده ی حالت های همدوس غیرخطی قرار می گیرند. در ادامه، حالت های همدوس غیرخطی فوتون- افزوده ی تغییرشکل یافته ی نوع i و iiبا m های منفی را با استفاده از تابع غیرخطیت مربوط به حالت های همدوس غیرخطی فوتون- افزوده ی تغییرشکل یافته ی نوع iو ii معرفی می کنیم. رابطه ی ابرکاملیت حالت های غیرخطی تغییرشکل یافته ی نوع i و ii با m های مثبت را تبیین و همین موضوع را در مورد حالت های غیرخطی تغییرشکل یافته ی نوع i و ii با m های منفی، به عنوان یکی از ویژگی های مهم حالت های تعمیم یافته، بررسی خواهیم کرد. سپس معیارهایی که مبین ماهیت غیرکلاسیکی حالت های همدوس غیرخطی فوتون- افزوده ی تغییرشکل یافته با m های مثبت متناظر با پتانسیل پوشل- تلر، هستند را با محاسبه ی پارامتر مندل، چلاندگی مرتبه ی اول و دوم مورد بررسی قرار داده ایم. در نهایت طرح واره ای را برای تولید فیزیکی حالت های همدوس غیرخطی فوتون- افزوده ی تغییرشکل یافته ی نوع i و ii پیشنهاد می کنیم.

با توجه به حجم زیاد اطلاعات و نیاز به افزایش سرعت در محاسبات و انتقال اطلاعات، تحولاتی در سال های گذشته صورت گرفته است که از جمله مهمترین آنها انتقال اطلاعات توسط فیبرهای نوری است. با استفاده از فیبرهای نوری، سرعت و دقت انتقال اطلاعات به نحو چشمگیری افزایش یافته است. در این پژوهش انتشار سالیتون های نوری تاریک، با ضریب جذب خطی و غیرخطی تحت تقویت پیوسته و موضعی را در محیط چالکوجناید بررسی کرده ایم. نتایج نشان می دهد که می توان با استفاده از پارامترهای بخصوص سالیتون های نوری تحت تقویت پیوسته را در محیط چالکوجناید طوری تقویت کرد که شکل سالیتونی مجددا" تولید گردد و بدون تغییر شکل در محیط منتشر شود. پارامترهای به دست آمده نشان می دهد که در صورتی سالیتون بدون اعوجاج تقویت می شود که ترکیبی از تقویت خطی و غیرخطی را در نظر بگیریم این پارامترها را برای ماده چالکوجناید as2s3 به دست آورده و با شبیه سازی انتشار پالس این مسئله را بررسی و مطالعه کرده ایم.

در سال های اخیر پدیده های اپتیک غیرخطی کوانتومی مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. یکی از این پدیده ها دوپایداری نوری در اتم های چندترازی است، که به دلیل کاربردهای وسیعش در ساخت کلیدهای تمام نوری، حافظه ها، ترانزیستورها و مدارهای منطقی موضوع بسیاری از مطالعات اخیر بوده است. در این پژوهش ابتدا تفاوت های عمده ی اپتیک خطی و غیرخطی بیان شده و سپس رهیافت ماتریس چگالی مکانیک کوانتومی معرفی شده-است. همچنین پذیرفتاری خطی و پذیرفتاری غیرخطی مرتبه ی دوم و سوم با استفاده از ماتریس چگالی از دیدگاه کلاسیک محاسبه شده است. پس از آن دوپایداری و چندپایداری نوری در یک تداخل سنج فابری-پرو از دیدگاه کلاسیک بررسی شده است. سپس سامانه های اتمی دوترازی و سه ترازی مطالعه شده و معادلات ماتریس چگالی برای آن ها به دست آمده است. به-علاوه رفتار دوپایداری و چندپایداری نوری در یک سامانه ی اتمی سه سطحی v-شکل محبوس در یک کاواک حلقوی با استفاده از تقریب موج چرخان بررسی شده است، همچنین دوپایداری نوری در یک سامانه ی اتمی دوترازی بدون به کاربردن تقریب موج چرخان به دست آمده است. در آخر یک محیط سه سطحی ??-شکل در برهم کنش با یک حمام خلأ چلانده با حضور تداخل کوانتومی بررسی شده است و پذیرفتاری خطی و غیرخطی مرتبه ی دوم و سوم از دیدگاه کوانتومی برای آن به دست آمده است. به علاوه رفتار دوپایداری نوری سامانه از دیدگاه کوانتومی مطالعه شده است.

در این پایان نامه در آغاز با بیان اهمیت مطالعه پلاسما با توجه به کاربردهای متعدد آن به معرفی ویژگی ها و روش های ایجاد اشعه ایکس از برهم کنش لیزر با پلاسما پرداخته ایم. سپس مدل های مختلف پلاسما و مدل های تعادلی آن معرفی شده است. از میان این مدل ها مدل تعادل ترمودینامیکی غیر موضعی nlte)) جهت بررسی انتخاب شده است. در این مدل با حل معادله آهنگ، جمعیت فازهای یونی مختلف را با تشکیل ماتریس آهنگ محاسبه کرده ایم. حل معادله آهنگ جمعیت ها را در دو حالت 1- پایا (steady state) و 2- وابسته به زمان (time dependent) به دست می دهد. برای تشکیل ماتریس آهنگ، که متشکل از فرآیندهای اتمی متفاوت است، نیاز به داده های اتمی داریم. به عبارت دیگر اساس تشکیل ماتریس آهنگ بر داده های اتمی استوار است. عنصر مورد تحقیق در این پژوهش کربن است. در این بررسی ابتدا معادله آهنگ را در ساده ترین شکل و بار دیگر با احتساب تمام فرآیندهای اتمی محاسبه کرده ایم. با تهیه داده های اتمی برای کربن و تشکیل ماتریس آهنگ، جمعیت های یونی لایه k کربن (هیدروژن- مانند و هلیم-مانند) را در حالت پایا (steady state) و وابسته به زمان (time dependent) به دست آورده ایم.

حالت های غیرکلاسیکی میدان تابشی در تحقیقات اخیر اهمیت ویژه ای پیدا کرده اند. در این پژوهش ساختارهای ریاضی- فیزیکی کلی ای به منظور معرفی حالت های کوانتومی جدید متناظر با چند سامانه کوانتومی معین و شناخته شده ارائه و برخی رفتارهای غیرکلاسیکی آن ها بررسی شده است. برای نیل به این هدف، پس از مروری بر حالت های همدوس و ویژگی های آن ها، به بررسی برخی از تعمیم های صورت گرفته روی حالت های همدوس به ویژه حالت های همدوس غیرخطی که در دهه های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند، پرداخته ایم. سپس، با گسترش رهیافت مطرح شده به سامانه های کوانتومی حل پذیر با طیف گسسته ناتبهگن، شکل صریح حالت های همدوس تعمیم یافته متناظر با برخی سامانه های فیزیکی را به دست آورده ایم. برای ساخت حالت های همدوس متناظر با سامانه های کوانتومی حل پذیر با طیف تبهگن نیز روش جدیدی معرفی کرده و توانایی آن را با اعمال به چند سامانه کوانتومی تبهگن نشان داده ایم. در ادامه، حالت های همدوس برای طیف پیوسته را مرور کرده و ساختار عامی برای بنای حالت‏های همدوس برانگیخته برای سامانه‏های فیزیکی با طیف پیوسته را معرفی کرده ایم. سپس به طور خاص، به موضوع حالت های چلانده غیرخطی و حالت های چلانده متناظر با سامانه های کوانتومی با طیف گسسته ناتبهگن پرداخته و شکل صریح حالت های چلانده تعمیم یافته متناظر با چند سامانه ی فیزیکی را معرفی کرده ایم. در هر کدام از موارد فوق پس از معرفی ساختار و ارائه صورت بندی کلی، با بررسی پاره ای از معیار های غیرکلاسیکی و مطالعه آمار کوانتومی حالت های همدوس یا چلانده، نشان داده شد که چگونه هریک از حالت های کوانتومی مورد بحث، جنبه های زیبایی از غیرکلاسیکی بودن را از خود بروز می دهند. با توجه به این که ویژگی های کوانتومی سالیتون های اپتیکی در محیط های غیرخطی اخیرا مورد توجه قرار گرفته اند، به بررسی نظریه کوانتومی انتشار آن ها در فیبرهای اپتیکی نیز پرداخته و چلاندگی سالیتون های روشن و تاریک را بررسی و مقایسه کرده ایم. نتایج محاسبات نشان داد که نسبت چلاندگی برای هردوی آن ها با انتشار درون فیبر کاهش می یابد.

در این پژوهش ابتدا حالت های همدوس و چلانده را به عنوان مجموعه ی مهمی از حالت های کوانتومی معرفی و ویژگی های آن ها را بیان می کنیم. سپس به معرفی تعدادی از تعمیم های صورت گرفته روی حالت های همدوس می پردازیم. به ویژه، حالت های همدوس غیرخطی را به عنوان تعمیم جبری حالت های همدوس که در این پژوهش از اهمیت به سزایی برخوردارند مطرح و چند ویژگی این دسته از حالت ها را بیان می نماییم. سپس به معرفی چند سامانه ی فیزیکی مختلف از حالت های همدوس غیرخطی خواهیم پرداخت. معیارهای فیزیکی مانند تابع همبستگی مرتبه ی دوم، چلاندگی معمول، چلاندگی های مرتبه ی بالاتر، چلاندگی فاز، چلاندگی تعداد و پارامتر مندل را که تعیین کننده ی جلوه های غیرکلاسیکی حالت ها هستند به طور مختصر توضیح می دهیم. پس از معرفی کلی ترین برهم نهی حالت های همدوس غیرخطی، ویژگی های غیرکلاسیکی شان را بررسی کرده و رهیافت ارائه شده را برای چند سامانه فیزیکی معین به کار می بریم. در ادامه حالت های شبه- همدوس را معرفی نموده و ویژگی های غیرکلاسیکی آنها را که پیش از این بررسی شده است بیان خواهیم کرد. هدف اصلی این پژوهش تعمیم حالت های شبه- همدوس به حالت های شبه- همدوس غیرخطی است. در واقع، با برهم نهی خاصی از حالت های همدوس غیرخطی حالت های شبه- همدوس غیرخطی و شکل صریح آنها در فضای فوک را معرفی و ویژگی های غیرکلاسیکی این حالت ها را بررسی می کنیم. برای تحقق فیزیکی صورت بندی های ارائه شده آن را بر روی تعدادی از سامانه های فیزیکی با توابع غیرخطی معین به کار برده و جنبه هایی از غیرکلاسیکی بودن حالت های متناظر را تبیین می کنیم. در انتها نتایج را با حالت های شبه- همدوس مقایسه خواهیم کرد

