فیلترهای نوری یکی از اجزای مهم و ضروری در بسیاری از پردازش ها در عرصه نور و فوتونیک می باشند، بنابراین بررسی انواع فیلترهای نوری و رسیدن به فیلترهایی با تلفات کمتر، سرعت تنظیم زیاد، مکانیزم کنترلی ساده و ابعاد کوچک از اهمیت خاصی برخوردار است. در این پایان نامه، روش طراحی یک فیلتر طول موج تمام نوری 9 کاناله، جهت جداکردن طول موج های 1500، 1510،1520، 1530، 1540، 1550، 1560، 1570 و 1580 نانومتر، با استفاده از ساختار بلور فوتونی دو بعدی با آرایش مربعی در بستر هوا و میله هایی از جنس gaas با ثابت دی الکتریک 56/11 بررسی شده است. در این راستا، ساختارهای بلور فوتونی دوبعدی، با شبکه ای متناوب از ستون های دی الکتریک در هوا و نیز حفره های هوا در دی الکتریک شبیه سازی شد. سپس تأثیر پارامترهایی مانند شعاع ستون ها و جنس ماده دی الکتریک استفاده شده در آن ها بر روی گاف نواری فوتونی بررسی شد. همچنین در ساختار پیشنهادی، از میکروکاواک های مناسب برای به دام انداختن مودهای تشدید هر طول موج در هر کانال استفاده شده است. مکان درگاه های خروجی بر مبنای بیشترین بازده و کمترین تزویج بین موج برهای خروجی انتخاب شد. برای افزایش بازده در درگاه های خروجی، نقص هایی با میله هایی با ثابت دی الکتریک 25/2 طراحی شد همچنین با استفاده از توزیع گوسین ماده با دی الکتریک بیشتر در بستر آن دیده شد که فقط با تنظیم شعاع میله مرکزی می توان به کاواک مورد نظر جهت تشدید در طول موج دلخواه رسید. ابعاد کوچک، قابلیت مجتمع شدن، قابلیت افزایش تعداد کانال خروجی، منحنی تیز انتقال و بازده زیاد آن، از ویژگی های مهم این فیلتر است. عملکرد این فیلتر طراحی شده با استفاده از روش روش تفاضل متناهی در حوزه ی زمان شبیه سازی شده است. متوسط بازده توان انتقالی کانال ها 81 درصد، و میانگین ضرایب کیفیت آنها در حدود 272 بدست آمده است.

this thesis is presented 10 ghz voltage controlled ring oscillator for high speed application. the voltage controlled ring oscillator was designed and fabricated in 0.13یm cmos technology. the oscillator is 7-stages ring oscillator with one inverter replaced by nand-gate for shutting down in the ring oscillator during idle mode. tri-state inverter was used to control of 126 bit vector in ring oscillator. we also used of several techniques such as transistor sizing to improve performance of ring oscillator in pll. in this context, we designed and optimized layout of ring oscillator as small as possible by l-edit software. the predicated performance is verified by analyses and simulation using h-spice and l-edit tools. this ring oscillator is optimized to compare with earlier design. the ring oscillator can operate with 1.8v supply voltage .

