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.

امواج تراهرتز معمولاً به امواجی در بازه فرکانسی (100ghz-30thz) اطلاق می گردد. این امواج کاربردهای وسیعی در صنعت پزشکی، بیولوژی، عکسبرداری، مخابرات ایمن و باند پهن و ... دارد. از طرف دیگر مواد نیتریدی و بخصوص نانوساختارهای آنها، تحت میدانهای الکتریکی قوی از خود خاصیت ndr نشان می دهند لذا انتظار می رود با طراحی و مدل ساختاری بتوان امواج تراهرتز از ادوات مربوطه تولید نمود. در طرح شرایط متفاوت ایجاد ndr در این ساختارها بررسی و چگونگی تولید و آشکارسازی امواج تراهرتز بیان می گردد

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.

امروزه استفاده از چاه های کوانتومی برای آشکارسازی، لیزرزایی و....مورد توجه فراوان قرار گرفته است که این ساختارها از در کنار هم قرار گرفتن نیم رساناهایی با گاف پهن و باریک تشکیل می شوند. مزیت استفاده از لیزرهای چاه کوانتومی آن است که برای تولید یک طول موج مورد نظر نیازی به تغییر نوع ماده نخواهد بود و تنها با تغییر ضخامت لایه چاه و جابجایی در ترازهای انرژی، طول موجهای متفاوتی را می توان تولید کرد. در طی مطالعات و تحقیقات گسترده ای که تا کنون انجام شده است چاه های کوانتومی با موادی بر پایه gaas مد نظر بوده است اما به تازگی چاه های کوانتومی با مواد نیتریدی مورد توجه عموم محققین قرار گرفته است. در سالهای اخیر مواد نیتریدی کاربردهای بسیار ارزشمندی در صنایع الکترونیک، اپتوالکترونیک، صنایع نظامی و... پیدا کرده اند. از این میان ساختارهای نامتجانس نیتریدی بخصوص ?al?_x ?ga?_(1-x) n/gan مورد استفاده قرار گرفته است. از خواص مواد نیتریدی می توان به بزرگ و مستقیم بودن گاف انرژی، رسانندگی حرارتی بالا و وجود اثرات قوی قطبش پیزوالکتریکی و خودبه خودی این مواد اشاره کرد. در این پایان نامه ضمن مدل سازی ناحیه فعال یک لیزر چاه کوانتومی مواد نیتریدی اثرات تمامی پارامترهای فیزیکی ادوات، از جمله عرض چاه و سد، دما، اثرات قطبش و... بر روی بهره نوری محاسبه و بهره بهینه به دست خواهد آمد

آزمایش هانبری براون و توییس (hbt) اولین آزمایش همبستگی مرتبه دوم (همبستگی دوفوتونی) بود. آزمایش های همبستگی مرتبه دوم از لحاظ کاربردی اهمیت زیادی دارند. تصویرسازی گوست با نور شبه حرارتی نوعی آزمایش همبستگی دوفوتونی نوظهور است و کاربرد های جالب و فراوان دارد. مهمترین کاربرد آن، انتقال با امنیت اطلاعات است. سرعت عملکرد بالا، امکان پنهان کردن اطلاعات در چندین بُعد (مانند فاز، طول موج، فرکانس فضایی و یا پلاریزاسیون ) و عدم دسترسی افراد غیر مجاز به اطلاعات حفاظت شده از جمله مزایای رمزنگاری اپتیکی بر اساس تصویرسازی گوست است. در یک چیدمان تصویرسازی معمولی، نور بر جسم می تابد و یک سیستم تصویر برداری و در ادامه ی آن یک سیستم آشکارسازی در دسترس هستند. حال آنکه در تصویرسازی گوست، اطلاعات جسم با اندازه گیری همبستگی جریان های نوری بازسازی می شود. تصویرسازی گوست اولین بار با استفاده از منبع دوفوتونی در هم تنیده انجام شد و به علت در هم تنیدگی فوتونی منبع، یک پدیده ی کوانتومی به شمار می آمد. پس از مدتی تحقیق های جدید تجربی و تئوری نشان دادند که تصویرسازی گوست با استفاده از منبع نور شبه حرارتی ناهمدوس نیز امکان پذیر است. همه ی فیزیک دانان معتقدند که از لحاظ تکنیکی، اطلاعات حاصل از آزمایش های همبستگی دوفوتونی با منبع نور شبه حرارتی (از جمله آزمایش تصویرسازی گوست با منبع نور شبه حرارتی) در نوسانات شدت است. درحالیکه در تفسیر فیزیکی اینکه چرا منبع نور شبه حرارتی چنین رفتاری در نوسانات شدت از خود نشان می دهد ، فیزیک دانان دچار اختلاف نظر هستند: تفسیر کلاسیکی همبستگی در نوسانات شدت را به علت وجود همبستگی آماری در تابش رسیده به دو آشکارساز می داند. حال آنکه عده ای از فیزیک دانان معتقدند که پدیده تداخل دوفوتونی کوانتومی اتفاق می افتد و الگوی مدولاسیون در نوسانات شدت ظاهر می شود. در یک چیدمان تصویرسازی گوست، باریکه اسپکل با استفاده از یک شکافنده ی باریکه به دو باریکه اسپکل یکسان تقسیم می شود: باریکه مرجع و باریکه جسمی. باریکه مرجع مستقیمأ به یک آشکارساز آرایه ای فرستاده می شود. باریکه جسمی ابتدا بر جسم می تابد و با آن اندرکنش می کند و سپس به آشکارساز تک پیکسلی (آشکارساز بوکت) می رسد. با اندازه گیری همبستگی بین توزیع شدت در بازوی مرجع با تعداد کل فوتون های شمارش شده در بازوی جسمی، تصویر جسم بازسازی می شود. در این پایان نامه، با استفاده از شبیه سازی های عددی، اثر تعداد شات های میدان اسپکل، اندازه جسم و اندازه اسپکل را بر تباین تصویر بررسی کرده ایم. در ادامه تأثیر همبستگی آماری در منبع، اندازه منبع نسبت به جسم و نحوه توزیع الگوی اسپکل در منبع نور شبه حرارتی را بر بازسازی تصویر جسم شبیه سازی کردیم.