در این پژوهش ابتدا حالت های همدوس و چلانده را به عنوان مجموعه ی مهمی از حالت های کوانتومی معرفی و ویژگی های آن ها را مورد مطالعه قرار داده ایم. سپس به معرفی برخی تعمیم های صورت گرفته روی حالت های همدوس پرداخته شده است. حالت همدوس بار استاندارد و حالت همدوس بار تغییرشکل یافته را معرفی و شکل صریح آن ها را به دست آورده ایم. در ادامه در یک طرح واره ی آزمایشی روشی را برای تولید حالت همدوس بار استاندارد ارائه کرده ایم. بعد از آن با استفاده از رهیافت نمایش که ویژه حالت مشترک عملگر مختصات نسبی و عملگر تکانه ی کل است، شکل صریح حالت همدوس دومدی بار را به دست آورده ایم. سپس نشان داده ایم که چگونه می توان حالت همدوس دومدی بار را با روشی غیر از روش مذکور نیز محاسبه کرد. با الهام گرفتن از رهیافت حالت های همدوس غیرخطی (تغییر شکل یافته یf-) عملگرهای آفرینش و نابودی بوزونی را به عملگرهای تغییر شکل یافته یf- تعمیم داده، حالت همدوس دومدی بار تغییر شکل یافته ی f- را معرفی و شکل صریح آن ها را به دست آورده ایم. به منظور تحقق فیزیکی صورت بندی ارائه شده، آن را برای تعدادی از سامانه های فیزیکی با توابع غیرخطی معین به کار برده ایم. در نهایت معیارهایی که مبین ماهیت غیرکلاسیکی حالت های معرفی شده هستند، مانند چلاندگی، پارامتر مندل، تابع همبستگی مرتبه ی دوم، تابع همبستگی مرتبه ی دوم بین دو مد، نامساوی کوشی- شوارتز و تابع شبه احتمال را در مورد حالت های معرفی شده مورد بررسی قرار داده ایم و نتایج را با آنچه که در مورد حالت های همدوس دومدی بار حاصل می شود مقایسه نموده ایم.

در این پایان نامه اثرهای پراکندگی رامان درون تپی و پاشندگی مرتبه سه بر توزیع زمانی و طیف بسامدی سالیتون های روشن و تاریکِ منتشرشده در یک فیبر شکست مضاعف بررسی شده است. پراکندگی رامان درون تپی باعث یک تأخیر زمانی، و انتقال انرژی بین قله های بسامدی طیف پالس شده و اثر پاشندگی مرتبه سه باعث شکسته شدن پالس به پالس های کوچک تر و انتقال مرکز پالس به سمت چپ یا راست پالس، و نیز باعث انتقال انرژی بین قله های بسامدی طیف پالس طی انتشار می شود. نشان داده ایم که اثرهای غیرخطی و پاشندگی مرتبه بالاتر در توان های بالا به دلیل غیرخطی بودن محیط، بر انتشار پالس اثر می گذارند ولی در محیط های خطی افزایش توان پالس ورودی تأثیری بر پالس خروجی نمی گذارد. در ادامه کلیدزنی تمام نوری در فیبرهای غیرخطی شکست مضاعف مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که انتقال انرژی بین پالس های کنترل و سیگنالِ منتشرشده در فیبر، از طریق بهره رامان پالس کنترل و در طول هم پوشانی دو پالس اتفاق می افتد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که کلیدزنی تمام نوری در مورد سالیتون های روشن ورودی اتفاق نمی افتد اما می توان با سالیتون های تاریک ورودی به کلیدزنی تمام نوری در یک فیبر شکست مضاعف دست یافت. ?

در یک محیط غیرخطی متناوب از نوع کر، موازنه ی پاشندگی سرعت گروه و اثرات غیرخطی می تواند به تولید "سالیتون گاف" منجر شود. فیبر توری براگ ازجمله ی این محیط هاست. متناوب بودن ضریب شکست در یک فیبر توری براگ سبب جفت شدگی موج های عبوری پیش رو و موج های بازتابیده ی پس رو می گردد، چگونگی انتشار در این محیط متناوب توسط معادلات جفت شده توصیف می شود. این معادلات ذاتاً غیر قابل حل هستند اما روش های غیرمستقیم متفاوتی مانند روش "چندمقیاسی" برای حل این معادلات پیشنهاد شده اند. در روش هایی که تاکنون ارائه شده از جمله ی شامل پاشندگی سرعت گروه، به دلیل کوچکی، صرف نظر شده است. در این پایان نامه با احتساب جمله ی مربوط به پاشندگی سرعت گروه، با استفاده از روش چندمقیاسی معادله ی شرودینگر غیرخطی اختلال یافته را به دست آورده و در نهایت با حل آن به سالیتون های گاف تاریک و روشن رسیده ایم. در ادامه با استفاده از روش های عددی به بررسی انتشار شبه پالس، به شکل سالیتون تاریک در توری های براگ غیرخطی پرداخته و برای طول های مختلف رفتار کلیدزنی آن ها را بررسی کرده و نشان داده ایم که می توان بر اساس دامنه ی ورودی، موج خروجی و انعکاسی را کنترل کرد و به یک کلیدزنی تمام نوری دست یافت. از این کلیدزنی ها به علت تمام نوری بودن آن ها، می توان برای طراحی سیستم های مخابراتی فوق سریع استفاده کرد. در انتها نیز با شبیه سازی انتشار پالس هایی به شکل سالیتون تاریک و سالیتون روشن در فیبر توری براگ به ازای طول ها و توان های ورودی متفاوت، شکل پالس های عبوری و بازتابیده را به دست آورده و نشان داده ایم که هم سالیتون های تاریک و هم سالیتون های روشن به زیرپالس هایی به صورت سالیتون روشن شکسته شده و با افزایش دامنه ی ورودی تعداد آن ها افزایش می یابد.در یک محیط غیرخطی متناوب از نوع کر، موازنه ی پاشندگی سرعت گروه و اثرات غیرخطی می تواند به تولید "سالیتون گاف" منجر شود. فیبر توری براگ ازجمله ی این محیط هاست. متناوب بودن ضریب شکست در یک فیبر توری براگ سبب جفت شدگی موج های عبوری پیش رو و موج های بازتابیده ی پس رو می گردد، چگونگی انتشار در این محیط متناوب توسط معادلات جفت شده توصیف می شود. این معادلات ذاتاً غیر قابل حل هستند اما روش های غیرمستقیم متفاوتی مانند روش "چندمقیاسی" برای حل این معادلات پیشنهاد شده اند. در روش هایی که تاکنون ارائه شده از جمله ی شامل پاشندگی سرعت گروه، به دلیل کوچکی، صرف نظر شده است. در این پایان نامه با احتساب جمله ی مربوط به پاشندگی سرعت گروه، با استفاده از روش چندمقیاسی معادله ی شرودینگر غیرخطی اختلال یافته را به دست آورده و در نهایت با حل آن به سالیتون های گاف تاریک و روشن رسیده ایم. در ادامه با استفاده از روش های عددی به بررسی انتشار شبه پالس، به شکل سالیتون تاریک در توری های براگ غیرخطی پرداخته و برای طول های مختلف رفتار کلیدزنی آن ها را بررسی کرده و نشان داده ایم که می توان بر اساس دامنه ی ورودی، موج خروجی و انعکاسی را کنترل کرد و به یک کلیدزنی تمام نوری دست یافت. از این کلیدزنی ها به علت تمام نوری بودن آن ها، می توان برای طراحی سیستم های مخابراتی فوق سریع استفاده کرد. در انتها نیز با شبیه سازی انتشار پالس هایی به شکل سالیتون تاریک و سالیتون روشن در فیبر توری براگ به ازای طول ها و توان های ورودی متفاوت، شکل پالس های عبوری و بازتابیده را به دست آورده و نشان داده ایم که هم سالیتون های تاریک و هم سالیتون های روشن به زیرپالس هایی به صورت سالیتون روشن شکسته شده و با افزایش دامنه ی ورودی تعداد آن ها افزایش می یابد.

این پایان نامه که هدف از انجام آن طراحی و ساخت نوسانگر پارامتری نوری (opo) در ناحیه بینابی فروسرخ میانی است از دو بخش نظری و عملی تشکیل شده است. بخش نظری آن شامل مطالعات بنیادی و شبیه سازی رایانه ای می باشد. مطالعات صورت گرفته را می توان در چهار محور کلی بیان نمود : مطالعات مربوط به بلور غیرخطی، مطالعات مربوط به لیزر دمش، مطالعات مربوط به مشدد و مطالعات مربوط به قطعات اپتیکی مورد نیاز. تمامی شبیه سازی ها توسط نرم افزار matlab انجام شده است. در این بخش، نسبت به حل عددی معادلات جفت شد? توصیف کنند? برهم کنش غیرخطی امواج دمش، سیگنال و ایدلر اقدام شده است که با استفاده از آن می توان به یک تقریب اولیه برای طول بهینه بلور غیرخطی دست یافت. سپس منحنی جورشدگی فاز در باز? شفافیت بلور kta و در صفحات xz و yz، با استفاده از آخرین معادلات سلمایر گزارش شده در مقالات، شبیه سازی شده است. داده های حاصله زاوی? بهین? برش بلور به منظور تولید دقیق فرکانس مطلوب را به دست می دهد. به علاوه، در صفحات ذکر شده، مقادیر ضریب موثر غیرخطی نیز شبیه سازی شده است. این کمیت مهم ترین پارامتر در تعیین بازده فرایند است و با محاسب? آن می توان از میان زوایای جورشدگی فاز ممکن، حالت بهینه را انتخاب نمود. رفتار دو پارامتر میزان آستانه دمش و زاوی? walk-off نیز شبیه سازی شده است. در پایان بخش شبیه سازی تحول زمانی برهم کنش در ساختار iopo مورد مطالعه قرار گرفته است که با استفاده از آن می توان به بازده تبدیل فرکانس و پروفایل زمانی پالس های تولید شده پی برد. کار آزمایشگاهی این پایان نامه با فعالیت مداوم در یک دور? زمانی نه ماهه صورت گرفته است و با برپایی چیدمان یک لیزر nd:yag کلیدزنی شده به روش غیرفعال شروع شد. پس از آن نسبت به برپایی چیدمان لیزر کلیدزنی شده به روش الکترواپتیکی و با استفاده از بلور linbo3، اقدام گردید و از آن به عنوان لیزر دمش استفاده شد. در نهایت چیدمان نوسانگر پارامتری نوری درون کاواکی (iopo) با استفاده از بلور غیرخطی kta برپا گشت.

