چکیده

مسئله زمانبندی سیستم باز[1] یک مسئله زمانبندی مهم و جهانی است و این مسئله به طور وسیع در صنعت کاربرد دارد. مسئله زمانبندی سیستم باز جزء مسائل سخت[2]  است. مسئله زمانبندی سیستم باز فضای راه حل آن به طور قابل ملاحظه ای بزرگتر از مسئله زمان‌بندی مغازه کارها[3] است و به نظر می رسد که در کتاب ها و مقالات به آن کمتر توجه شده است. استفاده از روش های كلاسیک برای بدست آوردن جواب بهینه در این مسائل‌دارای پیچیدگی زمانی بالایی است و دربرخی از موارد غیرممكن است درنتیجه برای حل این مسائل بیشتر از روش های ابتكاری استفاده می شود. هدف مسئله زمانبندی سیستم باز بدست آوردن یک ترکیب امکان پذیر از سفارشات ماشین و کار تعیین شده است که زمان کلی اتمام کارها[4] در کمترین زمان ممکن باشد. در بین مقالات مختلفی که در زمینه حل مسئله زمانبندی سیستم های باز ارائه شده است، هیچکدام پارامتر نگهداری ماشین ها[5] را درنظر نگرفته اند  و این درحالیست که در عمل، ماشین آلات موجود در کارخانجات بنا به دلایل مختلف دچار آسیب و خرابی در حین انجام کار می‌شوند که این امر خسارات فراوانی از جمله اتلاف زمان، و هزینه های اضافی در جهت اجرای مجدد فرایند نیمه کاره را به همراه دارد. در این پایان نامه یک روش جدید برای حل مسئله زمانبندی سیستم های باز با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ارائه شده است که مسئله نگهداری ماشین ها را نیز در نظر می گیرد. در الگوریتم پیشنهادی با بهره گرفتن از عملگرهای متنوع در کنار هدفمند کردن انتخاب کروموزوم برای کارایی هر چه بیشتر الگوریتم تلاش شده است و نتایج تجربی نشان دهنده کارایی بیشتر الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با دیگر الگوریتمها می باشد.

 

کلمات کلیدی: مسئله زمانبندی سیستمهای باز، الگوریتم ژنتیک ، نگهداری ماشین ، زمان کلی اتمام کار

 

 

 

 

فهرست مطالب

1    فصل اول مقدمه و کلیات تحقیق.. 1

2

2

5

5

6

6

7

7

8

9

10

10

11

12

14

2      فصل دوم ادبیات و پیشینه تحقیق.. 15

16

16

18

19

20

20

21

22

23

24

28

31

33

33

33

34

34

36

38

38

40

41

41

    41

42

42

43

43

44

44

44

46

47

47

48

48

49

50

51

51

52

52

53

53

53

54

55

55

55

56

58

59

60

61

 

 

