27928

پياده سازي عمل گرهاي رياضي حوزه زمان به كمك فراسطوح الكترومغناطيسي

كارشناسي ارشد

برق- مخابرات ميدان و امواج

1398

1401/8/24

دكتر علي عبدالعالي

دكتر محمد سليماني

برق

كشف روش‌هاي نوين براي بهبود ظرفيت محاسباتي و بهره‌وري هدفي است كه انسان‌ها مداوم به دنبال آن مي‌باشند. اخيرا علاقه‌مندي چشمگيري به انجام محاسبات آنالوگ بر مبناي موج پيدا شده‌است كه باعث جلوگيري از تبديل‌هاي آنالوگ به ديجيتال شده و هم‌چنين انجام محاسبات با سرعت بسيار بالا و به‌صورت موازي را فراهم مي‌آورد. همچنين ظهور فرامواد و فراسطوح در دهه‌هاي گذشته فرصت‌هاي بي¬شماري براي كنترل موج و برهمكنش ميان ماده و موج در تمامي فركانس‌ها از باند مايكروويو تا نور مرئي در مقياس‌هاي زير طول موج را فراهم آورده‌است. اين ساختارهاي مصنوعي تحقق‌يافته باعث پيشرفت‌هاي بسياري در انجام محاسبات آنالوگ بر مبناي موج شده‌اند و به عنوان يك پلتفرم بسيار عملياتي و به¬راحتي مجتمع پذير ظاهر شده‌اند. در فصل اول و مقدمه كار به تاريخچه فراسطوح و فرامواد و همچنين كاربردهاي و چشم اندازه¬هاي مختلف آن¬ها مانند محاسبات آنالوگ در حوزه زمان و مكان اشاره مختصري شده است. در فصل دوم مروري بر منابع بررسي شده انجام گرفته و اشاره¬اي مختصر و مفيد به كارهاي مهمي كه به محاسبات آنالوگ زماني پرداخته¬اند انجام گرفته است. مشتق‌گيرها، انتگرال‌گيرها و فيزر‌ها (فازي سازها) از بلوك‌هاي پايه و جدا‌ناپذير پردازش‌گرهاي سيگنال فوق سريع نوري مي‌باشند و نقش بسيار كليدي و مهمي در تمام محاسبه‌گرهاي آنالوگ ايفا مي‌كنند. درفصل سوم اولين كاري كه در اين پايان نامه مورد بررسي قرار‌گرفته طراحي و شبيه‌سازي عمل¬گرهاي رياضي حوزه زمان توسط فراسطوح پيكسليت شده(پيكسلي شده) مي‌باشد كه توانايي انجام عمل¬گرهاي رياضي مانند مشتق‌گيري ، انتگرال‌گيري و فيزر را به‌صورت همزمان در مودهاي بازگشتي و بازتابي دارا مي‌باشد. به عنوان كار دوم در فصل چهارم اين پايان نامه نيز فراسطوحي طراحي شده‌اند كه توانايي انجام محاسبات و عمل¬گرهاي رياضي را در حوزه زمان براي ما فراهم مي‌كنند. اين فراسطوح تنظيم¬پذير توانايي انجام هم¬زمان دو عمل¬گر مشتق‌گير و فيزر در حوزه زمان در باند فركانسي تراهرتز وقتي موج تابشي همزمان با دو پلاريزاسيون TE و TM به آن برخورد مي‌كند را در مود بازتابي براي ما فراهم مي‌آورد. ويژگي و نوآوري اصلي اين كار انجام همزمان و موازي محاسبات رياضي مشتق¬گيري و فازي¬سازي در دو كانال موازي به كمك پلاريزاسيون¬هاي TM و TE و هم¬چنين تنظيم¬پذير و برنامه¬پذير بودن ساختار به كمك گرافن مي¬باشد. به دليل استفاده از گرافن و خاصيت تنظيم‌پذيري آن در اين فراسطح انجام عمل-گرهاي مشتق كسري نيز در تابش پلاريزاسيون TM فراهم آمده‌است.

1401/12/03

Temporal Analog Computing Via Metasurfaces

11/15/2023 12:00:00 AM

Exploring novel approaches to improve computational capacity and efficiency is a goal that humans have continuously pursued. Recently, there has been a lot of interest in wave-based analog computing that prevents using analog to digital converters and also provides high-speed and parallel computational tasks. The emergence of metamaterials and metasurfaces in the last decades offered unprecedented opportunities to manipulate the electromagnetic waves within a subwavelength scale arbitrarily in all frequency ranges from microwave band to light wave. These realized artificial structures caused a lot of progress in wave-based analog computing and have emerged as very operational and easily compactable platforms. Differentiators, integrators, and phasers are basic building blocks and impartible parts of ultra-fast all-optical signal processors and play a vital role in all analog processors. In this Thesis, we designed metasurfaces that can realize mathematical operators in the time domain for us. One of these metasurfaces is a tunable metasurface structure capable of performing and realizing two different mathematical operators, differentiator, and phaser, in the temporal domain in the Terahertz region when the incident wave illuminates the metasurface with a TE and TM polarization in reflection mode. Another work investigated in this Thesis is the design and simulation of temporal mathematical operators using a pixelated metasurface that can simultaneously realize differentiator, integrator, and phases in reflection and transmission modes.

: محاسبات آنالوگ، فراسطوح، پيكسلي¬شده، برنامه¬پذير بودن، پردازش سيگنال موازي

Analog Computing, Metasurfaces, Pixelated, Programmable, Parallel Signal Processing

Omid Tahmasebi

Ali Abdolali