سالیتون های نوری به امواجی گفته می شود که ضمن انتشار، شکل خود را حفظ می کنند و دچار اعوجاج و شکافتگی نمی شوند. بسته به این که پایداری این گونه موج ها در حوزه ی زمان یا فضا باشد سالیتون زمانی یا فضایی خواهد بود. گلوله های نوری سالیتون های فضازمانی هستند که بدون تغییر شکل فضایی و زمانی در محیط های غیرخطی و پاشنده منتشر می شوند و از معادله ی غیرخطی شرودینگر پیروی می کنند. در این پایان نامه، ابتدا به بررسی مفاهیم اولیه مورد نیاز در اپتیک غیرخطی و فیبرهای نوری، پرداخته و معادله ی غیرخطی شرودینگر را که سالیتون های نوری پاسخ های ممکن آن است معرفی کرده ایم. با حل عددی این معادله، اثرهای پاشندگی، غیرخطیت های مختلف و تغییر شرایط اولیه و همچنین محیط های لایه بندی شده را بر انتشار و پایداری این گلوله ها بررسی و شبیه سازی شد. افزایش ابعاد معادله ی غیرخطی شرودینگر برای انتشار گلوله های نوری در محیط کِر، به ناپایداری آن می انجامد و پایدار نگه داشتن فضا-زمانی این موج ها، نیازمند تغییر شرایط اولیه یا نوع محیط انتشار است. در نهایت ضمن معرفی کلیدزنی تمام نوری در مزدوج های موازی به بررسی کلیدزنی با گلوله های نوری پرداخته ایم و نشان داده ایم که گلوله ی نوری در موجبر تخت با غیرخطیت کِر نمی تواند تشکیل کلید تمام نوری صفر و یک دهد و تنها به یک تقسیم کننده ی 50-50 می انجامد.

در این رساله برای اولین بار از یک روش نیمه تحلیلی بر مبنای سری فوریه برای آنالیز انتشار پالس های نوری در فیبرهای توری براگ چیرپ شده و فیبرهای توری براگ دوره تناوب طولانی با در نظر گرفتن کلیه آثار غیرخطی در آنها ارائه شده است. در این روش با استفاده از آنالیز سری فوریه ابتدا معادلات پیچیده و غیر خطی تزویج مدها در فیبرهای توری براگ چیرپ شده و فیبرهای توری براگ دوره تناوب طولانی به یک معادله مشتق جزئی مرتبه اول ساده شده و سپس با استفاده از روش آنالیز عددی رانگ- گوتا مرتبه 4 و در نظر گرفتن مقادیر مرزی اولیه و همچنین روش تکرار ژاکوبی این معادلات حل می شوند. تاکنون راه حل کاملی برای حل این معادلات در فیبرهای توری براگ چیرپ شده ارائه نشده بود و فقط جواب های سالیتونی با برخی ساده سازی ها ارائه شده بود. در فیبر های توری براگ دوره تناوب طولانی هم تنها انتشار پالس های نوری بدون در نظر گرفتن اثرات غیر خطی و برخی ساده سازی های دیگر ارائه شده بود. در این رساله نشان داده شد که چیرپ موجب جابجایی طول موج براگ و همچنین موجب فشرده شدن پالس های منعکس شده و در توری های براگ دوره تناوب طولانی موجب جابجای طول موج تشدید می شود. همچنین اثرات پاشیدگی در فیبر های توری براگ هم به طور گسترده ای در هر دو نوع فیبر توری براگ چیرپ شده و فیبر توری براگ دوره تناوب طولانی مورد مطالعه قرار گرفت و نشان داده شد که پاشیدگی مرتبه اول موجب جابجایی زمانی در قله پالس ورودی شده و بسته به علامت آن به سمت چپ یا راست جابجا می شود و پاشیدگی مرتبه دوم موجب پهن شدگی پالس نوری و کاهش توان قله پالس نوری می گردد مطالعه اثرات غیر خطی هم نشان داد که با افزایش توان ورودی بیشتر خود را نشان میدهند و موجب جابجایی طول موج براگ و در نتیجه موجب اثر کلید زنی می شوند و به ازای توان های ورودی کم قابل چشم پوشی هستند.

در این پژوهش نخست حالت های همدوس را به عنوان کلاسیکی ترین حالت های کوانتومی معرفی کرده و به بیان ویژگی های آن خواهیم پرداخت. سپس حالت های همدوس گازیو- کلاودر و غیرخطی را به عنوان تعمیمی از حالت های همدوس معرفی کرده و برخی ویژگی های مهم آن ها را بیان می کنیم. در ادامه دینامیک بسته ی موج را به طور تحلیلی مورد مطالعه قرار داده ایم که در این مسیر تابع هم پوشانی را به عنوان بهترین ابزار نظری برای فهم رفتار کوانتومی بازگشت بسته ی موج، در تحولات زمانی طولانی به کار برده ایم. همچنین معیارهایی که بر غیرکلاسیکی بودن حالت ها دلالت دارند از جمله چلاندگی های مرتبه اول و دامنه ی مربعی، پارامتر مندل، تابع همبستگی مرتبه دوم، تابع توزیع فوتونی، توابع توزیع ویگنر و هوسیمی را معرفی کرده و به کمک آن ها ویژگی های غیرکلاسیکی حالت های معرفی شده و حالت های وابسته به زمانشان را مورد بررسی قرار می دهیم. در نهایت با در نظر گرفتن چند سامانه با $f(n)$ معلوم (و در نتیجه طیف معین) منحنی تغییرات این ویژگی ها را برای حالت های مذکور رسم کرده و توجه خود را به تحول زمانی این ویژگی ها معطوف خواهیم کرد. علاوه براین تابع هم پوشانی را به عنوان یک ویژگی فیزیکی برای حالت های نام برده به دست آورده ایم. حالت های همدوس گازیو- کلاودر، به عنوان حالت هایی که پایدار زمانی هستند و حالت های همدوس غیرخطی، به عنوان حالت هایی که پایدار زمانی نیستند را مورد مقایسه قرارداده ا یم.

وسایل پردازش تمام نوری مولفه های کلیدی برای مدارهای فوتونی مجتمع می باشد. دروازه منطقی یک طبقه بندی از وسایل فوق سریع در عملکرد بولی است که بر پایه مقادیری از سیگنال های ورودی عمل می کند. چون در دروازه منطقی کنترل به همان شکل فیزیکی یکسان به صورت داده می باشد بنابراین کنترل می تواند در بطن کلیدزنی گسترده شود. اصل عملکرد دروازه تمام نوری بر پایه تغییر خواص انتقال یک محیط غیر خطی توسط سیگنال های کنترل نوری می باشد. در اصل هر محیطی که غیرخطی نوری را نشان می دهد، می تواند در دروازه تمام نوری استفاده شود. در این کار عملکرد دروازه منطقی تمام نوری در یک مزدوج موازی غیر خطی متقارن که توسط مدولاسیون فضایی پالس عمل می کند، را بررسی می کنیم. عملکرد مزدوج موازی غیر خطی متقارن با توجه به اینکه دو تابع ورودی منطقی and/or ، که می تواند انتقال و پردازش سیگنال ها در شکل تمام نوری در دستگاهها tdm به کار برده شوند، بررسی شده است. در ابتدا، نتیجه اثر تغییر در پارامتر کدگذاری مدولاسیون فضایی پالس را ارزیابی می کنیم، برای موقعیت زمانی پالس خروجی، پاشندگی سرعت گروه را در هر دو حالت بی هنجار و بهنجار در محدوده انتشار پالس های ورودی، مدولاسون خودفاز غیر خطی (spm) و بدون اتلاف در انتشار پالس های ورودی در هسته های 1و2 مزدوج موازی غیر خطی را بررسی می کنیم. در این موقعیت چهار حالت ممکن برای دو دروازه منطقی ورودی با مدوله سازی، که پالس های ورودی 1و2 مجاز به تغییر در پارامتر کدگذاری است را تجزیه و تحلیل می کنیم.

لایه های نازک به طور گسترده ای در اپتیک، فوتونیک و تکنولوژی لیزر مورد استفاده قرار گرفته اند و کاربردهای فراوانی در ابزارهای اپتیکی مانند پوشش های ضدبازتاب، آینه های دی الکتریک، فیلترهای تداخلی، سلول های خورشیدی، موجبرها و ... دارند. با کشف خواص اپتیک غیرخطی و مشاهده آن در بسیاری از مواد آلی وغیرآلی، این شاخه از فیزیک وارد حیطه لایه‎‎ های نازک شد. امروزه مواد اپتیکی غیرخطی نقش مهمی در تکنولوژی فوتونیک، نانوفوتونیک و بیوفوتونیک ایفا می کنند. اغلب پدیده های غیرخطی مانند دوپایداری نوری، خودکانونی، سالیتون ها، تبدیل فرکانس و ... در ساختارهای لایه ای به خوبی مشاهده شده اند. با توجه به آن که معادلات ماکسول در محیط های غیرخطی همچنان برقرار می باشند، در این پایان نامه با گسترش معادلات از حالت خطی به غیر خطی و با استفاده از روش های عددی به مطالعه برخی از خواص اپتیکی لایه های نازک غیرخطی از جمله ضرایب بازتاب و عبور پرداختیم. برای موادی با اثر غیرخطی کِر ضریب شکست تابعی از شدت نور است و این باعث می شود که بازتاب و عبور از لایه های نازک با تغییرات شدت نور تغییر کنند. در نهایت با استفاده از این خواص به طراحی محدودکننده های نوری پرداختیم و همچنین تأثیر لایه های نازک کِر در تغییر شکل پرتو گاوسی ‎‎را مورد بررسی قرار داده ایم‏، و نشان داده ایم که با استفاده از لایه های نازک غیرخطی می توان قدرت تفکیک ابزارهای نوری را افزایش داد.

دست یابی به ساختار های مصنوعی الکترومغناطیسی با خواص مطلوب و قابل کنترل از سالیان گذشته همواره مورد توجه پژوهش گران بوده است. دسته خاصی از این ساختار ها تحت عنوان فرامواد از سال های پایانی قرن بیستم میلادی مورد توجه خاص قرار گرفته است. این ساختار های مصنوعی الکترومغناطیسی خواص جالبی از خود بروز می دهند که به طور معمول در مواد طبیعی یافت نمی-شود. علاوه بر این کاربرد های جالب و روز افزون این ساختار ها در علوم و فنون، این بخش از علم را به یکی از فعال ترین شاخه های فیزیک مبدل ساخته است. از آنجا که اپتیک غیر خطی واکنش یک سیستم مادی به میدان خارجی را به شدت وابسته می کند، هم اکنون ظهور فرامواد در بررسی های اپتیک غیر خطی، راهی تازه برای دست یابی به خواص غیر خطی فراتر از مواد معمولی ارائه می دهد. در این پایان نامه پس از ارائه فیزیک ساختار های فراماده در بستر نگاهی تاریخی، فرامواد غیر خطی و موجبر های فراماده را معرفی می کنیم. سپس معادلات مربوط به انتشار موج الکترومغناطیسی در موجبری با هسته فراماده را به دست آورده ایم. نشان می دهیم که معادلات به دست آمده دو معادله جفت شده نامتقارن است و با استفاده از نتایج آزمایشگاهی انتشار موج سالیتون پایه را شبیه سازی می کنیم. با استفاده از نتایج شبیه سازی درمی یابیم که جواب سالیتونی معادله شرودینگر، جواب سالیتونی این معادلات نیست. در نتیجه به بررسی جواب های سالیتونی این معادلات می پردازیم. در نهایت با رویکردی تحلیلی-عددی امکان انتشار امواج سالیتونی را مورد بررسی قرار داده ایم و به شبیه-سازی رفتار چنین امواجی توجه کرده ایم.

