طراحی و شبیه سازی ساختارهای دارای قابلیت تنظیم متامواد در محدوده طول موجی مادون قرمز

 

فصل اول: مقدمه و بررسی منابع

1-1 نور……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….15

1-2سرعت نور…………………………………………………………………………………………………………………………………………….16

1-3 ماهیت های متفاوت نور……………………………………………………………………………………………………………………..17

1-3-1 ماهیت ذره ای………………………………………………………………………………………………………………………………..17

1-3-2 ماهیت الکترومغناطیس………………………………………………………………………………………………………………….17

1-3-3 ماهیت کوانتومی نور………………………………………………………………………………………………………………………18

1-4 اشعه مادون قرمز……………………………………………………………………………………………………………………………….18

5 تاریخچه……………………………………………………………………………………………………………………………………………..19-1

1-6 منابع تولید تابشهای فروسرخ…………………………………………………………………………………………………………..20

1-6-1 منابع مصنوعی………………………………………………………………………………………………………………………………20

1-6-2 عبور جریان الکتریکی از مقاومتها………………………………………………………………………………………………..20

1-6-3 چراغ با مفتول زغال……………………………………………………………………………………………………………………..21

1-6-4چراغ بخار جیوه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………21

1-7 جذب اشعه مادون قرمز ………………………………………………………………………………………………………………….21

1 نشر تابش ……………………………………………………………………………………………………………………………………22  -1-7

1-8 اندازه گیری امواج فروسرخ……………………………………………………………………………………………………………..23

1-8-1 پیل ترموالکتریکی ………………………………………………………………………………………………………………………23

1-8-2 سوزن ترموالکتریک……………………………………………………………………………………………………………………..23

1–9 تصویر برداری با اشعه مادون قرمز………………………………………………………………………………………………….23

1-9-1 دید در شب…………………………………………………………………………………………………………………………………24

 1-9-2 عکسبرداری  زمین از راه دور (آکموترا)……………………………………………………………………………………25

1-10 نتايج اشعه مادون قرمز………………………………………………………………………………………………………………..25

 1-10-1 طیف سنجی …………………………………………………………………………………………………………………………..25

1-10-2 طيف‌سنجي مادون قرمز به روش  FTIR براي شناسايي پليمرها………………………………………….26

1-11 کاربرد……………………………………………………………………………………………………………………………………………26

 1-11-1مخابرات……………………………………………………………………………………………………………………………………28

1-11-2 ارتباطات نزدیک بصورت‌های مختلف دیجیتال……………………………………………………………………….28

1-11-2-1 انتقال صوت با ابزار ساده………………………………………………………………………………………………………29

1-11-2-2 كاربرد……………………………………………………………………………………………………………………………………29

 1-11-2-2-1 ردیابی اشیای پرنده…………………………………………………………………………………………………………29

1-11-2-2-2 مادون قرمز به عنوان پرده نوری……………………………………………………………………………………….30

 1-11-3 تفنگ مجهز به دوربین دید در شب……………………………………………………………………………………….30

 1-11-4 گرمادهی………………………………………………………………………………………………………………………………….31

 1-11-5 مادون قرمز در پزشکی……………………………………………………………………………………………………………31

 1-11-5-1 تسكين درد………………………………………………………………………………………………………………………….32

 1-11-5-2 استراحت ماهيچه ………………………………………………………………………………………………………………..32

 1-11-5-3 افزايش خون رساني……………………………………………………………………………………………………………..32

  1-11-5-4 كاربرد تشخيصي مادون قرمز……………………………………………………………………………………………..33

 1-12 آشکارساز یا ترانسدیوسر مادون قرمز…………………………………………………………………………………………..33

1-13 ردیاب های مادون قرمز…………………………………………………………………………………………………………………….34

1-13-1 ردیابی فعال…………………………………………………………………………………………………………………………………. 34

1-13-2 ردیابی غیر فعال………………………………………………………………………………………………………………………….. 34

1-14 آشکار سازهای مادون قرمز……………………………………………………………………………………………………………… 34

1-15کنترل نور و انرژی……………………………………………………………………………………………………………………………..35

1-16 نور مادون قرمز ( پرتوهای با طول موج 3000-790 نانو) ………………………………………………………………35

