نشریه مهندسی برق و الکترونیک ایران الکترونیک ایران

---

در این مقاله طراحی و شبیه­سازی یک حسگر گاز نوین حساسیت بالا، مبتنی بر ساختاری ترکیبی از بلورهای فوتونی با ضرایب شکست مثبت و منفی ارائه شده است. نشان داده می­شود که استفاده از بلور فوتونی با ضریب شکست منفی، با متمرکز کردن توان نوری عبوری در قسمت ورودی موج­بر حاوی مواد مورد سنجش، منجر به افزایش مقدار عبوردهی حسگر می­شود. نتایج حاصل از شبیه­ سازی عددی با استفاده از روش FDTD دو بعدی نشان دهنده آن است که حسگر پیشنهادی از حساسیتی برابر با nm/RIU  ۸۷۶ و نیز عبوردهی حدود ۰,۷ برخوردار است. ساختار اصلاح شده حسگر که حاصل از تعبیه یک کاواک در مرکز کانال حسگری است، حساسیت nm/RIU ۸۸۰ ، ضریب کیفیتی برابر با ۳۹۲۰ و عبوردهی حدود ۰,۶ فراهم می­آورد که حسگر پیشنهادی را مناسب برای سنجش مواد گازی می­سازد.   

---

 در این مقاله طراحی و شبیه سازی سه بعدی (۳D) یک حسگر  فشار فوتونیک کریستال (PC) ارائه شده است. حسگر فشار پیشنهادی مبتنی بر یک تیغه فوتونیک کریستال دو بعدی از جنس PbMoO۴ است. شبیه سازی ها با استفاده از روش المان محدود  (FEM) و تفاضل- محدود حوزه- زمان  (FDTD)، توسط نرم افزار CST STUDIO SUITE و به صورت سه بعدی انجام شده است. حساسیت حسگر پیشنهادی نسبت به تغییر شکل هندسی و نیز تغییر ضریب شکست ناشی از اعمال فشار محاسبه شده است. بر اساس نتایج شبیه سازی با اعمال یک فشار مشخص، هر دو عامل مورد بررسی باعث کاهش طول موج تشدید طیف عبوری از ساختار می شوند. بین مقدار فشار اعمال شده به ساختار و جا به جایی طول موج تشدید یک رابطه خطی برقرار است. مقدار ضریب کیفیت  قله تشدید طیف عبوری و نیز مقدار حساسیت حسگر فشار پیشنهادی به ترتیب عبارتند از  ۲,۸۵۸nm/GPa- و  ۱۰۴۰.

---

در این مقاله طراحی و شبیه­سازی دو بعدی یک حسگر دمای بلور فوتونی حساسیت بالا ارائه شده است. شبیه­سازی­های عددی با استفاده از روش تفاضل- محدود حوزه- زمان، توسط نرم­افزار Rsoft و به صورت دو بعدی انجام شده است. ساختار پیشنهادی از یک کاواک پرشده با آب مقطر که در مرکز یک موج­بر نوری قرار گرفته، تشکیل شده است. ویژگی ­های عملکردی حسگر پیشنهادی با در نظر گرفتن فاکتورهای تغییرات دمایی ضریب شکست سیلسیوم (ماده زمینه) و آب مقطر (ماده پر کننده کاواک) و نیز تغییرات دمایی ابعاد ساختار حسگر، مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شده است که شعاع کاواک و شعاع حفره­هایی که از طرفین آن را احاطه کرده­اند، نقش مهمی در عملکرد حسگر پیشنهادی دارند. بر اساس نتایج حاصل از شبیه­سازی عددی، مقدار طول­ موج تشدید کاواک طراحی­شده به­طور خطی با دما تغییر می­کند. در ساختار حسگر بهینه شده مقدار حساسیت، مقدار متوسط ضریب کیفیت و عبوردهی به ترتیب عبارتند از:  ۷۹/۱۴۹، ۶۱۰۵  و  ۶/۰، که حسگر فوق را مناسب برای کاربردهای اندازه­گیری نوری دما می­سازد.