در این پژوهش نخست حالت های همدوس را به عنوان ویژه حالت های عملگر نابودی معرفی کرده و نگاهی گذرا به مهم ترین تعمیم های این حالت ها یعنی تعمیم جبری، گروهی و دینامیکی خواهیم داشت. سپس مروری بر برخی برهم نهی های ساخته شده تاکنون و نیز بررسی برخی ویژگی های غیرکلاسیکی آن ها داریم. در ادامه برهم نهی دو رده متفاوت از حالت های چلانده غیرخطی ( حالت خلاء چلانده غیرخطی و تک- فوتون چلانده غیرخطی) که اساساً بر مبنای نحوه ی تولیدشان تنها شامل پایه های عددی زوج و فرد در فضای فوک مربوطه هستند را با فاز نسبی ‎$ varphi $‎ معرفی می کنیم. همچنین معیارهایی که بر غیرکلاسیکی بودن حالت های به دست آمده دلالت دارند، از جمله پارامتر مندل، چلاندگی های معمولی و دامنه ی مربعی، تابع همبستگی مرتبه دوم، تابع توزیع ‎$ q(alpha)$‎ و چلاندگی در عملگرهای فاز و تعداد را معرفی کرده و به کمک آن ها ویژگی های غیرکلاسیکی حالت برهم نهی شده را به ازای فازهای نسبی مختلف بررسی و با ویژگی های غیرکلاسیکی مولفه های اولیه مورد مقایسه قرار می دهیم. سپس با درنظرگرفتن چند سامانه با ‎$f(n)$‎ معلوم (و در نتیجه طیف معین) منحنی تغییرات این ویژگی ها را برای حالت های مذکور رسم کرده و توجه خود را به بروز و ظهور این ویژگی ها معطوف خواهیم کرد. علاوه بر این فاز هندسی حالت های همدوس غیرخطی، چلانده غیرخطی و حالت های همزاد این حالت ها را براساس رهیافتی که پتی برای تعیین فاز هندسی هر سامانه کوانتومی طی تحول دلخواه ارائه نمود مورد مطالعه قرار خواهیم داد. نتایج به دست آمده از این رهیافت را بر چند سامانه فیزیکی با ‎$f(n)$‎ مشخص اعمال خواهیم کرد. درنهایت تحول فاز هندسی این حالت ها را برحسب شدت میدان تابشی، زمان و پارامترچلاندگی بررسی و نتایج عددی حاصل شده را تحلیل می کنیم.

ظهور فراماده گسترههای جدیدی از برهمکنشهای نور با ماده را گشوده است و موقعیتهای منحصربهفردی را برای کنترل نور ایجاد کرده است. توریهای براگ از جمله محیطهایی است که متناوب بودن ضریبشکست در آنها سبب جفتشدگی موجهای عبوری پیشرو و موجهای بازتابی پسرو میگردد. در این تحقیق با ترکیب فیبرهای توری براگ و فرامواد، رفتار تعدادی از ساختارهای پیشنهادی بررسی شده است. با توسعهی نظریهی مدهای جفتشده جهت توصیف انتشار امواج در ساختار توریهای براگ، معادلات حاکم بر توریهای فراماده برای اولینبار بهدست آورده شده است. این معادلات بهصورت عددی حل شدند و درستی آنها با روشهای تحلیلی برای حالتهای خاص مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به طراحی صورت گرفته در این ساختار قابلیت تنظیم ضخامتهای لایهها امکانپذیر است. نتایج شبیهسازیها نشان میدهد که ضخامت لایهها برروی جابجایی باند ممنوعه اثر میگذارد. همچنین با افزایشتعداد تناوبها در این ساختار پهنای طیف باند ممنوعه کاهشمییابد. با در نظر گرفتن آثار غیرخطی در معادلات جفتشده در فیبر توری براگ فراماده به شبیهسازی انتشار امواج در این ساختارها پرداخته شد. نتایج محاسبات که بهروش عددی صورت گرفت نشان میدهد که بیشینه پیکهای ثانویه در ضریب بازتاب در حالت غیرخطی افزایش مییابد. از نتایج حاصل برای طراحی کلیدزنی تمام نوری میتوان استفاده کرد.

استفاده از سوخت های فسیلی و دیگر انرژی ها همچون انرژی هسته ای خطراتی به دنبال دارد، که یکی از آن ها همان آلودگی هوای جهان است. بشر همواره در تلاش برای رسیدن به یک انرژی پاک و مناسب بوده است. با توجه به اینکه خورشید منبع رایگان و قابل دسترس انرژی است، امروزه نگاه ها به سمت استفاده از این انرژی معطوف شده است. در این راستا سلولهای خورشیدی نقش تبدیل این انرژی را به انرژی قابل استفاده برای بشر به عهده می گیرند. سلولهای خورشیدی سیلیکونی با بازده بالا و قیمت بالا و همچنین سلولهای خورشیدی نسل دوم و سوم با بازدهی کمتر اما قیمتی مناسب تر به بازار جهانی معرفی شده اند. ساخت سلولهای خورشیدی ارزان قیمت از اهمیت ویژه ای در تحقیقات برخوردار است. ما نیز با این هدف، ساخت سلول خورشیدی رنگدانه ای برای یافتن رنگدانه ای با کیفیت ثابت و قیمتی ارزان و بازده مناسب را مد نظر قرار می دهیم. در کنار ساخت و آزمون و خطاهایی که در این مسیر وجود دارد، شبیه سازی سلول خورشیدی رنگدانه ای را نیز انجام شده است. بدین طریق داده های به دست آمده از بررسی های عملی و نتایج به دست آمده از حل عددی معادلات حاکم بر سلول را بررسی خواهیم کرد.

چکیده: واژه ی سالیتون در سال 1965 مطرح و پیشرفت در زمینه ی سالیتون ها طی ده سال اخیر گسترش یافته است. اخیرا تحقیقاتی در انتشار سالیتون روی فرامواد صورت گرفته و مشاهده شده که فرامواد ابزار مناسبی برای تحریک سالیتون ها هستند. یک فراماده، ماده ی مرکب مصنوعی است که خواصی از خود نشان می دهد که در مواد موجود در طبیعت یافت نمی شود. بارزترین این خواص، ضریب شکست منفی است. در این پایان نامه، معادله ی غیر خطی شرودینگر حاکم بر انتشار سالیتون های فضایی روشن و تاریک در فراماده را با جملات پراش غیر خطی مرتبه ی سوم و پنجم گسترش داده و انتشار پالس، بخصوص سالیتون پایه که جوابی از معادله ی غیر خطی شرودینگر است را بررسی کرده ایم. با شبیه سازی انتشار سالیتون فضایی روشن پایه در یک موجبر مسطح غیرخطی با هسته ی فراماده، نشان داده ایم که پراش غیر خطی مرتبه ی سوم باعث پهن شدگی در سالیتون می شود و اثر کر نمی تواند آن را جبران کند و برای رسیدن به یک جواب سالیتون پایدار باید جملات دیگر به معادلات اضافه شود. با درنظرگرفتن اثر پراش غیر خطی مرتبه ی پنجم، نشان داده-ایم که این سالیتون پایه در هنگام انتشار ابتدا مقداری پهن و سپس بدون تغییر شکل در محیط منتشر می-شود که در محیط های معمولی این اتفاق نمی افتد و پالس معمولا به پهن شدگی خود ادامه می دهد، بنابراین به یک شکل سالیتونی پایه متناسب با سالیتونی که در معادله ی غیرخطی شرودینگر وجود دارد دست یافته-ایم. با بررسی اثرات غیرخطی مرتبه ی پنجم به شکل موجی می رسیم که در دوره های معینی شکل خود را تکرار می کند. این نوع شکل موج را متناظر با سالیتون مرتبه ی دوم در معادله ی غیرخطی شرودینگر در محیط های معمولی در نظر می گیریم. با شبیه سازی انتشار سالیتون فضایی تاریک پایه در همان موجبر، نشان داده ایم که بر خلاف انتشار سالیتون های فضایی تاریک در مواد معمولی که از پایداری خاصی برخوردار هستند، به نظر می رسد که در فرامواد، سالیتون های تاریک ناپایداری بیشتری از خود نشان می دهند و اضافه کردن اثرات غیرخطی و پراش غیرخطی مرتبه ی بالاتر باعث ایجاد اعوجاج بیشتر در پالس می شود.

با توجه به حجم زیاد اطلاعات و نیاز به افزایش سرعت در محاسبه و انتقال داده ها، تحولاتی در سال های گذشته صورت گرفته است که از جمله مهمترین آنها انتقال اطلاعات توسط فیبرهای نوری میباشد. مطالعه سالیتونهای نوری بدلیل ویژگیهای خاص خود و برنامه های کاربردی بالقوه از نظر پژوهشی، بخصوص در حوزه سیستمهای ارتباطی نوری سریع بسیار مورد توجه واقع شده است. در این پایان نامه انتشار سالیتونهای روشن و تاریک در ابزارهای فیبرنوری با حضور پراکندگی رامان درون پالسی را بررسی میکنیم، و با استفاده از نظریه اختلال سالیتون جوابهای حالت پایدار و همچنین شرایط ایجاد آنها بدست می آوریم. نشان میدهیم که، با استفاده از فیلتر نازک باند و بهره غیرخطی، انتشار سالیتون پایدار در طول فاصله های طولانی را میتوان در سیستمهای فیبر نوری در حضور پراکندگی رامان درون پالسی تحقق بخشید، و با شبیه سازی انتشار پالس این مساله را بررسی و مطالعه میکنیم.

کلیدزنی نوری یک ضرورت برای سیستم های مدرن ارتباطی و پایه اصلی ساخت عناصر منطقی و پردازشگرهای تمام نوری محسوب می شود. مزدوج موازی غیرخطی به عنوان کلید تمام نوری و عنصر منطقی، پتانسیل زیادی برای طراحی محاسبگرهای اپتیکی و سیستم های ارتباطی فوق سریع دارد. خودسرازیری نتیجه ای از شدت وابسته به سرعت گروه است و منجر به ناتقارنی در پهن شدگی طیف توسط خودفازی در پالس های با پهنای کم می شود. پراکندگی رامانِ درون پالسی اثراتی شبیه به خودسرازیری دارد. در این پایان نامه با توسعه معادلات غیرخطی شرودینگر (nls) برای کلیدهای تمام نوری مزدوج موازی و با در نظر گرفتن اثر خودسرازیری و پراکندگی رامانِ درون پالسی در مواد با پاشندگی منفی برای سالیتون های روشن و پاشندگی مثبت برای سالیتون های تاریک بوسیله روش عددی تلفیق کراک نیکلسون و روش تفاضلی پیشرو رفتار کلید را شبیه سازی کرده ایم. نتایج محاسبات نشان می دهد که اثرات خودسرازیری و پراکندگی رامانِ درون پالسی رفتاری مشابه دارند و باعث کاهش دامنه و همچنین باعث افزایش پهنای پالس خروجی می شوند و پالس خروجی را به سمت راست انتقال می دهند. و بالعکس در طیف فرکانس باعث افزایش دامنه و کاهش طیف فرکانس خروجی می شوند و طیف خروجی را به سمت چپ انتقال می دهند. این اثرات باعث تغییرات زیادی در انرژی کلیدزنی نمی شوند اما با افزایش این اثرات در سالیتون تاریک عمل سوییچینگ بهتر از سالیتون روشن اتفاق می افتد. بنابراین به علت پایداری که سالیتون-های تاریک نسبت به سالیتون های روشن دارند جایگزین مناسبی برای پردازش اطلاعات نسبت به سالیتون های روشن هستند.