بلورهای فوتونی دوبعدی تیغ ه‏ای بستر گسترده‏ ای برای ساخت مدارهای مجتمع فوتونی است. با ترکیب کاواک‏ ها و موجبرهای ریز و کم تلفات می‏ توان خطوط تاخیر، مدولاتور، فیلتر و لیزرهایی با بازده بالا برای پردازش سیگنال‏ های نوری ساخت. در این پایان‏ نامه یک کاواک با استفاده از بلور فوتونی دوبعدی تیغ ه‏ای طراحی و شبیه‏ سازی شد. روش تحلیل و شبیه‏ سازی‏ ها مبتنی بر روش سه بعدی تفاضل متناهی در حوزه زمان (3d-fdtd) است. هدف از طراحی کاواک، دست‏یابی به ضریب کیفیت زیاد و حجم مد کوچک بوده است. ضریب کیفیت زیاد و حجم مد کوچک باعث افزایش واکنش بین نور و ماده می‏ شود. همچنین به این دلیل که کاواک‏ ها عناصر انتخابگر طول‏ موج (یا فرکانس) هستند، ضریب کیفیت زیاد در کاواک‏ ها نشان دهنده قدرت انتخاب طول‏ موج (فرکانس) نیز است. این مشخصه‏ ها در لیزرها و c-qed‏ها نقش مهمی را ایفا می‏ کنند. c-qed مطالعه‏ ی برهمکنش بین نور محبوس شده درون یک کاواک با اتم یا ذره های دیگر تحت شرایطی که فوتون ها طبیعت کوانتومی دارند، است. برای رسیدن به ضریب کیفیت زیاد و حجم مد کوچک دو ساختار در این پایان‏ نامه بررسی شد. هر دو ساختار، کاواک بلور فوتونی تیغه‏ ای h0 می‏باشد. در ساختار اول بهبود ضریب کیفیت با تغییر شکل دادن دوحفره نزدیک به کاواک انجام شد. این تغییر در جهت کاهش حجم حفره استوانه‏ ای، از شکل دایروی به بیضوی انجام شد و ضریب کیفیت کاواک از 1.2x10^5 به 1.6x10^5 افزایش یافت در حالی که حجم مد از 0.24 به 0.22 کاهش یافت. در ساختار دوم، با ثابت نگه داشتن تمامی مقادیر ساختار اول، دو حفره دیگر (مجاور حفره‏ های نزدیک به کاواک) از شکل دایروی به بیضوی تغییر شکل داده شد. در این ساختار، تغییر شکل در جهت افزایش حجم حفره‏ های هوا انجام شد. ضریب کیفیت در این ساختار از 1.6x10^5 به 2x10^5 افزایش یافت. حجم مد تغییر چندانی نداشته و در محدوده0.22 بوده است. همچنین اثر جابجایی حفره‏ های سازنده کاواک بلور فوتونی تیغه‏ ای h0 بر طول موج تشدید و ضریب کیفیت بررسی شده است. در بررسی، یک رفتار غیر قابل پیش‏ بینی در طول موج تشدید مشاهده شد که این رفتار با تحلیل الگوی میدان الکتریکی در برش مقطعی تیغه، توجیه شد.

در این پایان نامه، ساختار لیزر فیدبک توزیع شده (dfb) بر مبنای بلور فوتونی (phc) بررسی شده و راه هایی برای بهبود مشخصات آن بیان شده است. ابتدا یک ساختار لیزر نیمه رسانای تک چاه کوانتومی را در نظر گرفته و کلیه مشخصات آن را شبیه سازی نموده و سپس با افزایش تعداد چاه ها به چهار عدد، رفتار لیزر را شبیه سازی نموده ایم. عملکرد لیزر از لحاظ طیف طول موج، میزان چگالی فوتون پرتو خروجی و میزان مصرف توان، بررسی شده و نشان داده می شود که این عملکردها با بهینه سازی ساختار لیزر، بهبود می یابد. چاه کوانتومی بوسیله محدود سازی حرکات الکترون ها و حفره ها، چگالی حالات را کاهش می دهد. استفاده از چند چاه کوانتومی بدلیل وجود چندلایه با ضریب شکست زیاد، باعث افزایش محدودسازی نوری می شود. طول موج خروجی لیزر شبیه سازی شده1550 نانومتراست که لایه های آن، موادی از جنس inp و ingaasp هستند. برای عملکرد مناسب لیزر در این طول موج، تعیین دقیق ضرایب مولی x و y برای نیمه رسانای ingaasp بسیار مهم است و اندک تغییر در مقدار آن ها باعث جابجایی طیف طول موج پرتو خروجی می شود. مقدار ولتاژ آستانه برای این لیزر، 1/2 ولت و برای ساختاری با طول 5 میکرومتر، در ولتاژ 3/2 ولت، چگالی جریان مصرفی در حدود 1/1 میلی آمپر بر میکرومتر و میزان توان خروجی آن نیز در این ولتاژ، 16 میلی وات است. در ادامه با اضافه کردن ساختار بلور فوتونی به لایه بالایی ساختار لیزر بعنوان بازتاب کننده براگ، وضعیت شدت پرتو گسیل شده از دریچه خروجی لیزر و همچنین طیف طول موجی پرتو خروجی، بدون تغییر در مقادیر جریان و ولتاژ مصرفی ساختار لیزر قبلی، بهبود می یابد. برای بررسی میزان بازتاب کنندگی ساختار بلور فوتونی و مقایسه آن با ساختار بدون بلور فوتونی، از روش عددی تفاضل محدود در حوزه زمان (fdtd) استفاده می شود. در این روش، یک پرتو نور به سطح مورد نظر تابانیده شده (مثل انجام این عمل در واقعیت) و میزان بازتابش پرتو از آن سنجیده می شود. نتیجه بدست آمده از مقایسه لایه ساختار لیزر بدون ساختار بلور فوتونی و با آن، افزایش مقدار 0/2 بازتابش بیشتر پرتو نور با طول موج 1550 نانومتر بعد از استفاده از بلور فوتونی را نشان می دهد که این افزایش بازتابش کنندگی پرتو نور توسط لایه، می تواند از میزان تلفات کاسته و شدت پرتو خروجی لیزر را بهبود بخشد.

