کتاب ادوات نانوفتونیک مجتمع اثر زیوز الوسکی ناشر فدک ایساتیس

درباره ی کتاب

کتاب حاضر با عنوان طراحی ادوات نانوفوتونیک مجتمع بصورت روان و ملموس نوشته شده است که با مبانی و انواع تکنیک های مدولاسیون فتونیکی شروع شده و در ادامه روش های معمول ساخت مدارات مجتمع نانوفوتونیک را ارائه می کند. در دو فصل آخر امواج پلاسمونیک سطح و نانوذره و پلاسمون پلاریتون ها معرفی شده و انواع کاربردهای این سیگنال ها از جمله نانو آنتن ها و سنسورهای نوری را بصورت دقیق بررسی نموده است. این کتاب برای دانشجویان تحصیلات تکمیلی و محققان عزیز در زمینه ی رشته نوظهور نانوفناوری مفید و مؤثر تشخیص داده شده و توصیه می شود.

مقدمه‌ي مترجمين

نانوفوتونيك يك زمينه‌ي در حال توسعه و پرکاربرد با دو زمينه‌ي جذاب است: تصويربرداري و ساخت ادواتي براي حسگري و انتقال اطلاعات. به وسيله‌ي نانوفوتونيك مي‌توان به دانش و فناوری ادوات با ابعاد زير ميكرون (كمتر از صد نانومتر) و ادواتی برای اندرکنش با فوتون‌ها رجوع كرد. اصول توسعه يافته در زمينه‌ي نانوفوتونيك تاثيرات گسترده‌اي در هر دو بخش خدمات عمومي و صنعتی دارند. همچنين، داراي كاربردهاي بالقوه‌اي از جمله محاسبات سريعتر و عينك‌هاي هوشمند تا كاربردهاي پزشكي، ايمني و امنيت ملي است. پيشرفت‌هاي اخير در زمينه‌ي نانوتكنولوژي امكان تحقق ادوات فوتونيكي‌اي را فراهم ساخته كه قبلا به صورت تئوريك مورد تحقيق و بررسي قرار گرفته‌اند. در زمينه‌ي توانايي‌هاي محاسباتي، پيشرفت‌هايی تحقق یافته که طراحي دقيق چنين ادواتي را قبل از به كار گيري فرآيند ساخت موجود فراهم مي‌آورند. با تنوع بسيار زياد اين زمينه، فعاليت تحقيقاتي بین رشته‌اي توسط دانشمندانی از رشته‌هاي فيزيك، متالوژی، مهندسي الكترو اپتيك، مهندسي فرآيند و بيو فيزيك به سرعت در حال ظهور و گسترش است.
يكي از زمينه‌هاي مورد علاقه‌ي نانوفوتونيك به تحقق نانوادوات با مدولاسيون فوتونيكي و سنسورها مربوط مي‌شود. تلاش براي مجتمع‌سازي ادوات ديناميك فوتونيكي با مدارات ميكروالكترونيكي يك گرايش مهم علمي و صنعتي است، چرا كه در حال حاضر پردازش عمدتا به وسيله‌ي تراشه هاي ميكروالكترونيكي و انتقال اطلاعات براي مسافت‌هاي طولاني از طريق لينك‌هاي اپتيكي انجام مي‌شوند. علاوه بر آن پردازش فوتونيكي مي‌تواند مشكلات متعدد توليد شده در تراشه‌هاي ميكروالكترونيكي فشرده را به ويژه در حوزه‌ي فركانس‌هاي بالا حل كند. چنين مشكلاتي شامل تلف توان، مشكلات تداخل و غيره مي‌شوند. اين كتاب پيشرفت‌هاي اخير در طراحي، ساخت و آزمايش مدارات مدولاسيون فوتونيكي مجتمع را ارائه خواهد كرد. به دليل جهش اخير در توسعه‌ي توانمندی‌هاي ساخت نانوتكنولوژي، زمينه‌ي ادوات ميكروفوتونيك و نانوفوتونيك در طي چند سال اخير به طور چشمگيري تغيير يافته است.
اين كتاب كه به عنوان منبعي جامع در اختيار فارغ‌التحصيلان مقطع كارشناسي و نيز دانشجويان تحصیلات تکمیلی و همچنين محققان صنعت و دانشگاه قرار گرفته است، يك ديد جامع و گسترده و بروز شده‌اي از تكنولوژي‌هاي مدولاسيون فوتونيكي مدرن را ارائه مي‌كند. اين كتاب با ارائه‌ي پيش‌زمينه‌ي تئوريكي، اصول فيزيكي مورد نياز اين زمينه‌ي نوظهور شروع مي شود که بخش‌هاي پيش زمينه‌ي تئوريكي مي‌توانند به عنوان يك منبع مقدماتي براي دانشجويان كارشناسي در موضوعات نور غير خطي، موجبري و نيمه‌هادي‌ها استفاده شوند.
در اينجا لازم است از خانواده‌هاي محترم خویش خصوصا خانم لیلا نبوی آزاد بناب كه در طول ترجمه‌ي اين كتاب ما را بصورت بي‌دريغ حمایت کردند، صميمانه قدرداني و تشكر نماييم.
همچنين از مسئولين انتشارات فدك ايساتيس، علي الخصوص جناب آقاي مجيدرضا زروئي مدير انتشارات و آقایان کرمی تشكر و سپاسگزاري مي‌نمائيم.
در پايان از كليه‌ي دانشجويان، محققین و اساتيدي كه اين كتاب را مورد مطالعه قرار مي‌دهند تقاضا مي‌كنيم ما را از نظرات و پيشنهاد‌هاي سازنده‌ي خود در خصوص تصحيح مشكلات تايپي و مربوط به متن كتاب محروم نساخته و اطلاع رسانی نمایند، تا در تجدید چاپ مورد استفاده قرار گيرد که پیشاپیش از نظر لطف آنها تقدیر و تشکر می‌نماید.