ابتدا تغییر فازی به اندازه ? روی فیبر لیزر رامان dfb با ماده فعال سیلیکا با طول نسبتاً کوتاه اعمال کردیم.سپس با در نظر گرفتن پهنا و موقعیت تغییر فاز، تأثیر آن را بر روی توان خروجی و توان حالت آستانه بررسی و مشاهده شد که حالت آستانه به کمتر از یک وات می رسد در حالیکه یک توری با پارامترهای مشابه اما بدون تغییر فاز، حالت آستانه ای بیشتر از بیست وات دارد.در مرحله بعد با توجه به اینکه مواد چلکوجناید به دلیل داشتن ضریب شکست غیرخطی بالا و در نتیجه ضریب بهره رامان بالا، ابعاد لیزر را تا حد قابل ملاحظه ای کاهش می دهند، ماده چلکوجناید را به عنوان ماده فعال در فیبر لیزر رامان dfb استفاده کرده و تغییر فازی به اندازه ? روی آن اعمال کردیم. سپس به بررسی اثر پهنا و موقعیت تغییر فاز بر روی توان خروجی و توان حالت آستانه در این حالت پرداخته ایم. این بررسی نشان داد که توان حالت آستانه نسبت به مورد فیبر لیزرهای رامان با ماده فعال سیلیکا خیلی کاهش پیدا می کند. نهایتاً به بررسی اثر طول و پهنای تغییر فاز روی توان آستانه در فیبر لیزر رامان dfb با ماده فعال چلکوجناید پرداختیم و مشاهده کردیم که با کاهش طول و کاهش پهنای تغییر فاز، به کاهش بیشتر توان حالت آستانه میرسیم.

گسترش سریع سیستم های مخابراتی نوری با میزان بالای انتقال اطلاعات، نیاز به پردازشگرها و حسابگرهای نوری با سرعت فوق سریع، لزوم طراحی و توسعه ی کلیدها و عناصر حافظه نوری را بیش از پیش افزایش داده است. مزدوج های موازی غیرخطی یکی از عناصر نوری مهم در سیستم-های پردازش سیگنال جهت استفاده در ارتباطات و محاسبات اپتیکی هستند. در این پایان نامه فرایند کلیدزنی را در مزدوج های موازی غیرخطی نامتقارن دوهسته ای و سه هسته ای بررسی کرده و به طراحی مزدوج موازی غیرخطی به عنوان یک کلید خود کنترل کننده تمام اپتیکی پرداخته ایم. با شبیه سازی انتشار سالیتون روشن و تاریک در کلید با استفاده از روش عددی کرانک- نیکلسون و رونگ- کوتا روابطی ساده و نسبتا" دقیق بین طول کلید و پهنای پالس بر حسب توان مورد نیاز برای کلیدزنی در دو حالت تاریک و روشن بدست آورده ایم. از این روابط برای طراحی یک کلید بر اساس پارامترهای ماده مورد استفاده و ابعاد کلید می توان استفاده کرد. نتایج نشان دهنده این است که می توان به کلید زنی با پهنای پالس چند فمتوثانیه و طول چند میکرومتر رسید که این نوید دهنده ساخت مدارهای مجتمع نوری با سرعت های فوق سریع می باشد.

کلیدزنی نوری در ساخت سیستم های مخابراتی تمام نوری و دستگاه های پردازش سیگنال کاربرد زیادی دارد. مزدوج موازی غیرخطی یکی از عناصر نوری مهم در سیستم های پردازش سیگنال جهت استفاده در سیستم های ارتباطی می باشند که دارای کاربردهایی نظیر تقویت کننده ها، تضعیف کننده ها و کلیدهای نوری می باشند. در این پایان نامه به بررسی کلیدزنی برداری سالیتون تاریک و روشن در مزدوج های موازی متقارن و نامتقارن غیرخطی بر اساس فاز پالس ورودی پرداخته ایم. با شبیه سازی انتشار سالیتون روشن و تاریک در کلید با استفاده از روش عددی کرانک - نیکلسون و رانگ – کوتا و با در نظر گرفتن شرایط اولیه به کلیدزنی دست یابیم. نشان داده ایم که مزدوج موازی متقارن و نامتقارن می تواند به عنوان یک کلید سالیتونی بر اساس زاویه قطبش طراحی شود و با افزایش زاویه قطبش کلیدزنی بهتری را در مزدوج موازی خواهیم داشت و همچنین نشان داده-ایم که با کنترل فاز، مزدوج موازی می تواند به عنوان کلید سالیتونی تمام نوری با توان ورودی کمتر از توان بحرانی استفاده شود. سالیتون ها در طول انتشارشان در شکست دوگانه بالا نسبتاً با ثبات-ترند. تنها تفاوت قابل توجه این است که توان بحرانی کلیدزنی در مزدوج موازی شکست دوگانه پایین نسبت به شکست دوگانه بالا کمتر است و در نتیجه کلیدزنی با توان کمتری صورت می گیرد.