لیزر های سالیتون کاواک به عنوان ابزاری کارا و قدرتمند در زمینه ی پردازش نوری اطلاعات محسوب می شوند. در این ابزارهای لیزری، نور لیزر فقط از نقاط خاصی از صفحه ی وسیع کاواک vcsel ساطع می شود. به طور کلی سالیتون های کاواک پایدار می توانند دو حالت دینامیکی متفاوت داشته باشند: اول سالیتون هایی که از لحاظ دینامیکی ایستا هستند و می توان محل و تعداد آنها را با اعمال پرتو کنترلی نویسنده/ پاک کننده به دقت تعیین نمود و دوم سالیتون های که از لحاظ دینامیکی به خودی خود و با سرعتی که به شرایط پارامتری وابسته است، شروع به حرکت می نمایند. در اکثر قریب به اتفاق مطالعاتی که تا سال 2005 صورت گرفته بود، کاواک توسط یک موج همدوس تخت به نام پرتو نگهدارنده مورد تابش قرار می گرفته است. در این حالت و با فراهم نمودن شرایط مساعد و دمش محیط غیرخطی درون کاواک در زیر و یا اندکی بالای آستانه ی لیزر زایی، کاواک به عنوان تقویت کننده یا مدوله کننده ی فضایی پرتو نگهدارنده عمل می کرده است. اخیراً با حذف پرتو نگهدارنده ظرفیت لیزرهای سالیتون کاواک از نقطه نظر کاربردی بسیار بهبود یافته است. حذف پرتو نگهدارنده باعث انعطاف پذیری بیشتر سیستم می شود و کاواک را از یک مدوله کننده ی نور به یک منبع مستقل لیزری مبدل می سازد. این وسیله ی جدید می تواند نقش مهمی در پردازش نوری اطلاعات ایفا نماید. در کارهای قبلی، وجود سالیتون های پایدار در یک محدوده ی کوچکی از شرایط پارامتری، به صورت تئوری و عملی به اثبات رسیده است. در این پایان نامه به صورت تئوری تلاش می شود با جاروب متغییر های کنترلی و مطالعه ی رفتار سیستم در قبال تغییر آنها، نقشه ی پایداری سالیتون ها در فضای پارامتری بدست آید. در ابتدا تاثیر پارامترهای مختلف در ایجاد ناپایداریهای هوپف و مدولاسیون مورد مطالعه قرار می گیرد و سپس نقش پارامترهای مختلفی مانند بازترکیب حاملین، طول عمر حاملین، تغییر پارامترهای دمش و اشباع در پایداری و ایجاد سالیتون های خودبخود حرکت کننده مورد بررسی قرار گرفته اند تا اطلاعات دقیقی برای دستیابی به لیزرهای سالیتونی در دسترس باشد. در بخشهای بعدی با انتگرال گیری عددی از معادلات دیفرانسیلی توصیف کننده ی سیستم با استفاده از روش موسوم به روش گام مجزا که از تبدیل فوریه ی سریع استفاده می نماید، سالیتون ها شبیه سازی شده اند و در آخر صحت محاسبات با استفاده از روش نیوتن – رافسون مورد بررسی قرار گرفتند.

برای تولید حالات در هم تنیده در اپتیک کوانتومی، می توان از فرایندهای مختلفی از جمله تبدیل کاهشی استفاده کرد. فرایند تبدیل کاهشی یک فرایند اپتیک غیر خطی مرتبه دوم می باشد که در این فرایند، درمحیط غیرخطی مرتبه دوم، یک فوتون با انرژی بالا به دو فوتون با انرژی پایین تبدیل می شود و فوتون های تولید شده، اصل پایستگی انرژی و پایستگی تکانه را برآورده می کنند. می توان بین فوتون های خروجی که به آنها فوتون های مطلوب واضافی گفته می شود، انواع مختلف در هم تنیدگی نظیردر هم تنیدگی انرژی و پلاریزاسیون نسبت داد. اگر پلاریزاسیون فوتون ها موازی باشد، در هم تنیدگی را نوع یک و اگر پلاریزاسیون فوتون ها بر هم عمود باشند در هم تنیدگی را نوع دو می-نامند. هدف از اجرای این پایاننامه این است که با روش شبه جور شدگی فازی با استفاده از کریستال های قطبیده ی متناوب غیر خطی و ترکیب کریستال های قطبیده ی متناوب خطی- غیر خطی، درهم تنیدگی بین زوج فوتون های خروجی را افزایش دهیم که مناسب ترین روش برای تولید زوج فوتون هایی با جور شدگی فازی مطلوب می باشد. بنابراین بازده زوج فوتون های تولیدی در فرایند تبدیل کاهشی را مورد بررسی قرار داده و اثر افت وخیز لایه ها دربازده خروجی ساختارهای پریودیک درفرایند تبدیل کاهشی را مطالعه می کنیم. همچنین میزان درهم تنیدگی فوتون های خروجی را با استفاده از یک مقیاس مناسب نظیر آنتروپی وان نیومن بدست آورده و نشان میدهیم که میزان درهم تنیدگی با افزایش تعداد لایه ها و اضافه کردن کریستالهای خطی بین کریستالهای غیر خطی بطور چشم گیری افزایش می یابد.

اخیرأ ترکیب ها ی مصنوعی از فرا مواد به نام" مواد چپگرد" و یا" مواد ضریب شکست منفی" کشف شده اند که گذر دهی الکتریکی و نفوذ پذیری مغناطیسی آنها می توانند هم زمان منفی باشند. ضریب شکست منفی خواص جدید اپتیکی را به وجود می آورد. از کاربردهای مواد چپگرد می توان به ساخت عدسیهای کامل اشاره کرد. اصولأ مواد چپگرد به صورت مصنوعی ساخته شده اند، لکن نشان داده شده است که برخی از سیستم های اتمی گازی تحت شرایط معینی و در محدوده ی فرکانس نور مرئی می تواند خاصیت ضریب شکست منفی را از خود نشان دهند. نشان داده می شود که در سیستم های اتمی خاص و تحت شرایط خاص ضریب گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی می توانند همزمان منفی باشند. با استفاده ازاثر پارامتر های مختلف نظیر تداخل کوانتومی ناشی از گسیل خودبه خودی، شدت میدان کنترل کننده و فاز نسبی میدان های اعمال شده می توان خواص اپتیکی چنین محیطی را کنترل کرد.

هدف این پایان نامه بررسی عملکرد لیزر نقطه کوانتومی می باشد. ناحیه فعال این نوع لیزر ، نقاط کوانتومی هستند که ضخامت نقاط کوانتومی مورد استفاده در این گونه لیزر ها ، در حد نانومتر است. این گونه لیزرها به دلیل ویژگی های جالبشان از جمله؛ جریان آستانه پایین، عملکرد مستقل از دما و بهره نوری بالا و تغییر طول موج گسیلی با تغییر ضخامت چاه ها از اهمیت خاصی برخوردارند ، همچنین مواد نیتریدی بخاطر خصوصیاتی از جمله ؛ پایداری گرمایی و رسانندگی بالا، گاف انرژی مستقیم، ... موادی مطمئن برای کاربرد در لیزرهای نقطه کوانتومی در دمای اتاق و حتی دماهای بالاتر هستند. در این پایان نامه برای مدل سازی لیزر های نقطه کوانتومی نیتریدی، معادلات شرودینگر و آهنگ لیزر برای بدست آوردن کمیت هایی مانند تراز های انرژی ، توابع موج و ... بررسی و محاسبه شده اند ، اثرات پارامترهایی چون زمان واهلش حاملین و طول کاواک بر روی عملکرد این نوع لیزر ها بررسی می گردد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با افزایش طول کاواک ، اتلافات کاواک کاهش می یابد ، بنابراین بهره اپتیکی افزایش می یابد هر چند این افزایش ، ناچیز است وهمچنین توان خروجی لیزر کاهش می یابد. باافزایش دما ، زمان واهلش کوتاهتر و بهره اپتیکی کاهش می یابد. توان خروجی به طور خطی با جریان تزریقی تغییر می کند و به دما وابسته است . ودر نهایت، با افزایش پهن شدگی همگن، طیف لیزر نقطه کوانتومی باریک تر می شود و در جریان های بالاتر می توان لیزر تک مدی نیز بدست آورد.