3       روش تحقیق.. 63

64

65

67

68

70

71

71

72

73

74

77

78

79

4       محاصبات و یافته های تحقیق.. 79

80

80

81

5       نتیجه گیری و پیشنهادات.. 86

      فهرست منابع و مأخذ.. 88

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جداول

4

22

34

36

45

80

81

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست تصاویر

شکل ‏2‑1: مساله معیاری برای 5 کار و 5 ماشین.. 5

شکل ‏2‑1: رابطه تقذم برای n کار.. 25

شکل ‏2‑2: مساله 3 کار.. 26

شکل ‏2‑3: نمونه اول زمانبندی.. 26

شکل ‏2‑4: نمونه ای دیگر از زمانبندی.. 26

شکل ‏2‑5: قاعده جانسون.. 27

شکل ‏2‑6: مساله 3 کار و 3 ماشین.. 30

شکل ‏2‑7: نمودار گانت بر طبق ماشین.. 30

شکل ‏2‑8: نمودار گانت بر اساس كار.. 31

شکل ‏2‑9: تكنیک بكار برده شده برای مسائل job shop. 31

شکل ‏2‑10: دسته بندی استراتژی‌های جستجو.. 39

شکل ‏2‑11: مراحل کلی الگوریتمهای تکاملی.. 40

شکل ‏2‑12: نمایش کروموزوم به صورت درختی.. 43

شکل ‏2‑13: احتمال انتخاب در روش چرخ گردان.. 46

شکل ‏2‑14: احتمال انتخاب در روش رتبه بندی.. 47

شکل ‏2‑15: انتخاب مسابقه‌ای.. 48

شکل ‏2‑16: عملگر تبادل تک نقطه ای.. 49

شکل ‏2‑17: عملگر تبادل دو نقطه ای.. 50

شکل ‏2‑18: عملگر معکوس سازی.. 51

شکل ‏2‑19: عملگر حذف و کپی.. 51

شکل ‏2‑20: عملگر حذف و تولید مجدد.. 52

شکل ‏2‑21: مراحل الگوریتم GA-ACO.. 57

شکل ‏2‑22: عملگر مبتنی بر کار.. 58

شکل ‏2‑23: عملگر جهش شیفتی.. 58

شکل ‏2‑24: یک کروموزوم نمونه در الگوریتم GA-Fuzzy. 59

شکل ‏2‑25: یک کروموزوم نمونه در الگوریتم HGA.. 59

شکل ‏2‑26: فلوچارت الگوریتم HGA.. 60

شکل ‏2‑27: یک کروموزوم نمونه در الگوریتم GADG.. 61

شکل ‏3‑1: فلوچارت الگوریتم پیشنهادی.. 65

شکل ‏3‑2: یک کروموزوم نمونه.. 66

شکل ‏3‑3: نگهداری ماشین وابسته به سن ماشین.. 67

شکل ‏3‑4: یک کروموزوم نمونه با در نظر گرفتن نگهداری ماشین.. 68

شکل ‏3‑5: نمودار گانت شکل 3-4.. 68

شکل ‏3‑6: ایجاد جمعیت اولیه با بهره گرفتن از ویژگی چند جمعیتی.. 69

شکل ‏3‑7: عملگر تبادل دو نقطه ای.. 72

شکل ‏3‑8: عملگر تبادل تک نقطه ای.. 73

شکل ‏3‑9: عملگر تبادل چند  نقطه ای.. 74

شکل ‏3‑10: عملگر جهش دو نقطه ای.. 77

شکل ‏4‑1: نمودار مقایسه بهترین شایستگی الگوریتم ها برای داده تست 1   82

شکل ‏4‑2: نمودار مقایسه بهترین شایستگی الگوریتم ها برای داده تست 3   82

شکل ‏4‑3: نمودار بهترین شایستگی الگوریتم ها برای داده تست 4   83

شکل ‏4‑4: پراکندگی جمعیت اولیه برای داده تست 2.. 83

شکل ‏4‑5: پراکندگی جمعیت اولیه برای داده تست 4.. 84

در این فصل ابتدا مسئله مورد نظر بیان گردیده و ضرورت و اهداف را دنبال می­نمایم در ادامه پرسشهای موجود در  مسئله را بررسی می­نمایم و فرضیه ­های تحقیق را شرح می­دهم سپس نوآوری­های تحقیق را ارائه می­نمایم در پایان واژه­ های کلیدی تعریف شده و ساختار پایان نامه ذکر خواهد شد.

 

1-1   مقدمه

مسئله زمانبندی سیستم های باز یکی از مهمترین مسائل زمانبندی در دنیای مهندسی و صنعت است. در این مسئله m ماشین و n کار وجود دارد. هرکار شامل تعداد معینی از عملیات است. هر عملیات دارای زمان از پیش تعیین شده ای برای پردازش[1] بر روی ماشین متناظر خود می باشد. ترتیب پردازش این عملیات در زمان به انجام رسیدن همه کارها بسیار تاثیر گذار است. بنابراین هدف از حل این مسئله پیدا کردن ترتیب عملیاتی است که با  کمترین مدت زمانبندی قابل پردازش باشد. در این راستا مقالات زیادی با بهره گرفتن از الگوریتم های ابتکاری[2] مختلف ارائه شده است که از بین آنها الگوریتم ژنتیک[3] یکی از بهترین ها، شناخته شده است. در این پایان نامه یک روش جدید برای حل مسئله زمانبندی با در نظر گرفتن پارامتر نگهداری ماشین[4] ها بر پایه الگوریتم ژنتیک با ویژگی چند جمعیتی ارائه شده است. نتایج تجربی نشان می­ دهد­ الگوریتم ارائه شده به جواب بهینه تری دست پیدا می­ کند [77].