برهم کنش اتم-میدان یکی از مهم ترین مباحث در متون اپتیک کوانتومی به شمار می آید. ساده ترین و پایه ای ترین مسئله ای که در این حوزه ی پژوهشی قرار دارد، برهم کنش یک اتم دوترازی با یک میدان تابشی تک مد است، آن گونه که ترازهای اتمی با مد میدان در ناحیه ی تشدید یا در نزدیکی آن باشند. بسته به این که یک میدان کلاسیکی یا کوانتومی با اتم وارد برهم کنش شود، دو رهیافت کلّی پیش روی پژوهش گران خواهد بود: نظریه ی نیمه کلاسیکی و دیگری نظریه ی کاملاً کوانتومی. در رهیافت نیمه کلاسیکی، اتم کوانتومی و میدان کلاسیکی (یک موج الکترومغناطیسی) در نظر گرفته می شوند. حال آن که در رهیافت کوانتومی، که رساله ی حاضر اساساً مبتنی بر آن است، اتم و میدان تابشی هر دو کوانتیده می شوند و در چارچوب فرمول بندی مکانیک کوانتومی قرار می گیرند. \% در بسیاری از مسائلی که در حوزه ی مطالعاتی برهم کنش نور و ماده جای دارند (و البته در طبیعت نیز مشاهده می شوند)، رهیافت نیمه کلاسیکی می تواند توصیف درستی از پدیده ها را ارائه کند و در نتیجه نیازی به کوانتش میدان الکترومغناطیسی و استفاده از نظریه ی کوانتومی تابش نیست. امّا در کنار آن، پدیده هایی تجربی وجود دارند که میدان کلاسیکی (حتّی با در نظر گرفتن ماده به شکل کوانتومی) از تفسیر آن ها ناتوان است و توصیف درست آن ها تنها با کوانتش میدان الکترومغناطیسی ممکن می شود. به عنوان نمونه ای از نتایج جالب و هیجان انگیز کوانتش نور، انر ژی نقطه ی صفر و افت وخیزهای خلأ است که هیچ گونه مشابه کلاسیکی ندارند. نشان داده می شود که گسیل خودبه خود ناشی از برانگیختگی اتم در اثر همین افت وخیزها است. جابجایی لمبfootnote{lamb shift} از $ 2 p_{1/2} ightarrow 2 s_{1/2} $ در ترازهای اتم هیدروژن از این مسئله ناشی می شود. هم چنین، بررسی دقیق واپاشی اتمی زمانی تحقّق می یابد که برهم کنش اتم با مدهای خلأ مورد توجّه قرار گیرد. \% حتی در ساده ترین سامانه ی فیزیکی شامل برهم کنش میدان تابشی تک مد با یک اتم دوترازی، پیش گویی رفتار دینامیکی سامانه در نظریه های نیمه کلاسیکی و کوانتومی کاملاً متفاوت است. برای نمونه، اگر فرآیند واپاشی را در نظر نگیریم، نظریه ی نیمه کلاسیکی نوسان های رابی را برای وارونی جمعیت اتمی پیش بینی می کند، حال آن که نظریه ی کوانتومی اذعان دارد که پدیده ی فروافت و بازیافت رخ می دهد که نتیجه ی مستقیمی از کوانتش میدان تابشی است. به طور کلّی، نتایج حاصل از توصیف کوانتومی برهم کنش اتم-میدان حاکی از سازگاری بیشتر آن با برون دادهای تجربی، در مقایسه با رهیافت نیمه کلاسیکی است. \% با توجّه به اهمّیت موضوع، در فصل اوّل این پژوهش، برهم کنش یک سامانه ی دوترازی با یک میدان تابشی کوانتیده را مورد مطالعه قرار می دهیم که در پی آن، به الگویی دست می یابیم که مدل جینز-کامینگز نامیده می شود. سادگی نسبی این مدل، به همراه ظهور پدیده های شگفت انگیز با ویژگی های قابل توجّه فیزیکی، از جمله مشاهده ی فروافت و بازیافت در وارونی جمعیت ترازهای اتمی، که به تأیید تجربی نیز رسیده است، این مدل را در مرکز این زمینه ی پژوهشی قرار داده است. تاکنون تعمیم های زیادی در جهت تکامل این مدل به منظور ثبت پیش بینی های فیزیکی جدید و نیز انطباق بر تجربیات آزمایشگاهی انجام شده ارائه گردیده است که از آن جمله می توان به بستگی جفت شدگی اتم-میدان به شدّت نور میدان کاواک، برهم کنش در یک کاواک اپتیکی شامل محیط کِر (و اخیراً محیط کِر تغییرشکل یافتهfootnote{deformed kerr medium})، اتم های چندترازی به جای اتم دوترازی، اتم در حال حرکت به جای اتم ساکن، میدان های چندمدی به جای تک مد، گذارهای چندفوتونی به جای گذارهای تک فوتونی و... اشاره کرد. در فصل های دوم تا پنجم، الگوهای جدیدی از برهم کنش اتم-میدان با تکیه بر مدل جینز-کامینگز و با در نظر گرفتن اتم سه ترازی در پیکربندی نوع $ lambda $ معرّفی می شوند. سپس، برخی از مهم ترین ویژگی های غیرکلاسیکی شامل درهم تنیدگی کوانتومی بین زیرسامانه ها از طریق معیار آنتروپی فون نویمن، پارامتر مندل، پدیده های چلاندگی از طریق چلاندگی کوادراتورهای میدان، چلاندگی آنتروپی تعداد-فاز (با استفاده از رهیافت پگ-بارنت دومدی) و چلاندگی آنتروپی موقعیت-تکانه، و نامساوی کوشی-شوارتز، که برای آن ها کاربردهای متعددّ نظری و تجربی در زمینه ها ی پژوهشی اپتیک کوانتومی و پردازش اطّلاعات کوانتومی گزارش شده است، از طریق تجزیه و تحلیل عددی مورد ارزیابی قرار می گیرند. \% در فصل دوم، برهم کنش یک اتم سه ترازی نوع $ lambda $ با یک میدان دومدی در یک کاواک اپتیکی شامل محیط کِر و محیط کِر تعمیم یافتهfootnote{generalized kerr medium} (محیط کِر وابسته به شدّت) در یک رژیم با جفت شدگی اتم-میدان وابسته به شدّت مورد بحث می گیرد. سپس، با حل معادله ی شرودینگر وابسته به زمان، شکل دقیق تابع موج سامانه ی مورد نظر را به دست می آوریم و برخی از ویژگی های غیرکلاسیکی شامل آنتروپی فون نویمن، پارامتر مندل، چلاندگی دومدی کوادراتورهای میدان، چلاندگی آنتروپی تعداد-فاز (با استفاده از رهیافت پگ-بارنت دومدی)، چلاندگی آنتروپی موقعیت-تکانه، و نامساوی کوشی-شوارتز را مورد ارزیابی قرار می دهیم. در هر مورد، تلاش می کنیم که اثرات غیرخطّی موجود شامل محیط کِر (و محیط کِر تعمیم یافته)، پارامترهای نامیزانی و جفت شدگی وابسته به شدّت را مورد مطالعه قرار دهیم. هم چنین، نقش هر کدام از این پارامترها در بروز ویژگی های غیرکلاسیکی مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. \% فصل سوم به بررسی برهم کنش یک اتم سه ترازی نوع $ lambda $ با دو میدان تابشی کوانتیده ی جفت شده اختصاص دارد. در این برهم کنش که در یک کاواک اپتیکی محاط شده به محیط کِر صورت می پذیرد، فرض بر این است که میدان ها هم زمان وارد کاواک می شوند. با به کاربردن یک تبدیل کانونیک و با توجّه به شرایط اولیه ی ویژه ای که برای زیرسامانه های اتم و میدان در نظرگرفته می شود، تحوّل زمانی بردار حالت سامانه ی اتم-میدان به طور تحلیلی بررسی می شود. سپس برخی از ویژگی های غیرکلاسیکی سامانه از جمله وارونی جمعیت اتمی، آنتروپی خطّی، آنتروپی فون نویمن و چلاندگی آنتروپی مورد مطالعه قرار می گیرد. در هر مورد، تأثیر محیط کِر، پارامترهای نامیزانی و نسبت جفت شدگی های اتم-میدان (هریک از گذارهای اتمی متناظر با یک ثابت جفت شدگی است) روی ویژگی های غیرکلاسیکی اشاره شده به بحث گذاشته می شود. \% در فصل چهارم مدلی برای برهم کنش یک اتم در حال حرکت سه ترازی نوع $ lambda $ با یک میدان تک مد در حضور جفت شدگی وابسته به شدّت ارائه می شود. بعد از مشخّص کردن حالت اولیه ی کل سامانه ، شکل دقیق تابع موج سامانه ی مطرح شده با استفاده از عملگر تحوّل زمانی به دست می آید. پس از آن، بررسی برخی از ویژگی های غیرکلاسیکی نظیر درهم تنیدگی کوانتومی، چلاندگی آنتروپی موقعیت، چلاندگی کوادراتورهای میدان و آمار زیرپواسونی مورد توجّه قرار می گیرند. نشان می دهیم که عمق و بازه ی رفتار غیرکلاسیکی معیارهای مورد بررسی را می توان با انتخاب مناسب تابع جفت شدگی وابسته به شدّت و در نظر گرفتن حرکت اتم کنترل کرد. \% در نهایت، مطالعه ی برهم کنش بین یک اتم در حال حرکت سه ترازی نوع $ lambda $ و دو مد میدان، که هم زمان وارد کاواک می شوند، در فصل پنجم صورت می پذیرد. با به کاربردن یک تبدیل کانونیک و تحت شرایط اولیه ی خاص که برای اتم و میدان در نظرگرفته می شود، تحوّل زمانی بردار حالت کل سامانه به طور تحلیلی محاسبه می شود. پس از آن، دینامیک اتم با در نظر گرفتن وارونی جمعیت اتمی و دو معیار درهم تنیدگی شامل آنتروپی فون نویمن و آنتروپی خطّی مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. نشان داده می شود که می توان مقدار بیشینه ی کمّیت های فیزیکی موردنظر را با انتخاب مناسب پارامتر ساختار مد میدان و پارامترهای نامیزانی کنترل کرد.

در این پژوهش نخست حالت های همدوس را به عنوان مناسب ترین حالت ها برای توصیف میدان کلاسیکی معرفی کرده و برخی از ویژگی های آن ها را مورد مطالعه قرار داده ایم. علاوه بر این‏، بعد از مرور بعضی از معیارهایی که بر ویژگی های غیرکلاسیکی حالت ها دلالت دارند‏، حالت های همدوس فوتون-افزوده را معرفی کرده‏، ویژگی های آن ها و نیز نحوه تولید حالت های مذکور را بررسی کرده ایم. در ادامه‏، با مطالعه پدیده واهمدوسی به عنوان نتیجه ای از برهم کنش حالت کوانتومی با محیط و معرفی معادله جامع استاندارد‏، توجه خود را به محاسبه و تحلیل تابع ویگنر وابسته به زمان به عنوان ابزاری مناسب برای توصیف واهمدوسی معطوف نموده ایم؛ براساس این رهیافت‏، اثر واهمدوسی روی حالت های همدوس فوتون - افزوده در محیط حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. سپس به معرفی حالت های همدوس زوج (فرد) فوتون-افزوده که حد واسط حالت عددی و حالت های همدوس زوج (فرد) هستند‏، پرداخته و برخی از ویژگی های غیرکلاسیکی و نحوه تولید این حالت ها را بررسی کرده ایم. ‎ در نهایت‏، به منظور مطالعه واهمدوسی حالت های معرفی شده‏ در دو کانال حرارتی‎‏‎ و اتلاف فوتونی‎، با محاسبه تابع ویگنر وابسته به زمان این حالت ها در چارچوب معادله جامع‏، تحول زمانی این تابع را تجزیه و تحلیل کرده ایم. همچنین با در نظر گرفتن نتایج تحول زمانی بخش منفی تابع ویگنر در این دو کانال‏، مقایسه ای بین آن ها انجام شده است.

این پایان¬نامه که هدف آن شبیه¬سازی و طراحی لیزر تنظیم¬پذیر tea-co2 می¬باشد، از دو بخش مطالعات بنیادی و شبیه¬سازی تشکیل شده¬است. مطالعات صورت گرفته شامل: بررسی لیزر مولکولی co2، تخلیه گاز، روش¬های ایجاد پیش¬یونش در گاز، برانگیزش تراز بالایی لیزر، مدل دمایی فرآیند لیزر، مدل ریاضی، زمان¬های واهلش و معادلات انرژی استفاده شده در معادلات لاندائو-تلر می¬باشد. تلاش نموده¬ایم تا مجموعه¬ای از اطلاعات نسبتاً کامل در زمینه لیزر tea-co2، ارائه دهیم. تمامی شبیه¬سازی¬ها توسط نرم¬افزار matlab انجام شده¬است. نتایج شبیه¬سازی معادلات لاندائو-تلر که مربوط به انرژی ترازهای لیزر tea-co2 است را بصورت نمودارهایی برحسب زمان نشان داده¬ و با نمودار دمایی آن¬ها مقایسه کرده¬ایم. همچنین اثر تغییر نسبت فشار هر یک از گازهای تشکیل دهنده مخلوط گاز لیزر tea-co2 را بر توان خروجی، دمای گاز و تراز بالایی لیزر tea-co2شبیه¬سازی کرده¬ایم. در ادامه مناسب¬ترین طول را برای تشدیدگر و کاواک لیزری از بین طول¬های معمول که مورد استفاده قرار می¬گیرند، یافته¬ و نشان داده¬ایم که توان خروجی چگونه تحت تأثیر پارامتر بازتاب آینه خروجی قرار دارد و بهترین مقدار برای این پارامتر چیست. در نهایت ترازهای لیزری (با توجه به عدد کوانتومی چرخشی) را که بیشترین توان خروجی را برای طول موج (6/10-4/10) میکرومتر داشته¬اند به¬دست آوردیم. با استفاده از نمودارهای حاصل از شبیه¬سازی¬ انجام گرفته در این بخش، می¬توان نسبت مناسبی از فشار گازهای مختلف که تشکیل دهنده مخلوط گاز لیزر تنظیم¬پذیر tea-co2می¬باشد، به-دست آورد و لیزری بهینه طراحی نمود.

در این پژوهش ضمن بررسی انواع مشددها و پایداری آن ها به طراحی و شبیه سازی لیزر nd:yag با مشدد پایدار و ناپایدار پرداخته ایم. در ابتدا، با استفاده از پارامترهای یک سامانه لیزری که قبلا طراحی شده بود ، خصوصیات مشدد آن را با استفاده از روش ماتریس انتقال abcd با عناصر مختلط بررسی و شبیه سازی کردیم. سپس با معرفی آینه های گاوسی ماتریس انتقال آن را بدست آوردیم. با در نظر گرفتن یک لیزر nd:yag با آینه خروجی گاوسی، پارامترهای مختلف مشدد مانند شعاع انحنا، اندازه لکه، فاکتور کیفیت و حجم مد باریکه لیزر را به دست آورده و با حالتی که آینه خروجی یک آینه معمولی است، مقایسه کردیم. در ادامه پروفایل باریکه خروجی لیزر nd:yag را برای سه مشدد، با شبیه سازی بدست آوردیم. با روش ماتریس abcd و انتگرال پراش کالینز، باریکه خروجی از مشدد یک لیزر nd:yag با آینه خروجی گاوسی بدست آمد. برای انجام شبیه سازی انتشار باریکه ها را درون مشدد در رفت و برگشت های مختلف و با در نظر گرفتن تابع عبور مناسب، برای آینه خروجی، به دست آوردیم. این محاسبات را برای دو سیستم پایدار و ناپایدار مورد بررسی قرار داده و سیستم را دوباره طراحی کردیم و با تغییر فاصله المان های اپتیکی خصوصیات مختلف باریکه را با شبیه سازی مشخص کردیم.