مطالعه تئوری و تجربی نور جایگزیده در سیستم های نوری گسسته مثل آرایه موجبرهای جفت شده , اخیرا مورد توجه زیادی قرار گرفته است. با اضافه کردن آینه ها به ابتدا و انتهای موجبرها می توان آنها را به آرایه ی کاواک های جفت شده تبدیل کرد که انرژی آنها توسط یک پرتو خارجی تامین می شود. انعکاس نور از آینه ها باعث افزایش برهم کنش آن با ماده غیر خطی شده و سبب می شود سالیتون در توان کمتری نسبت به قبل شکل گیرد. این نوع جدید سالیتون ها به سالیتون کاواک گسسته مشهورند. این سالیتون ها به دلیل خواص منحصر به فردشان , پتانسیل بالایی برای کاربرد در پردازش نوری اطلاعات دارند. از جمله مزیت های این سالیتون ها این است که می توان آنها را به طور مستقل از هم نوشته و یا پاک کرد و همچنین در مقایسه با سایر سالیتون های فضایی در توان کمتری تولید می شوند. حضور این سالیتون ها که نتیجه برهم نهی پراش و اثرات غیر خطی هستند, در آرایه ی یک بعدی از کاواک های جفت شده با غیرخطی کر , اشباع و درجه دو در سالهای اخیر به اثبات رسیده است. هدف این پایان نامه معرفی سالیتون کاواک گسسته در آرایه ی دو بعدی از کاواک های جفت شده با غیر خطیت کر است که ویژگی های متفاوتی نسبت به حالت یک بعدی دارند. بعد از معرفی مدل به مطالعه دوپایایی, نواحی ناپایداری مدولاسیون و شبیه سازی عددی سالیتون کاواک دو بعدی می پردازیم. در ادامه نشان خواهیم داد که با برهم نهی یک موج گوسی با موج تخت می توان اقدام به نوشتن , پاک کردن و حتی کنترل این سالیتون ها کرد. در نهایت نشان خواهیم داد این سیستم در طراحی گیت های تمام نوری مفید خواهد بود.

هر گاه دو سیستم فیزیکی با یکدیگر برهم کنش داشته باشند، همبستگی کوانتومی بین اجزا این سیستم ممکن است منجر به یک پدیده فیزیکی مهم به نام درهمتنیدگی کوانتومی می شود. این مفهوم را اولین بار توسط انیشتین و همکارانش، پودولسکی و روزن در سال 1935 در مقاله معروف مطرح گردید. درهمتنیدگی کوانتومی یکی از منابع مهم در اطلاعات کوانتومی، محاسبات کوانتومی، انتقال اطلاعات کوانتومی از راه دور و ... است. برای آشکار سازی درهمتنیدگی یک سیستم، ابتدا باید خالص و یا مرکب بودن سیستم را مشخص کنیم. مطالعه کمی میزان درهمتنیدگی یکی از مسائل مهم در زمینه اطلاعات کوانتومی است. هر تابعی که مقدار کمی درهمتنیدگی کوانتومی را مشخص کند به عنوان یک سنجه درهمتنیدگی شناخته می شود. آنتروپی ون- نویمن سنجه (تابعی) است که برای حالت های خالص دو قسمته مورد استفاده قرار می گیرد. سیستم با حالت دو قسمته سیستمی است که بتوان دو حالت کاملا مجزا برای آن در نظر گرفت. در این پایان نامه درهمتنیدگی کوانتومی سیستم های اتمی سه ترازه آبشاری و چهار ترازی جفت و گسیل خود به خودی این سیستم ها مورد بررسی قرار می گیرد و تاثیر عواملی چون گسیل خود به خود، میدان های اعمالی، تداخل کوانتومی و فاز بین میدان های اعمال شده بر درهمتنیدگی اتم- میدان مورد بررسی قرار می گیرد.

رمزنگاری تمام نوری شامل رویه ای است که در آن، با تغییرات : فاز، طول موج ، فرکانس فضایی ، پلاریزاسیون و یا تغییرات شدت ، امکان پنهان کردن اطلاعات در یک یا چند بعد مهیا می شود[1] . در این حوزه، تصویربرداری گوست، علاوه بر قابلیت حفظ اطلاعات با امنیت بالا ، زمینه انتقال با سرعت بالا را نیز فراهم کرده است، تا جایی که امروزه به عنوان یک گزینه جدی برای رمزنگاری تمام نوری اطلاعات محرمانه مورد توجه قرار گرفته و الگوریتم مربوط به آن در چند سال اخیر پیشرفت شایان توجهی به خود دیده است. از دیگر کاربردهای این پدیده منحصربفرد تصویربرداری از تجهیزات نظامی در شرایط جوی و استراتژیکی نامساعد است تا جایی که عکس برداری معمولی به هیچ عنوان امکان پذیر نباشد. صرفه نظر از چیدمان های متفاوتی که برای این نوع عکس برداری با منابع نوری شبه حرارتی و گاوسین و . . . ارائه شده است، اساس کار این نوع تصویر برداری بر مبنای همدوسی دو پرتو کاملا ناهمدوس می باشد به طوری که تغییرات اعمالی روی فوتون های یک پرتو، توسط فوتونهای پرتو دیگر احساس می شود. این مفهوم در فیزیک کوانتومی ریشه در، در هم تنیدگی فوتونها دارد که امروزه در مخابرات نوری جایگاه ویژه ای به خود اختصاص داده است. با توجه به تحقیقات اخیر صورت گرفته ، نوع محاسباتی این نوع تصویر برداری دارای سهولت و سرعت عمل بالاتری نسبت به چیدمان های دیگر می باشد. ولی تحقیقات در این زمینه ادامه خواهد داشت و در این پایان نامه ، سعی می شود تا الگوریتم و چیدمان رمزنگاری با این نوع عکس برداری بهبود شایان توجهی پیدا کند

متامتریال ها مواد مصنوعی هستند که به گونه ای مهندسی شده اند تا خواصی را از خود نشان دهند که در طبیعت یافت نمی شود. خواص متامتریال ها معمولاً ناشی از ساختارشان می باشد تا ترکیبات موادشان. این ساختار های متناوب متشکل از سلول های واحدی هستند که از مواد طبیعی ساخته شده اند. مهمترین ویژگی متامتریال ها قابلیت ایجاد ساختاری با ضریب شکست منفی می باشد که در مواد غیرمصنوعی مشاهده نمی شود. تقریباً تمامی موادی که در اپتیک با آن ها سروکار داریم مانند شیشه و آب دارای پذیرفتاری الکتریکی و نفوذ پذیری مغناطیسی با مقادیر مثبت می باشند. اگرچه برخی از فلزها (مانند طلا و نقره) در ناحیه مرئی دارای پذیرفتاری الکتریکی منفی می باشند. متامتریال های مغناطیسی را می توان به دو دسته متامتریال تک منفی و دو منفی تقسیم بندی نمود. در متامتریال های تک منفی تنها یک از دو پارامتر پذیرفتاری الکتریکی یا نفوذ پذیری مغناطیسی منفی می باشد در صورتی که در متامتریال دو منفی هر دوی این پارامتر ها منفی خواهند بود. پذیرفتاری الکتریکی منفی، نفوذ پذیری مغناطیسی منفی و نتیجتاً ضریب شکست منفی در ناحیه تراهرتز از طیف الکترومغناطیسی جالب ترین قسمت در این زمینه می باشد و پس از اولین بررسی های نظری توسط وسلاگو در سال 1968 بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. این پدیده پنجره جدیدی را در زمینه انتشار پرتو نور گشوده و کاربردهای جدیدی مانند تصویر برداری زیر طول موج، کلاکینگ و کوچک سازی آنتن ها را پیشنهاد می کند. از میان طرح های مختلفی که برای متامتریال ها در نظر گرفته می شود، ساختارهای فیشنت محتمل ترین طرح در ناحیه مرئی می باشد. این ساختار را می توان متشکل از دو بخش مجزا دانست که سبب می شود تا بتوان پذیرفتاری الکتریکی و نفوذ پذیری مغناطیسی را به طور مجزا و جداگانه مهندسی نمود. مولفه اول در این ساختار که پذیرفتاری الکتریکی منفی را موجب می شود متشکل از سیم های نازک فلزی بوده که در راستای میدان الکتریکی نور فرودی قرار گرفته اند و همانند فلزی با فرکانس پلاسمای کاهش یافته عمل خواهد کرد. مولفه دوم که منجر به ایجاد نفوذ پذیری مغناطیسی منفی خواهد شد متشکل از نوار های ضخیم فلزی بوده که در راستای میدان مغناطیسی نور فرودی قرار گرفته و با لایه های دی الکتریک از یکدیگر جدا شده اند. در این پروژه هدف طراحی ساختار متامتریالی با ضریب شکست منفی در ناحیه طول موجی مرئی می باشد. در این پایان نامه از روش rcwa برای حل معادلات ماکسول و نرم افزار های matlab و rsoft برای شبیه سازی ساختار استفاده شده است.