 

1-2   بیان مسئله

مسئله زمانبندی سیستم باز یک مسئله زمانبندی مهم و جهانی است و این مسئله به طور وسیع در صنعت کاربرد دارد. این مسئله جزء مسائل سخت است. این مسئله شبیه به مسئله زمانبندی مغازه کارها  است با این تفاوت که در هر کار هیچ اولویتی بین فرایند یا عملیات هر کار وجود ندارد. در مسئله زمانبندی سیستم باز فضای راه حل به طور قابل ملاحظه­ای بزرگتر از مسئله زمان بندی مغازه کارها  است و به نظر می­رسد که در کتاب ها و مقالات به آن کمتر توجه شده است. شرح مسئله سیستم باز توسط گراهام و همکارانش بدین صورت باشد: یک تعداد کار به تعداد  n (J1,J2, , Jn)  وجود دارد که روی یک سلسله ماشین به تعداد m (M1,M2, , Mm) قابل پردازش است، هر کار متشکل از m عملیات می باشد (Oij). که j=1 to m و i=1 to n و هر کدام از عملیات باید روی یک ماشین متفاوت برای یک زمان مشخص شده پردازش شوند. عملیات هر کار می تواند در هر ماشینی پردازش شود ولی در هر زمان نهایتا یک عمل روی هر ماشین می تواند پردازش شود و  یک عمل از هر کار  می تواند در یک زمان پردازش شود .

هدف مسئله زمانبندی سیستم باز بدست آوردن یک ترکیب امکان پذیر از سفارشات ماشین و کار تعیین شده است که زمان کلی اتمام کارها در کمترین زمان ممکن باشد. در ادامه به بیان چندین مثال که جز مسائل  سیستم باز می باشد می پردازیم:

تعمیر کردن هواپیماهای بزرگ، که نیاز به تعمیر موتور و سیستم الکتریکی را دارد. این دو وظیفه (عملیات) ممکن است در هر ترتیبی انجام شود ولی این غیر ممکن است که این دو کار را با هم انجام دهیم. یا در مثالی دیگر یک گاراژ اتومبیل بزرگ با فروشگاه های اختصاصی را در نظر بگیرید. یک وسیله نقلیه ممکن است به کار های زیر نیاز داشته باشد: تعمیر انباره لوله اگزوز، میزان کردن چرخ ها و تنظیم موتور که سه عمل از یک کار ممکن است به هر ترتیبی انجام شوند. به هر حال، مغازه های سیستم اگزوز، میزان کردن چرخ ها، و تنظیم موتور در ساختمان های مختلف هستند و بنابراین انجام دو عمل در یک زمان امکان پذیر نیست. در مسئله زمانبندی سیستم باز ما فرض می کنیم که چندین کار از این قبیل کار ها و چندین وسیله نقلیه که نیاز به تعمیر دارند را داریم، موارد دیگر می تواند شامل: کنترل کیفیت مرکزی، انتساب کلاس، معاینه فنی خودرو، مخابره ماهواره ای و بسیاری از موارد دیگر شود [3].

در زیر یک مثال حل شده OSSP را مشاهده می کنید:

در جدول هر کار شامل دقیقا یک عملکرد  برای هر دستگاه می شود. این معیارها به طور کامل توسط یک مجموع منظم از زمان های پردازش m برای هر کار تعریف شده اند. برای مثال، جدول  1-1 یک مسئله معیاری 5*5 (5 کار و 5 ماشین) را نشان می دهد.

1-1   ضرورت تحقیق

با توجه به پیشرفت در محیط های تولید امروزی و افزایش سطح تولید و اهمیت سرعت در تولید که باعث کاهش هزینه ها و افزایش بهره وری خواهد شد نیاز به سیستم هایی که بتواند در کمترین زمان ممکن بهترین راه حل ها را در کمترین زمان برای اختصاص منابع تولیدی یا خدماتی به کارهایی که بایستی انجام شوند به شدت ضروری به نظر می رسد.