چکیده در این پایاننامه ضمن بررسی سیر تحول لیزرهای حالت جامد خصوصاً لیزر nd:yag، بهعنوان یکی از پرکاربردترین و با اهمیتترین لیزرهای حالت جامد، فرآیندهای دمش اینگونه لیزرها را بررسی کردهایم. همچنین لیزرهای حالت جامد با دمش لامپ و دمش لیزردایود به طور جداگانه مطالعه شدهاند. کاواک لیزر nd:yag دمیده از پهلو بهوسیله لامپ برای کاواک تکبیضی و کاواک جفتشده نزدیک را بررسی و بازده انتقالی از لامپ به میله لیزری با استفاده از نرمافزار matlab شبیهسازی شده است. بازده انتقالی را برحسب شعاع میله لیزری، لامپ، خروج از مرکز بیضی و همچنین ابعاد عرضی برای هر دو کاواک بهدست آوردهایم. کاواک لیزر nd:yag دمیده از پهلو توسط لیزردایود برای یک کاواک پخشی با ساختار سه دایودی را شبیهسازی و بازده جذب بر حسب پهنای شکاف برای سه شکل پروفایل گاوسی، لورنتسی و لورنتس-گاوسی را بهدست آورده و با نمونه کاواک انعکاسی برای پروفایل گاوسی مقایسه کردهایم. در نهایت وابستگی بازده جذب به پارامترهای مختلف درون محفظه دمش برای هر سه پروفایل بررسی شده است.

کلیدزنی نوری یک ضرورت در شبکه های مخابراتی و سیستم های پردازش سیگنال است. مزدوج-های موازی غیرخطی یکی از عناصر نوری مهم در سیستم های پردازش سیگنال جهت استفاده در سیستم های ارتباطی می باشند که دارای کاربردهایی نظیر کلیدها، تقویت کننده ها، تضعیف کنده ها و غیره می باشند. در این پایان نامه ما فرایند کلیدزنی را در مزدوج های موازی غیرخطی دوهسته ای و سه هسته ای بررسی کرده و به طراحی مزدوج موازی غیرخطی به عنوان یک کلید خود کنترل کننده تمام اپتیکی پرداخته ایم. با شبیه سازی انتشار سالیتون روشن و تاریک در کلید با استفاده از روش عددی کرانک- نیکلسون و رونگ- کوتا روابطی ساده و نسبتا" دقیق بین طول کلید و پهنای پالس بر حسب توان مورد نیاز برای کلیدزنی در دو حالت پاشندگی منفی و مثبت به ترتیب برای انتشار سالیتون روشن و تاریک در کلید بدست آورده ایم. از این روابط برای طراحی یک کلید بر اساس پارامترهای ماده مورد استفاده و ابعاد کلید می توان استفاده کرد. نتایج نشان دهنده ی این است که می توان به کلیدزنی با پهنای پالس چند فمتوثانیه و طول چند میکرومتر در حالت انتشار سالیتون تاریک در مزدوج های موازی غیرخطی متقارن سه هسته ای رسید که متشکل از مواد چلکوجناید با ضریب شکست غیرخطی چندصد برابر شیشه سیلیکا می باشند که این خود نوید دهنده ی ساخت مدارهای مجتمع نوری دارای سرعتهای فوق سریع می باشد. کلید واژه: اپتیک غیر خطی، سالیتون های نوری،کلیدزنی، مزدوج های موازی غیرخطی چندهسته ای

ظهور فراماده گستره جدیدی از برهم کنش های نور با ماده را گشوده است و باعث ایجاد موقعیت های منحصر به فردی در کنترل نور شده است. ساختارهای فلز-دی الکتریک ازجمله محیط هایی هستند که متفاوت بودن ثابت های گذردهی باعث ایجاد امواج سطحی پیشرو و پسرو در آن ها می شود. یکی از قابلیت های این ساختارها کنترل امواج الکترومغناطیس با تغییرات ضخامت لایه¬های فلز و یا دی الکتریک است. از آنجا که رفتار یک محیط پلاسمایی در شرایطی خاص شبیه به رفتار فلزی است، در قسمت هایی از این تحقیق با جایگزین کردن محیط پلاسما با فلز امکان انتشار امواج سطحی را بررسی کرده¬ایم؛ این کار باعث می شود که با سود جستن از تغییر پارامترهای پلاسما ازجمله میدان مغناطیسی نحوه انتشار موج را کنترل کرد؛ اما با توجه به اهمیت انتشار امواج سطحی در موجبرهای متناوب فلز-دی الکتریک و شرایط خاصی که از نتیجه جفت¬شدن این موجبرها ایجاد می شود با توضیح معادلات حاکم بر انتشار موج، به روش ماتریس انتقال و همچنین انتشار پالس های سالیتونی پایه، نحوه تولید و انتشار امواج سطحی غیرخطی را مورد بررسی قرار داده ایم.

کلیدزنی یک عمل اساسی در شبکه های مخابراتی، کامپیوترهای رقمی و سیستم های پردازش سیگنال است. توسعه سیستم های مخابراتی نوری با نرخ بالای انتقال اطلاعات، نیاز به طراحی مدارهای منطقی و کلیدهای تمام نوری را بیش از پیش افزایش داده است. مزدوج های موازی غیرخطی یکی از عناصر نوری مهم جهت استفاده در ارتباطات و محاسبات اپتیکی است که باعث جذابیت های زیاد تحقیقاتی شده است. تعداد زیادی از کاربردهای این ابزار نظیر مدوله کننده ها، سوئیچ ها، تقویت کننده ها، تضعیف کننده ها و عناصر منطقی نظیرand, xor, nand, or گزارش شده است. در این پایان نامه ما فرایند کلیدزنی را در مزدوج موازی غیرخطی دوهسته ای و سه هسته ای بررسی کرده-ایم. برای مزدوج سه هسته ای سه مدل مثلثی (tnldc-t)، تخت نوع اول (tnldc-p1) و تخت نوع دوم (tnldc-p2) در نظر گرفتیم. هسته ی تمام این مزدوج ها به صورت فیبر تک مد بدون اثرات جذب، اتلاف، پاشندگی و به صورت کاملا متقارن می باشند. همچنین ورودی این مزدوج ها یک بار با موج پیوسته (cw) و بار دیگر شبه پالس ایستا می باشد. این مزدوج های موازی به عنوان یک سوئیچ خودکنترل کننده ی تمام نوری طراحی شده اند. در مدل مثلثی تفاوتی نمی کند که هسته ی کنترلی را کدام هسته در نظر بگیریم اما در مدل تخت بسته به اینکه کدام هسته را لحاظ کرده ایم، به دو مدل نوع اول و نوع دوم تقسیم می شود. با استفاده از مزدوج های فوق می توانیم دروازه های منطقی and, or, nor, xor, nxor, not, nand را طراحی کرده و تنها تفاوتی که با طراحی سوئیچ دارد این است که در مدار منطقی کنترل توسط تغییر فاز سیگنال صورت می گیرد در حالیکه در طراحی سوئیچ کنترل توسط دامنه سیگنال انجام می شود. کارایی دروازه های منطقی که طراحی کرده ایم به روش مرسوم مدارهای منطقی (fomelg) بررسی شده است و در نهایت با استفاده از این دروازه ها یک نیم جمع کننده تمام نوری طراحی کرده ایم.

در این تحقیق، ابتدا به طور مختصر حالت های عددی جابجاشده را به عنوان اساس پژوهش حاضر معرفی کرده ایم. آنگاه پس از مروری کوتاه بر حالت های عددی جابجاشده غیرخطی غیرمستدلی که اخیرا معرفی شده اند، سعی کرده ایم همین کار را با شیوه ای منطقی و سازگار انجام دهیم. در واقع با درنظرگرفتن: 1) ‎‎ ‎روش حالت های همدوس غیرخطی ‎2)‎ مفهوم حالت های همزاد ‎ 3)‎ رویکرد گروهی و جبری به منظور پی بردن به ساختار حالت های همدوس، سه نوع مجزا از حالت های همدوس غیرخطی را معرفی کرده ایم. در ادامه با انتخاب تعدادی از توابع غیرخطی، برخی از ویژگی های غیرکلاسیکی حالت های معرفی شده از جمله آمار زیرپواسونی، چلاندگی و توابع توزیع را با محاسبات عددی بررسی کردیم. همچنین نشان دادیم که با انتخاب توابع غیرخطی مناسب و پارامترهای مرتبط با آن ها‏، عمق و گستره نواحی غیرکلاسیکی را می توان کنترل کرد.

تشدیدگرهای حلقوی که اولین بار توسط مارکاتیلی پیشنهاد شدند به دلیل ویژگی های برجسته آنها از مدتها قبل برای دستیابی به لیزر با پهنای بینابی کوچک مورد نظر بوده اند. تشدیدگر حلقوی مجموعه ای از موجبرهایی است که از یک حلقه بسته تشکیل شده و یک جفت کننده برای درگاه ورودی و خروجی. این تشدیدگرها ابزارهای فوتونیکی می باشند که با آرایش های مختلف و در ابعاد میکرومتری ساخته می شود و دارای کاربردهای زیادی از جمله در فیلتر های نوری، تقویت کننده های نوری، کلید ها و دروازه منطقی بوده و دارای انواع مختلفی نظیر میکرو کره، میکرو دیسک، میکرو حلقه هستند. در اینجا به بررسی انتشار پالس درون تشدیدگر حلقوی پرداخته ایم. برای این کار از تبدیلات فوریه و معکوس آن استفاده کردیم. ابتدا با استفاده از تبدیل فوریه پالس ورودی را از حوزه زمان به حوزه فرکانس تبدیل می کنیم و در این حوزه پالس را به قطعه های مساوی تقسیم می کنیم و متناظر با دامنه هر قسمت پاسخ فرکانسی در خروجی محاسبه و نهایتاً خروجی در حوزه زمان با تبدیل معکوس فوریه بدست می آید. ما از این روش استفاده کردیم و رفتار انتشار پالس با پهناها و توان های ورودی متفاوت داخل ریزتشدیدکننده ها به صورت تک حلقه و سه حلقه شبیه سازی کردیم با توجه به اهمیت سالیتون های روشن و تاریک به بررسی انتشار سالیتون ها در داخل این ریزحلقه ها پرداختیم. با توجه به نقش مهم سالیتون ها در انتقال اطلاعات با سرعت خیلی بالا به نظر می رسد تحقیق در این موارد برای طراحی کلیدهای تمام نوری از اهمیت بالایی برخوردار باشد. کلید واژه: سالیتون، تشدیدکننده حلقوی

دوپایداری نوری می تواند در محیط های غیرخطی، به علت جذب و شکست غیرخطی پد ید آید. به علت رفتار تشدیدکننده فابری ـ پرو و مقدار کم جذب در محیطهای نوری، اثرات ضریب شکست غیرخطی بر روی دوپایداری خیلی بیشتر از اثر جذب است و در نتیجه در اینجا، دوپایداری نوری صرفا ناشی از اثرات غیرخطی ضریب شکست را بررسی کردهایم. در ساختارهای دورهای متشکل از جفت?یههای متناوب با ضریب شکست مثبت و منفی، جفتشدگی دامنه موجهای پیشرو ?یه قبلی و پسرو ?یه بعدی، از تضعیف بیش از اندازه دامنه موج جلوگیری کرده و در مقایسه با ساختار متداول، به نوعی دامنه موج در داخل کاواک افزایش می یابد. در این تحقیق، با توجه به مشخصات الکترومغناطیسی مواد، به تفکیک آنها پرداخته و ویژگی مواد با ضریب شکست منفی را بیان کرده ایم. با معرفی یک ساختار دوره ای متناوب، متشکل از مواد با ضریب شکست مثبت و منفی، یک تشدیدکننده فابری ـ پرو در ابعاد نانو، در بازه فرکانسی تراهرتز طراحی کرده ایم. ضریب عبور آن را در حضور بهره و بدون آن با روش ماتریس انتقال بررسی کرده و با درنظر گرفتن نانوکاواک به عنوان یک محیط غیرخطی کر، دوپایداری نوری را در این ساختار بررسی و شبیه سازی کرده ایم. نتایج نشان می دهند به ازای تغییر فرکانس، ضریب عبور در این ساختارها نسبت به حالت معمول تغییرات قابل توجهی دارند و رفتار دوپایداری نوری از خود نشان می دهند.