سولیتونهای کاواک لکه های روشن در زمینه تاریک در صفحه عرضی عمود بر راستای انتشار میدان الکترومغناطیسی هستند که در کاواک حاوی ماده غیرخطی به علت اندرکنش غیرخطی نور و ماده شکل می-گیرند. امروزه خواص منحصربفرد سولیتونهای کاواک، انگیزه زیادی ایجاد کرده است تا تلاشهای گسترده ای برای فراهم کردن امکان استفاده از این سولیتونها در فناوری اطلاعات و پردازش کاملا نوری اطلاعات و کدگذاری نوری صورت گیرد. مخصوصا با معرفی میکرومشدهای نیمرسانا که دارای ابعاد کوچک و پاسخدهی زمانی سریع هستند، قابلیت کاربردی سولیتونهای کاواک افزایش یافته است. اخیرا امکان تولید سولیتون کاواک در لیزرهای سطح گسیل با کاواک قائم، بدون حضور پرتو نگه دارنده و با قرارگیری محیطی بعنوان جاذب اشباع پذیر در کنار محیط فعال لیزری بصورت تئوری و تجربی نشان داده شده است که این سیستم، بعنوان لیزر سولیتون کاواک شناخته شده است. در بخش اول این پایان نامه، ابتدا دینامیک اندرکنشی دو سولیتون کاواک در لیزر سولیتون کاواک بررسی شده است. شبیه سازیهای انجام گرفته، نشان داده است که نوع رفتار اندرکنشی دو سولیتون کاواک در فاصله اولیه شان وابسته است و سولیتونها حتی در فواصل بزرگتر از اندازه پروفایل شدت میدان الکتریکی و چگالی حاملین بار خود نیز اندرکنش می کنند و این اندرکنش، رفتاری وابسته به فاز دارد. برای فواصل اولیه کوچکتر، فقط یکی از سولیتونها در اندرکنش نجات می یابد. برای فواصل اولیه متوسط، فاز نسبی دو سولیتون کاواک قفل شدگی فازی جزئی نشان می دهد که این رفتار، شبیه حالات حبس فازی است. برای فواصل اولیه بزرگتر، فاز سولیتونها به هم قفل شده و همدیگر را تا فواصلی حدود 10 برابر قطر سولیتونی دفع می کنند. بررسی اندرکنش سولیتونهای کاواک، کمک خواهد کرد که در راستای هدف کاربردی سولیتونهای کاواک، بعنوان آرایه ای از بیت های اطلاعاتی، چگالی اطلاعات ثبت شده را افزایش داد. همچنین در بخش دوم این پایان نامه، امکان حرکت کنترل شده سولیتونهای کاواک در لیزر سولیتون کاواک با صرف انرژی خیلی کم نشان داده شده است. مکان سولیتون کاواک در لیزر سولیتون کاواک با تزریق باریکه های نیمه همدوس یا ناهمدوس در نزدیکی سولیتون کاواک کنترل شده است. اندرکنش بین سولیتون کاواک و باریکه تزریق شده وابسته به نیمه همدوس یا ناهمدوس بودن تزریق، دافع یا جاذب است. اگر فرکانس باریکه تزریق شده با فرکانس سولیتون کاواک جور باشد و لیزر نزدیک آستانه ناپایداری سولیتون کاواک عمل کند انرژی لازم برای حرکت دادن سولیتون کاواک بسیار مقدار کوچکی خواهد بود. بنابراین یک کلیدزن نوری با انرژی خیلی پایین میتواند بعنوان یک ابزار نوری تحقق یابد. بررسی امکان حرکت کنترل شده این سولیتونها، قدم بزرگی در پتانسیل کاربردی سولیتونهای کاواک به عنوان بیت‎های اطلاعات است. چون امکان شکل گیری و پردازش آرایه‎ای قابل کنترل از بیت‎های اطلاعات را فراهم می‎کند.

سیستم های نیمه هادی ساختارهای مناسبی برای تشکیل ساختارهای جایگزیده می باشند. چرا که این مزیت را دارند که دارای مقیاس های زمانی سریع (از مرتبه زمان بازترکیب حاملین) و مقیاس های فضایی کوچک هستند. در این پروژه آنچه اهمیت دارد، سوئیچ زنی سالیتون های کاواک در میکرومشددهای نیمرسانا توسط مکانیسم تزریق موضعی حاملین می باشد. هنگامی که حاملین به روش اپتیکی در موقعیت مورد نظر تزریق می شوند، جمعیت معکوس در این نقطه افزایش یافته و به تبع آن لیزرزایی افزایش می یابد. این امر عامل مشاهده شدت ماکزیمم در موقعیت تزریق است که عوامل غیر خطی در کاواک سبب پایداری این لکه شدت بعد از حذف تزریق حاملین می باشد. آنچه که کار انجام شده در این تحقیق را بارز می کند، استفاده از توزیع جدید حاملین (توزیع حلقوی) برای سوئیچ زنی سالیتون های کاواک است. همچنین در این پروژه دینامیک حاملین در حین فرآیند سوئیچ زنی مورد بررسی قرار گرفته است. در ضمن روش های سوئیچ زنی سالیتو ن ها در میکروکاواک در زیر آستانه ی لیزری و بالای آستانه ی لیزری مورد مطالعه قرار گرفته و روش های سوئیچ زنی در هر سیستم با هم مقایسه می شوند تا بهترین روش جهت روشن و خاموش کردن سالیتون ها ارائه گردد.