یکی از روش¬هایافزایش بازده سلول خورشیدی، افزایش میزان جذب نور خورشید است. درساختارهای کوانتومی از طریق ایجاد نوارهای میانی با صرفه¬جویی مواد مصرفی امکان¬پذیر است. در این پایان¬نامه، سلول خورشیدی شامل نقاط کوانتومی از جنسinas به شکل هرم با سطح مقطع مربع و با مقطع برش 5/0، در ماده حجیمgaas که لایه جاذب سلول می¬باشد بررسی می¬شود.ساختار ترازهای انرژی و المان ماتریس دو قطبی در هر گذار بین نواری و ماتریس همپوشانی فضایی برای هر گذار، برای کلیه نقاط کوانتومی منفرد با ابعاد3×3 و6×6 و 8×8 و 10×10 و14×14 و20×20 و 25×25 با ارتفاع 1 و4 نانومتر محاسبه گردید. همچنین این مشخصات، برای نقاط کوانتومی بصورت آرایه افقی و آرایه عمودی با مساحت قاعده 10×10 و 14×14 با ارتفاع 4 و1 نانومتر و اندازه فاصله نقاط از هم 1و 3 نانومتر محاسبه شد. قسمت حقیقی و موهومی تابع دی¬الکتریک و ضریب شکست و ضریب جذب برای نقاط با اندازه و فاصله¬های مختلف محاسبه گردید. از مقایسه ترازهای انرژی آرایه¬ی نقاط، با اثر جفت¬شدگی، با ترازهای انرژی نقاط منفرد مشاهده می¬شود که میزان انرژی گذار بین نواری در آرایه¬ای از نقاط نسبت به نقاط منفرد کمتر می¬باشد. با محاسبه تابع دی الکتریک و ضریب جذب مشاهده می¬شود که در اثر تحدید کوانتومی، طیف جذب این نقاط نیز ساختار گسسته دارد و متناسب با ترازهای مجاز برای گذار الکترون، در طیف جذب پیک¬ها، مشاهده می¬شود بیشترین پیک جذب برای آرایه افقی از نقاط 10×10 می¬باشد. هر چه ترازها بالاتر می-روند چون مقدار انرژی مورد نیاز برای گذار الکترون افزایش می¬یابد، میزان جذب کاهش می¬یابد و گذارهای الکترون برای همه ترازها مجاز نمی¬باشد. با افزایش اندازه نقاط کوانتومی تابع دی¬الکتریک و پیک جذب به سمت انرژی¬های کمتر شیفت پیدا می¬کند. یعنی پیک جذب به سمت طول موج های بلندتر جابجا می¬شود. در ادامه مشخصه الکتریکی و نوری کامل یک سلول خورشیدی pin با لایه جاذب i شبیه¬سازی شد. مشخصات ضریب شکست و تابع دی¬الکتریک نقاط محاسبه شده در لایه جاذب سلول pin استفاده شد.مشخصات الکتریکی سلول با تابش طول موج های مختلف قبل و بعد از اعمال نقاط کوانتومی در ساختار سلول مقایسه گردید و در انتها افزایش جریان ناشی از اثر نقاط کوانتومی بدست آمد.