مساله زمانبندی سیستم باز از رده مسایل سخت[1] است و برای حل این مساله از روش های ابتکاری استفاده می شود. تاکنون روش های ابتکاری زیادی برای حل مساله زمانبندی سیستم های باز توسعه یافتند [4].

 

1-2   اهداف تحقیق

فرایند بهتر نمودن هر چیز را بهینه سازی می­گویند. مسائلی مانند سیستم باز به دلیل بزرگ بودن فضای جستجو امکان استفاده از روش های جستجوی معمول را ندارند. اعمال اینگونه تکنیکها برای حل چنین مسائلی گاهی به زمانی بیش از عمر یک انسان نیاز دارند. به همین دلیل تکنیکهای بهینه سازی با این ویژگی اصلی که هدف رسیدن به جواب بهینه یا نزدیک به جواب بهینه است، مطرح شدند. الگوریتم ژنتیک یکی از مناسب­ترین و کاربردی­ترین روش های حل مسئله سیستم باز است.

در مساله سیستم باز می توان به دو صورت سیستم های زمانبندی را بهینه کرد. بهینه کردن زمان برای رسیدن به پاسخ بهینه در روش های قبلی و یا بهینه تر کردن زمان کلی زمانبندی برای این مساله که ما در این مقاله به دنبال بهینه تر کردن زمانبندی این مساله هستیم.

 

1-3   نوآوری تحقیق

هزینه‌های نگهداری و تعمیرات، در مجموع، بخش عمده‌ای از هزینه‌های تولید را در بر می‌گیرد. با توجه به نوع صنعت مورد بررسی، این هزینه چیزی حدود ۱۵ تا ۶۰ درصد هزینه محصول تولید شده را در بر می‌گیرد. تحقیقات نشان داده‌است که حدود ۳۳ سنت از هر دلار که برای فعالیت‌های نگهداری و تعمیرات هزینه می‌شود، مربوط به فعالیت‌های غیر ضروری در حوزه نگهداری و تعمیرات می‌باشد این در حالی است که صنایع آمریکا سالانه حدود ۲۰۰ میلیارد دلار برای نگهداری و تعمیرات تجهیزات خود هزینه می‌نمایند. این بدان معنی است که مدیریت صحیح فرایند نگهداری و تعمیرات، سالانه ۶۰ میلیارد دلار صرفه جویی در این حوزه را به همراه خواهد داشت. ژاپنی‌ها با درک اهمیت ویژه‌ای که در مدیریت فرایند نگهداری و تعمیرات در سیستم‌های تولیدی احساس می‌کردند، اقدام به طراحی سیستم‌های مختلف نگهداری و تعمیرات، از جمله نگهداری و تعمیرات بهره ور فراگیر نمودند و آن را به عنوان یکی از زیر سیستم‌های سه گانه تولید ناب به جهان معرفی نمودند.

 

1-4   پرسشهای اصلی تحقیق

 

• آیا به جواب های بهبود یافته برای مسئله سیستم باز لازم داریم؟
• آیا نگهداری ماشین را در مسئله سیستم باز می توان در نظر گرفت؟
• و اینکه آیا می توان در این مسئله به شکل هدفمند به جواب های بهتری رسید؟

 

 

1-5   فرضیه های تحقیق

تعمیم تئوری بهینه‌سازی و تکنیک‌های فرمول‌بندی بخش بزرگی از ریاضیات کاربردی را شکل می‌دهد. تحقیق در عملیات، برنامه ریزی با اعداد صحیح و مختلط، مدل‌های شبکه‌ای، تئوری کنترل، برنامه‌ریزی غیرخطی، نظریه صف و برنامه ریزی پویا برخی شاخه‌های ریاضیات کاربردی مرتبط با بهینه‌سازی هستند که امروزه در مدیریت و اقتصاد کاربرد وسیعی دارند. بنابراین با توجه به نیازهای جدید و گاهی تغییر نیازها به هر چه نزدیکتر بودن جواب به جواب بهینه نیاز داریم.