از فرایند های غیرخطی، می توان به تولید هماهنگ دوم و تبدیل کاهشی اشاره کرد. در فرایند تولید هماهنگ دوم، فوتونی واردساختار غیر خطی شده ودرخروجی، فوتونی با فرکانس دوبرابر فوتون اولیه مشاهده می شود. برای ایجاد جور شدگی فازی در این فرایندها، روش شبه جورشدگی فازی پیشنهاد میشود. در این روش، آرایش متناوب قطبش پذیری ماده ی غیر خطی برای جورشدگی فاز نسبی مابین موج های برهمکنشی استفاده می شود. به منظور دستیابی به جورشدگی فازی چند گانه در فرایند تولید هماهنگ دوم که در آن چند فرکانس تقویت شده به طور همزمان از ساختار خارج می شوند، از ساختار های غیرخطی غیر متناوب یک ودوبعدی استفاده می شود. این نوع کریستالها، برای دستیابی همزمان به شرایط جورشدگی فازی برای چند طول، طراحی شده اند که منجر به فرایندهایی به نام فرایندهای چندفرکانسی میشوند که شرط جورشدگی فازی را به طور همزمان برای چند طول موج متفاوت براورده می سازند. در ادامه، اثر حضور افت و خیز در ساختار های لایه ای بر خروجی فرایند تولید هماهنگ دوم نیز، بررسی شده است. برای تولید حالات درهمتنیده در اپتیک کوانتومی، می توان از فرایندهای مختلفی ازجمله تبدیل کاهشی استفاده کرد.در فرایند تبدیل کاهشی، درمحیط غیرخطی مرتبه دوم، یک فوتون باانرژی بالا به دوفوتون با انرژی پایین تبدیل می شود. هدف این است که با روش شبه جورشدگی فازی بااستفاده از کریستال های قطبیده ی متناوب غیرخطی و یک ودو بعدی، درهم تنیدگی بین زوج فوتونهای خروجی افزایش داده شود. بنابراین بازده زوج فوتون های تولیدی در فرایند تبدیل کاهشی را مورد بررسی قرار داده و میزان درهم تنیدگی فوتون های خروجی را با استفاده از یک مقیاس مناسب نظیر آنتروپی وان نیومن بدست آورده و نشان داده می شود که میزان درهم تنیدگی در ساختار لایه ای متناوب دو بعدی در مقایسه با ساختار یک بعدی، افزایش می یابد.

بلورهای فوتونی، آرایه های متناوبی از مواد دی الکتریک با ضرایب شکست متفاوت هستند. یکی از مهم ترین ویژگی های بلور فوتونی، وجود نواحی فرکانسی است که هیچ مد نوری اجازه عبور و انتشار در آن ناحیه را ندارد. این خاصیت بلورهای فوتونی موجب می شود که از آن ها برای کنترل و هدایت نور در مدارهای مجتمع نوری استفاده گردد. در این پایان نامه، بلورهای فوتونی دوبعدی که دارای شبکه مربعی و مثلثی متشکل از میله های دایره ای شکل، از جنس گالیم-آرسناید (gaas) در زمینه هوا هستند، مورد مطالعه قرار گرفته اند. همچنین میدان های الکتریکی و مغناطیسی از طریق روش تفاضل محدود در حوزه زمان محاسبه شده اند و نمودارهای پاشندگی به روش بسط امواج تخت به دست آمده اند. در شبیه سازی های انجام شده، سوئیچ زنی تمام نوری بر روی ساختارهای بلور فوتونی با دو موجبر عمود بر هم و جداکننده نوری بررسی شده اند که عملکرد این ابزارها بر اساس ایجاد نقص در بلور فوتونی، تحت اثر غیرخطیت کِر می باشد. بعلاوه، تأثیر عیوب نقطه ای در اطراف کاواک در ساختار دو موجبر عمود بر هم بررسی و نشان داده شد که با افزایش تعداد میله های اطراف کاواک، نسبت توان خروجی حالت روشن به حالت خاموش افزایش می یابد. همچنین، جداکننده نوری قابل تنظیم طراحی شد که هر شاخه دارای فرکانس تشدید مختص خود می باشد بنابراین هر یک از این شاخه ها فرکانس تشدید مربوط به خود را عبور خواهد داد. در حالیکه در طراحی های قبلی فرکانس تشدید هر شاخه یکسان بوده و توان خروجی به طور مساوی بین دو شاخه تقسیم می شد.

ابزارهای دماسنجی جزء ابزارهای اساسی و پر کاربرد در صنعت و پروژه های تحقیقاتی می باشند. دانستن دما و کنترل آن در مراحل ساخت یک قطعه صنعتی بر روی کیفیت قطعه تولیدی بسیار تأثیر گذار است. همچنین در صنایع شیمیایی، دما پارامتر اساسی در تولید یک محصول خاص می باشد. لذا اندازه گیری دما همواره یکی از چالشهای پیش رو در صنایع بوده است و ابداع روش های نوین برای اندازه گیری دما از اهمیت خاصی برخوردار است. ابزارهایی که برای دماسنجی به کار می روند بر حسب بازه دمایی مورد سنجش، تماسی و یا از راه دور بودن سنجش، نیز زمان پاسخ-دهی و دقت اندازه گیری متفاوتند. امروزه یکی از متداولترین انواع دماسنجی در صنعت دماسنجی فلورسانسی بر پایه نیمه هادی های معدنی هستند که عموماً بر مبنای تغییر شدت طیف نورتابی و یا طول عمر گسیل نورتابی بر حسب دما کار می کنند. در این کار تجربی سعی بر سنتز کمپلکس های آلی-معدنی خواهد شد که با تغییر دما طیف گسیلی نورتابی آنها تغییر یابند و با کالیبره کردن طیف نورتابی گسیلی از آنها بر حسب دما، حسگر دما بر اساس نورتابی کمپلکسهای آلی و معدنی ساخته خواهد شد.

بلورهای فوتونی ساختارهای متناوبی از دی الکتریک ها هستند که بسته به ابعاد این تناوب در سه دسته ی کلی یک بعدی، دو بعدی و سه بعدی جای می گیرند. از زمان کشف بلورهای فوتونی در سال 1887 توسط لرد رایله، اندکی بیش از یک قرن می گذرد. با وجود این، امروزه بلورهای فوتونی جایگاه ویژه ای در زمینه های پژوهشی و کاربردی یافته اند و شاخه ی گسترده ای از فناوری را از آن خود کرده اند. در این کار پژوهشی از بلورهای فوتونی دو بعدی تیغه ای با شبکه ی هگزاگونال که از ایجاد حفره های منظمی در زمینه ی سیلیکون به وجود آمده اند، به عنوان حسگر ضریب شکست استفاده شده است. در ساختار این بلورهای فوتونی، از نقص های خطی به عنوان موجبر و از نقص های نقطه ای به عنوان کاواک استفاده شده است. عوامل تغییر دهنده ی ضریب شکست، مختلف هستند. صرفنظر از ماهیت این عوامل، در این پژوهش نتیجه ی عمل حائز اهمیت است. حسگر مورد مطالعه تغییرات ضریب شکست محیط را تشخیص داده و آن را در خروجی به صورت جابجایی در طول موج تشدید کاواک با موج الکترومغناطیسی نشان می دهد. بر اساس این خروجی، حساسیت حسگر محاسبه می شود. طی چند مرحله، با اعمال تغییراتی در ساختمان بلور فوتونی عملکرد حسگر بهینه سازی می گردد.