karim.abbasian@gmail.com

مقدمه

وقت براي نوشتن يك نامه‌ي كوتاه برای شما نداشتم، بنابراين نامه‌ي بلندي را نوشتم.
[مارك تواين]
نانو فوتونيك يك رشته‌ي جديد و مهیج در حال توسعه با دو زمينه‌ي اصلي تصويربرداري/بینائی و ادوات حسگر و انتقال اطلاعات است. به وسيله‌ي نانوفوتونيك معمولا به علم و ادوات درگیر با ساختارهاي با ابعاد زيرميكرون (به ويژه كمتر از 100 نانومتر) كه با فوتونها اندرکنش مي‌كنند، اشاره می‌کنند. رشته‌هاي تحصيلي توسعه يافته در زمينه‌ي نانوفوتونيك داراي اثرات گسترده در دو حوزه‌ي خصوصي و عمومي با كاربردهاي بالقوه از توان محاسباتي سريعتر و عينك‌هاي هوشمند گرفته تا ايمني و امنيت ملي و كاربردهاي پزشكي هستند. پيشرفت‌هاي اخير در حوزه‌ي نانو تكنولوژي، تحقق اصول فوتونيكي و ادواتي، كه قبلا تنها به صورت تئوريكي مي‌توانستند بررسي شوند، را ممكن مي‌سازد. پيشرفتها در قابليت‌هاي محاسباتي، اجازه‌ي طراحي دقيق چنين ادواتي قبل از به كارگيري فرآيند ساخت موجود را مي‌دهند. تنوع اين حوزه بسيار گسترده است به طوري كه، بصور تسریع، يك فعاليت تحقيقاتي چند رشته‌اي شامل فيزيك، علم مواد، مهندسي الكترو- اپتيك، مهندسي فرآیند و بيوفيزيك در حال ظهور است.
يكي از حوزه‌های اصلي و مطلوب رشته‌ي نانوفوتونيك مربوط به تحقق نانوادوات مجتمع برای مدولاسيون فوتونيكي و سنسورها است. به جهت اين واقعيت كه در حال حاضر، پردازش اطلاعات اساسا به وسيله‌ي تراشه‌هاي ميكرو الكترونيك و انتقال اطلاعات، به ويژه براي مسافت‌هاي طولاني، از طريق لينك‌هاي اپتيكي انجام مي‌گیرند، تلاش براي مجتمع‌سازي ادوات ديناميك فوتونيكي با مدارهاي ميكروالكترونيك يك گرايش عمده علمي و همچنين صنعتي مي‌شود. علاوه برآن، پردازش فوتونيكي قادر است تنگناهاي متعدد توليد شده در تراشه‌هاي ميكروالكترونيكي فشرده را به ويژه در فركانس‌هاي بالا رفع كند. چنين تنگناهايي شامل مشكلات اتلاف توان، تداخل صدا و غيره مي‌شوند. اين كتاب، پيشرفت‌هاي اخير در طراحي، ساخت و آزمايش مدارات مدولاسيون فوتونيك مجتمع را ارائه خواهد كرد. به جهت جهش اخير در توسعه‌ي قابليت‌هاي ساخت نانو تكنولوژي، حوزه‌ي ادوات ميكروفوتونيك و نانو فوتونيك مجتمع در طي چند سال اخير به صورت چشمگيري تغيير يافته است.
در اين كتاب، كه هدف آن دانشجويان تحصيلات تکمیلی در علوم دقيق و همچنين محققا صنعتی و آكادميک است، دورنماي مدرن گسترده و جامعی از تكنيك‌هاي مدولاسيون فوتونيكي موجود، كه شامل روش‌هاي شناخته شده‌ي متعدد اخيرا توسعه يافته هستند، را ارائه مي‌كند. اين كتاب با ارائه‌ی پيش‌زمينه‌ي تئوريكي اصول فيزيكي، مورد نياز براي دنبال كردن مفاهيم تكنيكي اين رشته‌ي نوظهور، شروع مي‌شود. این فصل‌های مربوط به پيش‌زمينه‌ي تئوريكي مي‌توانند به عنوان مطالب مقدماتي دوره‌هاي ليسانس با عناوين اپتيك غيرخطي، موجبر نوري و نيمه هاديها مورد استفاده قرار گيرند.
مولفان تمايل دارند از دانشجويان و همچنين همكاران تحقيقاتی كه در به دست آوردن بعضي ازنتايج تحقيق اين كتاب نقش داشته‌اند، سپاسگزاري كنند. به ويژه تقدير و تشكر مخصوص ازآقاي آركادي رادنيتسكي، دكترافر ليمون، دكترلوكا باسينارو، دكترآناماريا جراردينو، دكتردن كوجوك، دكتر آوراهام چلي، پروفسور مناخيم ناتان، آقاي اصف شهمون وآقاي يوعد آبراهام، خانم سوفيا بوهبات، پروفسور مايكل روزنبلو، پروفسور اري زابان، خانم آلينا كارابچويسكي، خانم الگا كراسنيكف، خانم ميري گيلبار، آقاي آتف شلبني، آقاي آميت لاهاو، آقاي اونرسفراني، آقاي شاهار مور، آقاي افيرآهارون وپروفسور مارك آسلندر نموده‌اند.
در آخر مولفان ازخانواده‌هاي خود به خاطر حمايت آنان در طول آماده‌سازي اين كتاب كمال تشكر را دارند. به ويژه، زيو زالوسكي از همسر خود آنات و بچه‌هاي خوب و پرشور خود، از، دوريت و گيدن و همچنين ابراهيم عبدالحليم از همسرش فاتين و پسرانش هيشام وادهم براي حمايت و بردباري آنان تقدير مي‌كنند.