در سطح تولید ماشین ها به نگهداری نیازمندند این مساله به طور مستقیم روی دسترس پذیری ماشین، نرخ تولید، نرخ استفاده و غیره تاثیر گذار است. اگر در زمانبندی مسئله سیستم باز نگهداری در نظر گرفته نشود در عمل ما دچار وقفه هایی می شویم که در نظر گرفته نشده اند بنابراین با در نظر گرفتن نگهداری در زمانبندی، قابلیت اطمینان سیستم افزایش می یابد. می توان با تنوع بخشیدن و جستجوی چند وجهی در کروموزوم­ها در الگوریتم ژنتیک به شکل هدفمند به دنبال جواب های متقاعد کننده بود .

 

1-6   زمینه های کاربردی

زمانبندی  به عنوان یک فرایند تصمیم سازی نقش مهمی در اکثر سیستم های ساخت و تولید و نیز اکثر محیط های پردازش اطلاعات بازی می کند. همچنین زمابندی در بسیاری از سیستم های حمل و نقل و توزیع و دیگر انواع صنایع خدماتی از اهمیت بسزایی برخوردار است. زمانبندی  می ­تواند شامل بازه وسیعی از فعالیت ها باشد. روش های ساده ممکن است منجر به نتایج خوبی نشود و تحلیل گری که از تکنیک های دیگر آگاه نباشد ممکن است حتی تصور کند

چکیده

 

خواص بلور فوتونی دوبعدی متشکل از استوانه هایی با پوشش

 فراماده در یک شبکه مربعی

 

 

 

در این رساله به بررسی خواص بلور فوتونی دوبعدی متشکل از آرایه‎های مربعی که از استوانه‌های طویل دی الکتریک با پوشش فراماده ساخته شده اند، پرداخته می‌شود. نکته حائز اهمیت این است که سلول واحد این بلور فوتونی برای پارامترهای خاص هندسی و اپتیکی انتخاب شده در محدوده مشخصی از فرکانس‌ها، خاصیت نامرئی شدن دارد. طیف عبور بلور فوتونی متشکل از این یاخته ها (سلول واحد)، با بهره گرفتن از روش بسط موج تخت، توسط نرم افزاد متمتیکا برای تعداد لایه های مختلف رسم شده است. در تعداد مشخصی از لایه ها، یکی از گاف‎های فوتونی (نسبت به بلور فوتونی بدون پوشش)، که قبلاً در تعداد کمتری از لایه های بلور ظاهر شده بود، از بین میرود. این پدیده، احتمال نامرئی شدن این نوع بلور فوتونی با پوشش فراماده را تقویت می‎کند. این خاصیت فقط در این نوع از بلور ها مشاهده می‎شود و در بلور فوتونی دیگری تا بحال گزارش نشده است. در این پدیده که منجر به حذف یکی از گاف های بلور فوتونی می‎شود، با تغییر دوره تناوب شبکه مربعی، شماره‎ی گاف حذف شده و محدوده فرکانسی آن جابجا می‎شود.

 

کلمات کلیدی: کاهش سطح مقطع پراکندگی از استوانه های طویل- بلور فوتونی- فراماده

فهرست مطالب

 

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

1-1 فراماده چیست… 2

1-2 تاریخچه فرامواد. 2

1-3 کاربردهای فراماده. 4

1-4 مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه فراماده. 4

1-5 تاریخچه بلورهای فوتونی.. 6

1-6 مفهوم بلورهای فوتونی.. 6

1-7 زمینه های کاربردبلورهای فوتونی.. 9

1-7-1 موج برها 9

1-7-2 میکرو کاواک ها 10

1-7-3 فیلترها 10

1-7-4 فیبرهای  بلور فوتونی.. 10

 

2-1 فرامواد و کاهش سطح مقطع پراکندگی.. 14

2-2 اصول نظری برای محاسبه ضریب پراکندگی استوانه بینهایت دی الکتریک… 15

2-2-1 روابط مربوط به میدان‎های الکتریکی.. 17

2-2-2 روابط مربوط به میدان های مغناطیسی.. 19

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

2-2-3 شرایط مرزی میدان های الکتریکی و مغناطیسی.. 20

2-2-4 ماتریس پراکندگی.. 21

2-3 استوانه رسانا ( PEC ) 23

2-4 شرایط ایجاد شفافیت برای استوانه دی الکتریک و استوانه رسانا 24

2-4-1 دسته بندی شرایط شفافیت برای قطبش های مختلف استوانه  بینهایت
(دی الکتریک و رسانا) 24