میکروکاواک های نیمرسانا می توانند بستر مناسبی را برای ایجاد و مشاهده ی پدیده های غیرخطی اپتیکی نظیر تشکیل طرح های نوری و سالیتون های کاواک فراهم کنند که اهمیت مطالعه ی دینامیک معادلات ماکسول-بلاخ را در رژیم غیرخطی دوچندان می کند. بررسی دینامیک غیرخطی معادلات ماکسول- بلاخ برای توصیف لیزرزایی درکاواک های نیمرسانا بسیار حائز اهمیت می باشد چرا که در این سیستم معادلات، مقیاس های زمانی فمتوثانیه توجیه پذیرند. با این حال به هنگام پیاده نمودن معادلات ماکسول-بلاخ تعمیم یافته در رژیمی که قابلیت به نمایش گذاشتن دوپایایی را داشته باشد، مثلا با تغییر نامیزانی کاواک، متحمل ناپایداری هایی خواهد شد که در مطالعه ساختارهای جایگزیده تعیین کننده است. از دید دینامیک غیرخطی نیز مطالعه ی دوشاخگی سیستم که در روند تولید سالیتون های کاواک تاثیرگذار است، بسیار ضروری می نماید. با توجه به این مطالب بررسی و شناسایی خواص اپتیکی دینامیکی غیرخطی سیستم میکرومشدد نیمرسانا ضرورت پیدا می کند. در این پایان نامه پس از انجام محاسبات تئوری، معادلات تغییریافته ماکسول-بلاخ بدون حذف بی دررو قطبش حاکم بر سیستم، به روش فرمول بندی ماتریس چگالی بدست می آیند. سپس تغییرات زمانی و فضایی متغیرهای اصلی سیستم، توسط سه معادله دیفرانسیل جفت شده بیان می شود، که این متغیرهای اساسی، میدان الکتریکی، قطبش و جمعیت حاملین در محیط هستند. در ابتدا دینامیک کلی سیستم در نواحی پایدار و ناپایدار و رفتار سیستم در محدوده ناپایداری تورینگ (turing) بررسی می گردد. آنچه که کار انجام شده در این تحقیق را بارز می کند، مطالعه و بررسی قفل شدگی تزریقی و دوشاخگی هوپف است همچنین در این پروژه اثر برازش مرتبه دوم بهره روی نوسانات واهلشی و اثرات ? (نامیزانی کاواک) و ? (فاکتور پهنای خط بهبود یافته) روی دینامیک سیستم به منظور یافتن موثرترین پارامتر روی دوشاخگی هوپف (hopf) مورد بررسی قرار می گیرد و در نهایت همپوشانی ناپایداریهای هوپف و تورینگ مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد

لیزر گسیلنده از سطح نیمرسانا با جاذب اشباع پذیر، به عنوان محیطی مناسب برای لیزر سالیتون کاواک به شمار می رود. چنین ابزارهای لیزری به علت پاسخ دهی سریع ماده نیمرسانا و قابلیت یکپارچه شدن در مدارات اپتوالکترونیکی، ابزاری کارا و قدرتمند محسوب می شوند. در این سیستم، با حذف پرتو نگه دارنده ظرفیت لیزرهای سالیتون کاواک از دیدگاه کاربردی بسیار بهبود یافته است. حذف پرتو نگه دارنده باعث انعطاف پذیری بیشتر سیستم می شود و کاواک را از یک مدوله کننده ی نور به یک منبع مستقل لیزری تبدیل می سازد. در این پایان نامه با توجه به ساختار این مدل که از یک ماده ی جاذب و یک ماده ی تقویت کننده بهره گرفته است، به صورت تئوری با جاروب متغیرهای کنترلی و مطالعه ی رفتار سیستم در قبال تغییر آنها، ناپایداری لازم برای تشکیل ساختارهای جایگزیده با وابستگی به پارامترهای و (نسبت طول عمر فوتون به طول عمر حاملین به ترتیب در ماده جاذب و تقویت کننده) به دست آمده است. این دو پارامتر از آنجاییکه دو مقیاس زمانی متفاوت به سیستم اعمال می کنند، حائز اهمیت هستند و باعث تغییر رفتار سیستم به ازای مقادیر مختلف می شود. این مسأله با استفاده از روش تحلیل پایداری خطی مورد بررسی قرار گرفته است و سپس نقش پارامترها در ایجاد سالیتونهای خودبه خود حرکت کننده، مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش های تکمیلی پایان نامه با انتگرال گیری عددی از معادلات دیفرانسیل توصیف کننده ی سیستم، با استفاده از روش موسوم به گام مجزا که از تبدیل فوریه ی سریع استفاده می نماید، سیستم شبیه سازی می شود. در نهایت، بررسی برهم کنش بین جفت سالیتون درهم تنیده و یک پالس با دامنه ی تزریقی بالا و زمان تزریق کم در فواصل مختلف، بررسی شده است.

تصویربرداری گوست یک روش تصویر برداری غیرمحلی است، به این معنا که نیازی به قرار گرفتن جسم مقابل دوربین تصویربرداری نیست. در این روش، تصویر یک جسم از محاسبه تابع همبستگی متقابل بین جریان های الکتریکی حاصل از آشکارسازی دو جفت باریکه با همبستگی بالا توسط دو آشکارساز جدا از هم به دست می آید. به طور کلی در یک آزمایش تصویرسازی گوست، یک منبع کلاسیکی(حرارتی یا شبه حرارتی) یا کوانتومی که دو باریکه نوری همبسته یا درهم تنیده تولید می کند، مورد استفاده قرار می گیرد. تفاوت قابل توجه بین دو روش این است که یک تصویر گوست شبه حرارتی همواره دارای یک پس زمینه یا نویز است، درحالی که تصویر گوست به دست آمده با استفاده از فوتون های درهم تنیده می تواند دارای تباین %100 باشد. تصویرسازی گوست کاربردهای بسیار گسترده ای دارد که از جمله مهم ترین آن ها می توان به رمزنگاری نوری اطلاعات با امنیت بالا، تصویربرداری از اجسامی که مستقیما در دید دوربین های عکس برداری نیستند و تصویربرداری سه بعدی با استفاده از آشکارسازهای تک-پیکسل اشاره کرد. در این پایان نامه یک تکنیک جدید برای تصویرسازی گوست محاسباتی با منبع نور شبه حرارتی معرفی و با عنوان " تصویرسازی گوست محاسباتی گزینشی" نام گذاری کردیم. این تکنیک بر پایه انتخاب گزینشی استوار است و قابلیت بازسازی یک تصویر n-پیکسل، با بهترین کیفیت و با تعداد n اندازه گیری و یا کمتر، با توجه به تعداد نقاط انتخاب شده در هر اندازه گیری را دارد. با استفاده از این روش توانستیم هم کیفیت تصویر گوست و هم امنیت اطلاعات کدگذاری شده را به طور چشمگیری افزایش دهیم.

در قرن حاضر حرکت به سمت ارتباطات پرسرعت حائز اهمیت بسیار زیادی می باشد، به همین دلیل است که سخن از ان.جی.ان ngn (next generation network ) به میان آمده است. نحوه ارتباط مردم در سالهای اخیر بواسطه وجود اینترنت تغییر کرده و مردم خواهان ارتباط real time هستند . با وجود اینترنت این ارتباطات بصورت چندگانه در آمده است که همگی باید بصورت واحد، call، تبدیل شود. رقابت فشرده و افزایش حجم ترافیک دیتا، ارائه دهندگان سرویسهای مخابراتی را ناگزیر به بازنگری شبکه موجود کرده است. راه حل این مسئله پیاده سازی ان.جی.ان در شبکه تلفنی است. در این میان شبکه ای که بتواند با تولیدات نسل جدید هماهنگ شود یک شبـکه پویا نامیده می شود. ان.جی.ان قابلیت ارائه سرویسهای مختلف به صورت packet oriented و قابلیت کنترل و مدیریت از یک نقطه را دارا است. این تحقیق به معرفی قابلیت های ان.جی.ان و دلایل پیاده سازی آن، در شبکه می پردازد. تاکید ان.جی.ان بر تعیین استراتژی گذر از سیستم فعلی، خصوصاً circuit switch، به سمت softswitch می باشد.