---

در این مقاله، طراحی و شبیه‌سازی یک دی‌مالتی‌پلکسر صوتی مبتنی بر کریستال‌های فونونی با بهره‌گیری از کاواک­های رینگ‌ رزوناتوری ارائه شده ‌است. دی‌مالتی‌پلکسر پیشنهادی دارای یک پورت ورودی و سه پورت خروجی ‌است. ابعاد ساختار ۱۸۰×۲۴۳ میلی‌مترمربع بوده و از استوانه‌های آب در بستر جیوه تشکیل شده است. پس از اعمال یک موجی پالسی در محدوده فرکانسی ۷۴/۶ تا ۷۵/۴ کیلوهرتز به ساختار و محاسبه طیف عبور، مشاهده می­شود که سه کانال با فرکانس‌های ۷۴/۸۲، ۷۵/۰۲ و ۷۵/۲۸ کیلوهرتز تفکیک می‌شوند. در این پژوهش از روش المان محدود در نرم‌افزار کامسول استفاده شده است. ساختار پیشنهادی با برخورداری از عبوردهی بیشتر از ۰/۷ در کانال­های خروجی، ضرایب کیفیت بسیار بالا و مقدار هم‌شنوایی ناچیز بین کانال­های خروجی (که در بدترین حالت ۴۵- دسی‌بل است)، دارای ویژگی­های بسیار مناسبی برای پیاده­سازی دی­مالتی­پلکسرهای صوتی است.

 

---

کریستال‌های فونونی با توزیع‌های دوره‌ای از مواد کامپوزیتی تعبیه شده در ماتریسی با تباین بالا در خواص مکانیکی، ساخته می­شوند. در این ساختارها، تداخل مخرب امواج پراکنده منجر به ظهور برجسته‌ترین مشخصه کریستال‌های فونونی یعنی شکاف باند فونونی می‌شود. با استفاده از این مشخصه‌ی کریستال‌های فونونی و ایجاد نقص در ساختار متناوبشان، می‌توان از آن­ها در کاربردهای گوناگونی مانند طراحی و ساخت فیلترها، لنزها، موج‌برها، دی‌مالتی‌پلکسرها، حسگرها و ... بهره برد. در این پژوهش طراحی و  شبیه­سازی دو دی‌مالتی‌پلکسر آکوستیکی مبتنی بر کریستال‌های فونونی دو بعدی، تشکیل ‌شده از استوانه‌های آب در بستر جیوه، با شبکه­‌ مربعی و نیز مثلثی ارائه‌ شده است. برای شبیه‌سازی­ها از روش‌های بسط موج صفحه‌ای و نیز روش المان محدود در نرم‌افزار کامسول بهره گرفته ‌شده است. فرکانس‌های تشدید دی‌مالتی‌پلکسر با شبکه‌ی مربعی پیشنهادی عبارت‌اند از چهار فرکانس ۰۹/۶۶، ۲۳/۶۸، ۲۷/۷۰، ۴۹/۷۲ کیلوهرتز. در این ساختار میانگین ضریب کیفیت، میزان کمینه هم‌شنوایی ۴۲- دسی‌بل و ابعاد ساختار ۲۱۸× ۱۱۸ میلی‌مترمربع است. فرکانس‌های تشدید دی‌مالتی‌پلکسر با شبکه‌ی مثلثی پیشنهادی عبارت‌اند از چهار فرکانس ۶۹/۷۵، ۹۸/۷۴، ۲۶/۷۴، ۵۷/۷۳ کیلوهرتز. در این ساختار میانگین ضریب کیفیت ۶۳۲۶، میزان کمینه هم‌شنوایی ۳۴- دسی‌بل و ابعاد ساختار ۱۰۳× ۲۹۷ میلی‌متر مربع است. این ساختارها از حیث ابعاد، سهولت طراحی و ساخت، قابلیت توسعه و نیز پارامترهای عملکردی نسبت به همتایان خود برتری دارند.