2-4-2 اثبات رابطه ( ) برای شفافیت برای استوانه دی‎الکتریک بینهایت… 25

2-5 نتایج تجربی کاهش پراکندگی از استوانه بینهایت دی الکتریک پوشیده شده
با لایه ای از فراماده. 28

2-5-1 تحلیل حالت ایستا 31

2-6 کاهش پراکندگی از سطح اجسام کروی پوشیده شده با لایه ای از فراماده. 34

2-6-1 پنهان سازی كره با پوشش فراماده. 34

2-6-2 اصول نظری کاهش پراکندگی از سطح اجسام کروی.. 34

2-6-3 نمودارهای تجربی مربوط به کاهش پراکندگی از سطح کره با پوشش فراماده. 36

2-7 سیستم چند ذره ای و کاهش شدید سطح مقطع پراکندگی کروی.. 39

 

3-1 خواص بلورهای فوتونی.. 43

3-1-1 شبکه بلور فوتونی: 43

3-1-2 طریقه رسم منطقه اول بریلوئن  یک شبکه: 45

3-2 تئوری بلاخ 47

3-2-1 اثبات تئوری بلاخ.. 48

3-3 امواج بلاخ و ناحیه بریلوئن.. 49

3-4 مد های ویژه بلور های فوتونی.. 50

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

3-4-1 بردار های موج مساّله ویژه مقداری.. 51

3-4-2 بردارهای موج مساله ویژه مقداری در دو بعد. 54

3-5  منشاُ گاف نواری فوتونی: 55

3-6 روش های عددی در تحلیل بلورهای فوتونی.. 57

3-7 روش بسط امواج تخت… 59

3-8 محاسبات نظری مربوط به بسط امواج تخت… 59

3-8-1 قطبش…. 59

3-9 معادلات انتشار در بلور فوتونی به روش بسط موج تخت… 60

3-10 روش تئوری محاسبه طیف عبوری از بلور فوتونی به روش بسط موج تخت… 62

3-10-1 اثبات رابطه (3-57) 64

3-10-2 اثبات روابط (3-58) و (3-59) 67

3-11 تبدیل فوریه برای تابع دی‎الکتریک در یک شبکه مربعی.. 67

 

4-1 مقایسه طیف عبوری از بلور فوتونی با پوشش فراماده برای تعداد لایه‌های مختلف… 73

4-2 مقایسه طیف عبوری از بلور فوتونی با پوشش فراماده برای تعداد لایه‌‌های مختلف… 83

 

4-3 مقایسه طیف عبوری از بلور فوتونی با پوشش فراماده برای دو بلور فوتونی متفاوت.. 87

4-4 نتیجه گیری.. 89

 

 

 

 

 

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

5-1- نتیجه گیری.. 91

5-2- پیشنهادات.. 93

 

 

چکیده و صفحه عنوان به انگلیسی

 

 

فهرست شکل­ها

 

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل(1-1): نمونه‎هایی از ساختارهای بلور فوتونی.. 8

شکل(2-1). بردارهای قطبش برای استوانه دی الکتریک و پوشش فراماده. 15

شکل (2-2). استوانه نامحدود دیالکتریک، پوشیده شده با لایه ای از فراماده 16

شکل(2-3). جدول کاهش سطح مقطع پراکندگی.. 29

شکل(2-4). نمودار تابع  برحسب . 30

شکل(2-5). نمودار تابع  برحسب . 30

شکل (2-6). بازده پراکندگی برای حالت بدون پوشش و حالت با پوشش 31

شکل (2-7). بازده پراکندگی کل، برای استوانه بینهایت دی الکتریک سه زاویه مختلف تابشی. 32

شکل(2-8) ذره کروی پوشیده شده با لایه ای از فراماده. 35

شکل (2-9).  کاهش سطح مقطع پراکندگی برای کره. 36

شکل (2-10) پراکندگی میدان الکتریکی در صفحه xz. 37

شکل(2-11). بیشترین مقدار   در الگوی سطح مقطع پراکندگی، برای یک سیستم شامل دوذره کروی   39