لیزرهای نیم رسانا به‎دلیل حجم کوچک و زمان پاسخ‎دهی نسبتا کوتاه، مدتی است که به‎عنوان کاندیدای مناسبی برای کاربردهای پردازش اطلاعات مطرح هستند. از این میان ها، که از ابعاد میکرومتری و تکنولوژی ساخت سهل‎الوصول‎تری برخوردار هستند، جایگاه مهمی را در پژوهش‎ها به خود اختصاص داده‎اند. دینامیک غیرخطی ها از این‎رو حائز اهمیت شده‎اند که نیازهای روبه رشد عصر اطلاعات، بهینه ‎سازی پارامترهای چنین لیزرهایی را جهت بهبود عملکرد آن در مخابرات و پردازش نوری می‎طلبد. یکی از پارامترهای ذاتی لیزرهای نیم‎رسانا نوسانات واهلشی ذاتی آن‎هاست که هم می‎تواند یک عامل محدود کننده باشد و هم یک عامل مفید. محدود کننده از این جهت که زمان پاسخ‎دهی لیزر توسط این نوسانات تحت‎الشعاع قرار می‎گیرد و می‎تواند عامل مخربی در پردازش سریع اطلاعات باشد. پارامتر نرخ میرایی که در واقع از فرکانس نوسانات واهلشی مشتق می‎شود می‎تواند برای بهینه‎سازی لیزر نیم‎رسانا موردمطالعه قرار گیرد. این نوسانات واهلشی از این جهت می‎توانند مفید واقع شوند که ایده‎ی رزونانس کردن عوامل تحریک کننده لیزر با فرکانس آن‎ها نوید نتایج قابل توجهی را در این زمینه می‎دهد. عوامل تحریک کننده لیزرهای نیم‎رسانا، به‎ویژه ها، پرتو میدان تزریقی و جریان پمپاژ می‎باشند. البته های با جاذب اشباع‎پذیر که دارای مزایای مختص به خودشان هستند از پرتوی تزریقی خارجی بهره نمی‎گیرند و در واقع این نقش به عهده‎ی دو ماده، متفاوت فعال و جاذب داخل کاواک می‎باشد. اما آن‎چه که در این پروژه مطرح است افزودن پرتو خارجی به بوده که درجه‎ی آزادی سیستم را به نوعی کاهش می‎دهد. اختلاف فرکانس بین پرتو تزریقی و فرکانس رزونانس کاواک لیزر منجر به مطرح شدن مفاهیمی چون قفل‎شدگی تزریق و ناپایداری هوپف می‎شود که می‎تواند نوسانات واهلشی میرا یا نامیرا را به‎وجود آورد. مطالعه این نوسانات و دینامیک سیستم در حضور سالیتون‎های کاواک قدم اول در این پایان‎نامه محسوب می‎شود. از طرحی برای ایجاد رزونانس بین عوامل تحریک کننده سیستم نیاز به مدولاسیون هارمونیک آن‎ها در فرکانس واهلشی سیستم داریم. برای این منظور دو روش مورد مطالعه قرار خواهد گرفت، مدولاسیون مستقیم و غیر مستقیم. منظور از مدولاسیون مستقیم، مدولاسیون پرتو نگه دارنده و غیر مستقیم مدولاسیون جریان است. مطالعه دینامیک سالیتون‎های کاواک و طرح‎های نوری در حضور چنین مدولاسیون‎هایی مدنظر است که با مطالعه مکانیسم‎های قفل‎شدگی و ناپایداری هوپف همراه خواهد بود. به‎دلیل وجود بهره‎ی نوری بیشتر در سالیتون‎های کاواک نسبت به نقاط عادی در صفحه‎ی عرضی لیزر نیم‎رسانا، انتظار می‎رود که نتایج بهتری از پاسخ سالیتون‎های کاواک به مدولاسیون مستقیم و غیرمستقیم به‎دست آید.

مالتی پلکسینگ روشی است که امکان استفاده همزمان از یک رسانه انتقال برای ارسال همزمان اطلاعات منابع مختلف را فراهم می سازد . اصلی ترین هدف این روش افزایش بهره وری موثر و استفاده بهینه از ظرفیت خطوط انتقال است. این امر مخصوصاً موقعی حائز اهمیت می شود که ظرفیت رسانه از پهنای مورد نیاز یک منبع بیشتر باشد . به عبارت دیگر در این روش، پهنای باند یک کانال مشترک بین چندین خط به اشتراک گذاشته می شود که باعث کاهش هزینه می گردد. در این پایان نامه ضمن معرفی مالتی پلکسینگ ، با استفاده از مالتی پلکسینگ طول موج ، به سه روش cwdm , ewdm, dwdm پرداخته می شود. و با شرح مختصر تفاوت سیستم dwdm را با سیستم sdh مورد بررسی و مقایسه قرار می دهیم. آنگاه به موضوع اصلی این پایان نامه که عبارت از تست و اندازه گیری سیستمهای dwdm می باشد ، پرداخته و یونیت های سیستم را مورد بررسی قرار می دهیم .

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.

اخیرا مطالعه دینامیک غیرخطی در سیستم¬های گسسته، به علت خواص فیزیکی جدید و کاربردهای جالب آن، مورد توجه قرار گرفته است، خصوصا که سیستم گسسته نوری که در آن ضریب شکست محیط به صورت گسسته و تناوبی در راستای عرضی تغییر می-کند(مانند آرایه موجبرهای نوری) توانایی پشتیبانی از انواع مدهای جایگزیده فضایی در تشکیل سالیتون¬های گسسته دارد. اگر به ابتدا و انتهای آرایه¬های موجبری آینه اضافه شود، آرایه¬ای از کاواک¬های جفت شده بوجود می¬آید که انعکاس نور از این آینه¬ها باعث می شود با خم شدن راه نوری برهم کنش نور با محیط غیر¬خطی بیشتر شود. نتیجه این فرایند ظهور نوع جدیدی از سالیتون موسوم به سالیتون کاواک گسسته است در توان¬های پایین حاصل می¬شود. با درج نقص¬های مناسب در این آرایه موجبری قابلیت کنترل بر سالیتون¬ها افزایش می¬یابد، که این موضوع به صورت تئوری و به صورت تجربی برای آرایه موجبرها بررسی شده است. در این پایان نامه به معرفی و شبیه سازی سالیتون کاواک گسسته در آرایه¬ی یک بعدی از کاواک¬های جفت شده با غیر¬خطیت کر در حضور نقص پرداخته شده است. بدین صورت که با اعمال بر روی نقص پارامتر¬های ضریب غیر¬خطیت، نامیزانی کاواک و ضریب جفت¬شدگی در دو حالت نقص سطحی و نقص میانی، انتشار نور در آرایه¬ای از کاواک¬های جفت شده یک بعدی مورد بررسی قرار می¬گیرد. با معرفی معادله حاکم بر سیستم و محاسبه جواب¬های جواب¬های همگن، دوپایایی و نواحی ناپایداری مدولاسیون آن بررسی شده و ناحیه وجودی جواب¬های ناهمگن سیستم که همان جواب¬های سالیتونی هستند بدست آمده و پایداری آن¬ها در طول زمان بررسی شده است. همچنین نمایه دامنه سالیتون¬های نقص و غیر نقص نمایش داده شده است.