فهرست مطالب

فصل 1 پيش‌‌زمينه‌ي فيزيكي 1
    1.1 مقدمه‌اي براي نور غيرخطي 2
1.2 اصول بنيادي نيمه هاديها 36
1.3 مقدمه‌اي بر موجبرهاي فوتونيكي 63    

فصل 2 فيزيك مدولاسيون نوري 71
    2.1 مدولاتورهاي مگنتو-اپتيكي 72
2.2 مدولاتورهاي الكترو-اپتيكي 73
2.3 كريستال‌هاي مايع 75
2.4 جذب الكتريكي نور 81
2.5 نور غيرخطي 82
2.6 اثرات برولويين و رامان 85
2.7 اثر پلاسما در سيليكون 86
2.8 مروري بر ادوات فوتونيكي        86    

فصل 3 مدارات مدلاسيون فوتونيك سيليكوني 101
   3.1 مرور كلي 102
3.2 ادوات مخصوص 111
فصل 4 روش‌هاي ساخت ادوات مجتمع 129
4.1 روش‌هاي تشكيل تصوير 130
4.2 روش‌هاي انتقال الگو به سطح 137
4.3 كاربردهاي نانو فتونيك و نانو تكنولوژي‌ها      144   

فصل 5 طرح‌هاي غيرمتعارف مدولاسيون 149
  5.1 روش‌هاي اپتو- الكترونيك هيبريدي 150
5.2 روش‌ تمام نوري براساس اثر پاشيدگي پلاسما 164
5.3 مدولاسيون بر مبناي تله‌اندازي ذره 174
5.4 ميكروگيت منطقي مجتمع تمام اپتيكي 201
5.5 ادوات فوتونيكي انتخاب كننده‌ي طيفي و قطبشي براساس نانو ميله‌هاي دي‌الكتريك    207  

فصل 6 امواج پلاسمونيك 119
 6.1 مقدمه 220
6.2 پديده‌ي SPR 222
6.3 كاربردهاي پلاسمونيكها 256
6.4 جهت‌گيري تحقيقات در آينده  288 

فصل 7 سيال‌شناسي نوري 305
7.1 مقدمه 306
7.2 مكانيك ميكروسيال و نانوسيال 309
7.3 ملاحظات ساخت 312
7.4 خلاصه‌اي از كاربردهاي سيال‌شناسي نوري 314