شکل (3-1). شبکه های بلور و وارون در حالت یک بعدی. 44

شکل (3-2). در این شکل شبکه وارون مربعی.. 45

شکل(3-3). ناحیه بریلوئن اول و اولین منطقه تقسیم ناپذیر بریلوئن در یک شبکه مربعی.. 46

شکل(3-4).  ناحیه بریلوئن اول و اولین منطقه تقسیم ناپذیر بریلوئن در یک شبکه ملثی.. 46

شکل (3-5): ساختار باند فوتونی برای سه فیلم چند لایه. 57

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

شکل (3-6) سطح مقطع بلور فوتونی دو بعدی متشکل از استوانه های طویل دی‌الکتریک 60

 

 

فهرست نمودارها

 

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

نمودار(4-1). طیف عبور بلور فوتونی تک لایه. 74

نمودار(4-2). طیف عبور بلور فوتونی دو بعدی با آرایه مربعی سه لایه. 75

نمودار(4-3). طیف عبور بلور فوتونی دو بعدی با آرایه مربعی پنج لایه. 76

نمودار(4-4). طیف عبور بلور فوتونی دو بعدی با آرایه مربعی هفت لایه. 77

نمودار(4-5). طیف عبور بلور فوتونی دو بعدی با آرایه مربعی ده لایه. 78

نمودار(4-6). طیف عبور بلور فوتونی دو بعدی با آرایه مربعی پانزده لایه 79

نمودار(4-7). طیف عبور بلور فوتونی دو بعدی با آرایه مربعی بیست لایه. 80

نمودار(4-8). طیف عبور بلور فوتونی دو بعدی با آرایه مربعی بیست پنج لایه. 81

نمودار(4-9). طیف عبور بلور فوتونی دو بعدی با آرایه مربعی سی لایه 82

نمودار(4-10). طیف عبور بلور فوتونی دو بعدی با آرایه مربعی بیست لایه. 84

نمودار(4-11). طیف عبور بلور فوتونی دو بعدی با آرایه مربعی بیست پنج لایه. 85

نمودار(4-12). طیف عبور بلور فوتونی دو بعدی با آرایه مربعی سی لایه. 86

نمودار(4-13). طیف عبور بلور فوتونی دو بعدی با آرایه مربعی بیست لایه 87

نمودار(4-14). طیف عبور بلور فوتونی دو بعدی با آرایه مربعی بیست لایه. 88

نمودار(4-15). طیف عبور بلور فوتونی دو بعدی با آرایه مربعی بیست لایه. 88

مقدمه

 

 

1-1 فراماده [1] چیست

 

واژه متامتریال در سال 1999 توسط رودگروالسر [2] از دانشگاه Texas نامگذاری شد]1[. واژه متا یک واژه یونانی به معنی فرا است. بنابراین می‎توان متامتریال را فرا ماده ترجمه کرد. نامی است با معنی برای موادی که ویژگی های آنها فراتر از محدودیت های مواد طبیعی است.

فرامواد متشکل از اجزایی (سلول واحد ) در ابعاد خیلی کوچکتر از طول موج تابشی هستند، که هرچند در ابعاد کوچکتر از طول موج ناهمگنند، ولی مانند مواد طبیعی به طور متوسط و مؤثر می‎توان ویژگی های یک محیط همگن را به آنها نسبت داد.

 

 

1-2 تاریخچه فرامواد

 

تاریخچه فرامواد در سال 1967 با مقاله ای تحت عنوان مواد الکترمغناطیس با µ و  منفی توسط ویکتور وسلاگو[3] ]2 [فیزیکدان روسی آغاز شد. وی در مقاله اش با فرض وجود داشتن مواد همگن با µ و  منفی به بررسی انتشار موج در آنها پرداخت و نشان داد که امواج الکترومغناطیسی می‎توانند در این محیط منتشر شود و رابطه بردار میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی و ثابت فاز، بر خلاف مواد معمولی که از قانون دست راست تبعیت می‎کنند با قانون دست چپ به هم مربوط می‎شوند.