امروزه سالیتون ها بعنوان امواج جایگزیده ای که تحت شرایط خاص بدون تغییر شکل در محیط منتشر می-شوند، زمینه مطالعات گسترده ای در حوزه اپتیک غیرخطی هستند. در این راستا توجه به پدیده پراش گسسته، که بعنوان عامل پهن شدگی باریکه نوری در آرایه ای از موجبرهای جفت شده، ظاهر می گردد، ضروری است، زیرا سالیتون های گسسته از خنثی شدن پراش گسسته در این سیستم ها بوسیله عوامل غیرخطی بوجود می آیند. گسستگی سیستم عامل بوجود آمدن خواص منحصر بفرد این دسته از سالیتون ها است. مطالعات نشان داده است که در سیستم های اپتیکی که دارای کمیت های (مانند هامیلتونین، توان و ...) پایسته متناهی هستند، قابلیت تولید انواع مختلفی از این سالیتون ها وجود دارد. در عین حال امروزه سالیتون های تولید شده در آرایه ای از کاواک های گسسته نیز بسیار مورد توجه هستند. این موجبرها بدلیل وجود آینه هایی در ابتدا و انتهایشان و رفت و برگشت متوالی نور در داخلشان، باعث برهم کنش هر چه موثرتر باریکه نوری با عوامل غیرخطی محیط می شوند. بدلیل خاصیت اتلافی این نوع از سیستم ها، از یک پرتو نگهدارنده جهت تأمین انرژی سیستم استفاده می شود. همچنین سوییچ زنی این نوع از سالیتون ها از اهمیت خاصی برخوردار است، چنان که پس از نوشتن سالیتون خاص روی موجبر مورد نظر در این سیستم ها، با برداشتن پرتو نویسنده، همچنان سالیتون مورد نظر باقی می ماند. در این پایان نامه با بررسی انتشار نور در آرایه ای از کاواک های جفت شده در محیط لیزرزای فعال با غیرخطیت کر قصد داریم، به مطالعه جواب های سالیتونی (روش نیوتن-رافسون) مورد نظر بپردازیم. همچنین پایداری این سالیتون ها در محیط مورد نظر با استفاده از شبیه سازی های (روش رانگ-کوتای مرتبه چهار) عددی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در ادامه با اعمال یک پرتو گاوسی با دامنه، فاز و پهنای مناسب سعی در مطالعه سوییچ زنی این نوع از سالیتون های کاواک گسسته داریم. در این راستا، نوشتن و پاک کردن سالیتون های مورد نظر بصورت مستقل از یکدیگر و همچنین بصورت همزمان نیز مد نظر است. در انتها با نوشتن دو سالیتون بصورت همزمان و بصورت مستقل از یکدیگر سعی می کنیم، کمترین فاصله ممکن بین دو موجبر، که روی آن ها قصد نوشتن سالیتون را داریم، را بدست آوریم.

فیبرهای نوری عادی مهمترین و کلیدی ترین جزء شبکه های مخابرات نوری می باشند که به دلیل اهمیت روزافزون انتقال اطلاعات در سراسر دنیا هنوز تحقیقات و مطالعات وسیعی روی بهبود طراحی و کارایی فیبرهای نوری در شبکه های مخابراتی صورت می گیرد که فیبرهای بلور فوتونی به علت خواص نوری فوق العاده شان می باشند و منجر به تحولات وسیعی درعرصه صنعت مخابرات و همچنین ساخت قطعات نوری در ابعاد نانو شده اند. فیبرهای بلور فوتونی بر اساس خواص مواد بلور فوتونی ساخته می شوند و ترکیبی از خواص فیبرهای نوری عادی و بلورهای فوتونی را دارا می باشند که این خواص مهم منجر به گسترش کاربردهای فراوان این فیبرها در صنایع مختلف و به خصوص صنعت مخابرات شده است. این فیبرها مانند فیبرهای معمولی دارای هسته و غلاف هستند. برخی دارای هسته توپر از جنس سیلیکا و یا دارای هسته هوایی هستند و غلافشان از شبکه های بلور فوتونی تشکیل شده است. در این تحقیق پس از معرفی فیبرهای بلور فوتونی و بررسی ویژگی آنها با استفاده از روش تفاضل متناهی در حوزه زمان و نرم افزار mode solution خواص پاشندگی بلور فوتونی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. از آنجاکه بررسی ما محدود به طول موجهای مخابراتی می باشد و فیبرهای هسته تهی با توجه به خواص ویژه شان بیشترین کاربرد را در عرصه مخابرات دارند، مطالعه خود را بر روی این نوع فیبرها برای شبکه شش ضلعی و شبکه مربعی متشکل از حفره های هوا در زمینه دی الکتریک انجام داده ایم و نشان داده شده است که با تغییر پارامترهای متعدد هندسی و غیره از جمله ثابت شبکه، شعاع هسته وحفره های ناحیه پوشش، شکل حفره های ناحیه پوشش و ضریب شکست ماده زمینه می توان پاشندگی فیبر را محدود کرده و به رفتار بسیار تخت آن حول طول موج مخابراتی 1.55 میکرومتر دست یافت .

بررسی تاثیر تلاطم بر تصویربرداری با استفاده از دو روش تصویر برداری گوست محاسباتی و محاسباتی دیفرانسیلی انجام شده است تا مشاهده شود که کدام یک از روش های تصویر برداری در حضور تلاطم تصویری با کیفیت بالا را نتیجه می دهد.

فرامواد یک آرایش ساختاری مصنوعی، طراحی شده برای دست یابی به خواص الکترومغناطیس سودمند و غیر معمولی هستند که ویژگی بارز آنها ضریب شکست منفی می باشد. این مواد دارای پاسخ های الکتریکی و مغناطیسی اند که به ترتیب با ضریب گذردهی دی الکتریک و نفوذپذیری مغناطیسی بیان می شوند. هریک از این دو نیز به پارامتر هایی وابسته هستند که از جمله آن ها می توان به فرکانس رزونانس ، ثابت میرایی، فرکانس پلاسما و قدرت رزونانس مغناطیسی اشاره کرد. در این پایان نامه، هدف بررسی اثرپذیری ناحیه ضریب شکست منفی فرامواد با تغییر هر یک از پارامترهای موثر همچون ویژگی های ساختاری ، فرکانس رزونانس، ثابت میرایی و... می باشد. با انجام این بررسی ها ناحیه ی فرکانسی ضریب شکست منفی را تنظیم کردیم. در ادامه، با درنظرگیری و مطالعه موجبرهای پلاسمونیک با پوسته فرامواد، تاًثیر پارامترهای ساختاری را بر نحوه ی انتشار مدها در موجبر تخت با پوشش فراماده بدست آوردیم سپس از طریق موجبر استوانه ای رفتار برخی از مدها از جمله مد هایبرید را برای موجبر مخروطی بر حسب شعاع آن بررسی کردیم.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.