در این پژوهش ابتدا حالت های همدوس و چلانده را به عنوان مجموعه مهمی از حالت های کوانتومی معرفی و ویژگی های آنها را مورد مطالعه قرار داده ایم.سپس به بررسی تعمیم های صورت گرفته روی حالت های همدوس پرداخته شده است.

پرتوهای منتشر شده از لیزر با قرار دادن آشکارساز در مقابل مسیر مستقیم پرتو و در خارج از مسیر اصلی پرتوی لیزر آشکارساز می شوند. به دلیل پراکندگی پرتوهای لیزر توسط دهانه ی خروجی لیزر و ذرات معلق در محیط امکان آشکارسازی پرتو در خارج از محور پرتو لیزر وجود دارد. سهم نسبی این منابع در آشکارسازی خارج از محور به عوامل متعددی مانند ویژگی لیزر و آشکارساز، شرایط هواشناسی، فاصله خارج از محور لیزر و چگالی ذرات محیط بستگی دارد. در این تحقیق به دلیل اهمیت اثر ذرات معلق بر شدت تابش خارج از محور، با استفاده از نظریه پراکندگی مای برای ذرات کروی و مدل ارائه شده توسط روی و رید اثر تابش مستقیم و پراکندگی از ذرات معلق را بر شدت خارج از محور مورد بررسی قرار داده ایم. میزان شدت خارج از محور پرتو لیزر را برای چهار توزیع از چهار نوع ذره معلقِ خشک در فاصله های خارج از محور و زاویه های پراکندگی متفاوت شبیه سازی کرده و مورد بحث قرار داده ایم. ما اثر توزیع و نوع ذرات بر شدت تابش خارج از محور را محاسبه و توسط نمودارها نشان داده ایم. ذرات با مقادیر توزیع اندازه ی بزرگتر و با قسمت حقیقیِ ضریب شکست بزرگتر میزان شدت خارج از محور بیشتری را ایجاد می کنند. با افزایش زاویه ی پراکندگی تا °90 و فاصله ی لیزر تا آشکارساز در راستای محور لیزر شدت کاهش می یابد.

در این پژوهش ابتدا به مروری بر حالت استاندارد، حالت همدوس فوتون-افزوده و انواع تعمیم های آن ها پرداخته ایم. پس از آن با استفاده از الگوی جینز- کامینگز در بر هم کنش یک اتم دو ترازی با میدان کوانتیده تک مد که دارای راه حل کاملا ساده یی در تقریب rwa است، به هامیلتونی برهم کنش اتم-میدان را یافته و در نهایت به یک حالت درهم تنیده دست یافته ایم که دامنه های احتمال آن با داشتن شرایط اولیه اتم و میدان تعیین می شوند. بنابراین این الگو و تعمیم های آن به عنوان یکی از روش های ساده تولید حالت تنیده برهم کنش اتم-میدان شناخته می شود. این حالت های تنیده اساس پژوهش حاضر است.

در سیستم های فیبر نوری با نرخ تبادل داده بالا، کنترل پلاریزاسیون از اهمیت بالایی برخوردار است. با توجه به وجود نقص در فیبرهای نوری و موجبرها، نور با پلاریزاسیون مختلف با سرعت گروه های مختلف در موجبر منتشر می شود. برخی از دستگاه های بر روی یک تراشه فوتونی می تواند حساس به حالت پلاریزاسیون باشد. بنابراین یک راه ساده برای کنترل پلاریزاسیون استفاده از یک مبدل پلاریزاسیون می باشد. ابزارهای کنترل پلاریزاسیون مبدل ها و جدا کننده ها می باشند که می-توان آنها را به صورت ادوات فعال و ادوات غیر فعال طراحی و پیاده سازی کرد. تا کنون، انواع مختلفی از مبدلهای پلاریزاسیون با مواد linbo3، inp، سیلیکون بر روی عایق (soi)، و فن آوری لایه نشانی inp بر روی سیلیکون(imos) گزارش شده است. مبدل های پلاریزاسیون غیرفعال به صورت پیکربندی نامتقارن دوره ای، موجبر زاویه دار، موجبر خم، موجبر مستقیم با شیار h، و موجبر شیار دار گزارش شده اند اما طول کلی آنها بسیار بزرگ است (به عنوان مثال در حد چند صد مایکرومتر). کوچکترین مبدل پلاریزاسیون مبتنی بر تکنولوژی soi با طول بسیار کوتاه 2µm و ساختار هندسی مثلثی گزارش شده است. با افزایش اختلاف ضریب شکست لایه های هسته و پوشش می توان طول مبدل را کاهش داد در این پایان نامه چند نوع مبدل پلاریزاسیون جدید مبتنی بر ساختار اریب ارائه گردیده اند. این ساختارها با استفاده از روش المان محدود (fem) و روش انتشار پرتو (bpm) به صورت دو و سه بعدی تحلیل شده اند. در این ساختار مواد لایه هسته و پوشش به ترتیب ingaasp (یا si) و sio2 می باشند. مواد inp در صفحه <001> دارای زاویه خوردگی 35 درجه و برای صفحه نوع <111> دارای زاویه خوردگی 54.26 درجه و برای ماده si به ترتیب دارای زاویه خوردگی 34.6 و 52 دزجه می باشد. نتایج شبیه سازی برای شبیه سازیهای دو و سه بعدی نشان می دهد که طول مبدل پلاریزاسیون در طول موج 1.55um به کمتر از 1um با بازدهی بالای 95% می رسد که در نوع خود بهترین گزارش تاکنون می باشد.

در این رساله با هدف طراحی کلیدها و حافظه¬های تمام نوری به مطالعه¬ی انتشار پالس¬ در توری براگ فیبر غیرخطی از جنس چلکوجناید پرداخته¬ایم. با حل عددی معادلات حالت جفت¬شده حاکم بر انتشار امواج در توری¬های براگ فیبر غیرخطی، دوپایداری و سه¬پایداری را برای انتشار امواج پیوسته مطالعه و رفتار آن¬ها را بررسی کرده¬ایم. عوامل موثری مانند طول¬موج ورودی، طول توری فیبر و ضریب شکست¬ غیرخطی مرتبه سوم را بر مشخصات دوپایداری و سه¬پایداری برای حالت موج پیوسته بررسی کرده¬ و دوپایداری و سه¬پایداری را بر اساس این پارامترها بهینه¬سازی کرده¬ایم. پالس¬های با پهنای بیشتر از 10 نانوثانیه به¬عنوان شبه¬پالس (یا شبه-موج پیوسته) در نظر گرفته شده و پردازش سیگنال برای پالس¬های ورودی به¬دست آمده است. در حالت شبه¬پالس، هر نقطه از پالس به¬صورت دامنه¬ی یک موج پیوسته در نظر گرفته شده، سپس پالس خروجی مشابه یک موج پیوسته به¬دست آمده است. هم¬چنین با در نظر گرفتن پارامترهای مناسب توانستیم امواج مربعی و دندان اره¬ای را به¬دست آوریم. برای شبیه¬سازی انتشار پالس برای پهناهای پالس کمتر از 10 نانوثانیه، یک روش محاسباتی را به¬صورت یکتا پیدا کردیم. در این روش از تبدیلات فوریه، تبدیلات فوریه معکوس و روش رانگ-کوتا استفاده شده است. در نهایت انتشار امواج سالیتونی روشن و تاریک در توری براگ فیبر سه-پایدار بررسی شده است. نتیجه¬ها نشان می¬دهند که می¬توان از توری براگ فیبر به¬عنوان یک سامانه¬ی تولید امواج، پردازش¬گر سیگنال، یک سامانه¬ی کلیدزن و حافظه¬ی تمام نوری سه¬تایی استفاده کرد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

در این رساله توانستیم با حل معادلات حاکم بر توری های براگ به روش سری فوریه و با استفاده از تکرار گوس سایدل انتشار پالس را بطور کامل و همراه تمام آثار غیر خطی را بررسی کنیم. تا بحال این معادلات حل نشده بود و فقط بعضی جواب های سالیتونی آن با فرضیات ساده سازی ارائه شده بود. از جمله نکات موجود در این معادلات اینست که را نمی توانستیم فقط از روش سری فوریه برای حل این معادلات استفاده کرد زیرا این روش برای حل معادلات با شرایط اولیه مفید بوده در صورتی که معادلات ما از نوع شرایط مرزی استطی حل این معادلات نشان دادیم که توری های براگ دارای پاشیدگی خیلی زیادی بوده و پالسی که در فیبر معمولی در طول 50 کیلومتر پهن می شود در این وسیله ها با طول چند میلیمتر به همان اندازه پهن می شود. همچنین نشان دادیم که وجود پاشیدگی مرتبه اول باعث جابجایی زمانی در قله پالس ورودی شده و با توجه به به علامت آن به سمت چپ و راست شیفت می یابد. در نهایت نشان دادیم که در دامنه های کم اثرات غیرخطی قابل چشم پوشی بوده و تاثیری در حالت فیلتری توری ها ندارد ولی با افزایش دامنه سالیتون ورودی دیده می شود که فرکانس براگ به علت اثر کر جابجا شده و فرکانس مرکزی پالس دیگر در باند ممنوعه قرار نمی گیرد و در نهایت پالس از فیبر عبور کرده و اثر کلیدزنی در توری های براگ ایجاد می شود که این اثر نیز با افزایش دامنه افزایش می یابد.