1-17 پرتوهای نور و رفتار شیشه……………………………………………………………………………………………………………….35

1-18 محافظت در برابر مادون قرمز…………………………………………………………………………………………………………..36

1-19 اثرات بيولوژيكي پرتوهاي مادون قرمز……………………………………………………………………………………………..36

1-20 محافظت در برابر مادون قرمز…………………………………………………………………………………………………………..38

فصل دوم:متامواد ویژگی ها

 2-1 متامواد/فراماده(متامتریال)………………………………………………………………………………………………………………..39

2-2 تاریخچه فرامواد…………………………………………………………………………………………………………………………………..40

2-3 مواد با شریب شکسن منفی………………………………………………………………………………………………………………..42

2-4 مواد با گذردهی الکتریکی منفی…………………………………………………………………………………………………………45

 فلزات در فرکانس نوری…………………………………………………………………………………………………………………..45 1-4-2

2-4-2 شبکه سیمی در فرکانس های پایین………………………………………………………………………………………………45

2-5 مواد با گذر دهی مغناطیسی منفی……………………………………………………………………………………………………..47

2-5-1 دسته ای از استوانه های فلزی…………………………………………………………………………………………………………47

2-5-2 تشدیدگرهای حلقه مجزاSRR ………………………………………………………………………………………………………48

2-6 مواد با ضریب شکست منفی………………………………………………………………………………………………………………..49

2-6-1 انتشار موج در مواد با ضریب شکست منفی…………………………………………………………………………………….50

2-6-2 قانون اصلاح شده اسنل در شکست…………………………………………………………………………………………………51

2-7 تغییر ناپذیری ساختاری معادلات ماکسول………………………………………………………………………………………….53

2-7-1 پوشش نامرئی کروی و استوانه ای……………………………………………………………………………………………………59

2-8 نخستین متامواد…………………………………………………………………………………………………………………………………….62

2-9 ساخت مواد مغناطيسي ويژه با متامواد……………………………………………………………………………………………62

فصل سوم:ساختارهای سه بعدی یک رینگ تشدیدچرخان و نتایج شبیه سازی با نرم افزار کامسول

3-1متامتریال های سه بعدی فوتونیکی در فرکانس های نوری…………………………………………………………………..65

3-2 روش ها………………………………………………………………………………………………………………………………………………….77

3-3 خصوصیات نوری و ساختار…………………………………………………………………………………………………………………78

3-4 آشنایی با نرم افزار کامسول………………………………………………………………………………………………………………..80

3-5 آشنایی با ماژولRF…………………………………………………………………………………………………………………………….81

3-6 مراحل رسم شکل و شبیه سازی با نرم افزار……………………………………………………………………………………..81

3-6-1نصب نرم افزار…………………………………………………………………………………………………………………………………..82

3-6-2 انتخاب نوع مواد …………………………………………………………………………………………………………………………….82

3-6-3 مش بندی…………………………………………………………………………………………………………………………………….90

3-6-4 انتخاب نوع میدان الکتریکی و پورت……………………………………………………………………………………..94

فهرست منابع و مأخذ…………………………………………………………………………………………………………………………………99

فهرست شکل ها

شکل 1-1 نور در طول موج های مختلف……………………………………………………………………………………………….19

شکل2-1تقسیم بندی مواد براساس علامت گذردهی الکتریکی و مغناطیسی……………………………………..44

شکل 2-2 نمایی از یکSRR…………………………………………………………………………………………………………………..48

شکل2-3 تغییرات قسمت حقیقیμ را بر حسب فرکانس………………………………………………………………………49

شکل 2-4 آرایه پیشنهادی برای محیط با ضریب شکست منفی……………………………………………………………50

شکل 2-5 عبور نور در مرز بین دو محیط با ضریب شکست مثبت و منفی………………………………………….52

شکل 2-6 تبدیلی برای طراحی پوشش نامرئی……………………………………………………………………………………….54

شکل 2-7 تابش یک موج EM از میان یک پوشش استوانه ای نامریی…………………………………………………58

شکل 3-1 ساختار هندسی و روش های ساخت……………………………………………………………………………………..66

شکل 3-2 اسکن تصاویر میکروسکوپ الکترونی از ساختار SRRچهار لایه……………………………………………68

شکل3-4 اندازه گیری تجربی و شبیه سازی عددی برای ساختارSRR چهار لایه…………………………………69

شکل 3-5 خواص نوری به عنوان تابعی از ضخامت لایه جداکننده برای ساختارSRR  چهارلایه…………73

شکل 3-6 تکامل طیف های نوری با SRRتعداد 4لایه …………………………………………………………………………..75

شکل 3-7 محیط گرافیکی نرم افزار کامسول……………………………………………………………………………………………..83

شکل 3-8  منوی Model Builder در کامسول برای رسم شکل………………………………………………………………..84

شکل 3-9 مکعب رسم شده  با کامسول برای رسم SRR……………………………………………………………………………86

شکل 3-10 SRR رسم شده با کامسول………………………………………………………………………………………………………87

شکل 3-11 SRRرسم شده بر روی بستر…………………………………………………………………………………………………….88

شکل 3-12 آرایه SRR  ساخته شده بر روی بستری از شیشه و با Spacer………………………………………………..89

شکل 3-13 انتخاب محدوده مورد نظر برای بستر(شیشه) در نرم افزار کامسول………………………………………..92

شکل 3-14  پوشاندنSRRبا لایه از طلا …………………………………………………………………………………………………….94

شکل 3-15 مش بندی شکل در کامسول…………………………………………………………………………………………………….95

شکل 3-16 تاباندن موج تخت به شکل………………………………………………………………………………………………………..96

شکل 3-17  رسم شکل نهایی با نرم افزار کامسول……………………………………………………….