ارائه‌کننده: محمدرضا معینی فخرداود
استاد راهنما: دکتر وحید احمدی
استاد ناظر داخلی: دکتر محمدکاظم مروج فرشی
استاد ناظر خارج از دانشگاه: دکتر سیده مهری حمیدی سنگدهی (دانشگاه شهید بهشتی)
تاریخ: 1403/04/31
ساعت: 9
مکان: کلاس 01/6

چکیده:
فوتونیک توپولوژیکی یا عایق‌های نوری توپولوژیکی، یک رشته‌ی نوظهور در فوتونیک است که از اصول فیزیک ماده‌ متراکم الهام می‌گیرد. این رشته، حالت‌های لبه‌ای را در بلورهای فوتونی یا به طور کلی سیستم‌های فوتونیکی پیش‌بینی می‌کند که این مدهای لبه در برابر نواقص و عیوب مقاوم هستند. علاوه بر این، بخاطر شکست تقارن اعم از تقارن بازگشت زمانی یا تقارن آینه‌ای، این مدهای لبه یک‌طرفه هستند و فقط در یک جهت منتشر می‌شوند. این ویژگی‌ها باعث شده که دستگاه‌های نوری مبتنی بر فوتونیک توپولوژیکی عملکرد و انعطاف‌پذیری بیشتری داشته باشند.
در این تحقیق از عایق‌های توپولوژیکی نوری در ادوات نوری مختلف در دو حوزه‌ی فرکانسی گیگاهرتز و تراهرتز استفاده شده است. ابتدا موج‌بر و تقسیم‌کننده‌ی توان مبتنی بر فوتونیک توپولوژیکی مغناطیسی برای فرکانس ۷.۶۳ گیگاهرتز طراحی و شبیه‌سازی شده است. سپس با بررسی نواقص مختلف در ساختار مورد نظر، مد رزونانسی مشخصی در سیستم به وجود آوردیم که باعث بهبود عملکرد دستگاه می‌شود. نتایج نشان می‌دهد ضریب کیفیت مد رزونانسی در بلور فوتونی توپولوژیکی از مرتبه‌ی ۱۰^۶ می‌باشد که ۱۰۰ مرتبه از ضریب کیفیت مد رزونانسی در بلور فوتونی معمولی بیشتر است. سپس برای طراحی ادوات نوری برای فرکانس تراهرتز از بلورهای فوتونیکی سیلیکونی بهره‌برداری کردیم. با شکست تقارن آینه‌ای در ساختار گرافنی بلور فوتونی سیلیکونی، موجبر توپولوژیکی مبتنی بر خاصیت دره طراحی و شبیه سازی کردیم که طیف عبوری نزدیک به ۱۰۰ درصد دارد و می‌تواند در برابر پیچ‌خوردگی ساختار مقاومت کند. در ادامه، با مهندسی مرزهای بلور فوتونی دره‌ای یک دی مالتی پلکسر فرکانسی طراحی شده است که می‌تواند در دو پنجره فرکانسی ۰.۷ تا ۰.۹ و ۱.۴ تا ۱.۶ تراهرتز عمل کند. ساختار طراحی شده می‌تواند فرکانس‌های ۰.۸ و ۰.۸۵۱ تراهرتز را در پنجره‌ی اول و فرکانس‌های ۱.۴۸۷ و ۱.۴۸۰ تراهرتز را در پنجره‌ی دوم تفکیک کند. همچنین در فرکانس‌های ۰.۸۴۴ و ۱.۴۸۶ تراهرتز می‌تواند به عنوان تقسیم‌کننده‌ی توان تراهرتز مورد استفاده قرار بگیرد. در نهایت با بهره‌گیری از دو روش مختلف، مهندسی نقص در ساختار و مهندسی مرزهای توپولوژیکی، ایده‌ی دی مالتی پلکسر دو شاخه‌ای را به شاخه‌های بالاتر (سه شاخه) بسط داده‌ایم. به این معنا که ساختار طراحی شده می‌تواند سه فرکانس مختلف در هر پنجره را تفکیک نماید.