پدیده های اساسی بسیاری در برخورد با فراموادها توسط وسلاگو پیش‎بینی شده اند. وسلاگو در مقاله خود پیش‎بینی کرد که اگر بتوان مواد ایزوتروپی را یافت که خواص پلاسما و مغناطیس را به طور همزمان داشته باشند، ممکن است بتوان خواص چپگردی را به کمک مواد طبیعی ایجاد کرد. هرچند که متاًسفانه در طبیعت ماده همگن با µ و  منفی موجود نمی باشد.

پس از مقاله وسلاگو به مدت 30 سال هیچ کاری در این زمینه صورت نگرفت تا اینکه اولین ماده چپگرد به طور مصنوعی و در آزمایشگاه توسط اسمیت [4] و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا (UCSD) بر اساس کارهای اولیه پندری[5] در لندن ساخته شد]3[.

رشد سریع و وسیع تحقیقات در زمینه فرامواد از سال 1999 آغاز شد. پندری در سال 1999 ساختارهای پلاسمونیکی (µ و  منفی ، µ و  مثبت ) را معرفی کرد که در فرکانس میکروموج خاصیت [6] SNG از خود نشان می‎دهند]4و5[. اندکی پس از آن در سال 2000 برای اولین بار توسط اسمیت ]6[ساختاری معرفی و ساخته شد که در ناحیه میکروموج ضریب شکست منفی از خود نشان می‎دهد. در]6[ اسمیت ساختار[7]  SRR پندری را در یک ساختار مرکب با هم ترکیب کرد و اولین نوع فرامواد چپگرد آزمایشگاهی را ارائه کرد. تراوایی مغناطیسی و گذردهی الکتریکی این ساختار که ترکیبی از حلقه‎های فلزی شکافدار (معرفی شده توسط اسمیت) و نوارهای فلزی بود، در یک بازه فرکانسی خاص به طور همزمان منفی شده و در نتیجه منجر به منفی شدن ضریب شکست محیط در آن ناحیه فرکانسی خاص می‎شود. پس از اولین کار آزمایشگاهی اسمیت در مورد ساختارهای چپگرد، مقدار زیادی گزارش تئوری و آزمایشگاهی، وجود و خواص اصلی مواد چپگرد پیش‎بینی شده توسط وسلاگو را تائید کردند]7-9[.

 

 

 

1-3 کاربردهای فراماده

 

در سال 1998 تحقق عملی فراماده در محدوده فرکانسی میکروموج مورد بررسی قرار گرفت. از جمله کاربردهای فراماده می‎توان به صفحه های جاذب ]10[و پوشش‎های ضد انعکاس برای کاهش پراکندگی ]11[یا انعکاس از سطح اجسام نام برد. این کاربردها همراه با جذب و درنتیجه اتلاف زیادی هستند و برای شفافیت اجسام دوبعدی مسطح مناسبند. ایجاد شفافیت یا پراکندگی کم بوسیله پوشش های مناسب، کاربردهای زیادی در زمینه اپتیک، پزشکی، زیست شناسی و نانو تکنولوژی دارد]12[.

 

 

1-4 مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه فراماده

 

در سالهای اخیر، کاربردهای فراماده در پنهان کردن[8] و نامرئی سازی[9] اجسام،  در مقالات زیادی بررسی شده است]14-22[در مقالات ]22-24[ خواص عجیب دسته بندی های مختلف فراماده (DPS, ENG, MNG,DNG)، به منظور کاهش شدید پراکندگی از اجسام با طول محدود، برای طیف گسترده ای از فرکانس ها، و در اشکال مختلف نشان داده شده است. DPS[10] موادی که  دارند، مانند اکثر مواد موجود در طبیعت، و DNG[11] یا فراماده، موادی که دارای  هستند و MNG[12] موادی که محیط آنها  است، مانند فریت ها و ENG [13] موادی که  دارند، مانند پلاسماها، می‎توان تعریف کرد.

 

در مقاله ]25[ پراکندگی از لایه های نازک پلاسمونی، نشان داده شده است. در این مقاله، تئوری حذف پراکندگی[14]  برای مواد پلاسمونیک مصنوعی، با  منفی یا کم مثبت، از طریق قطبش محلی منفی خود، ارائه می‎شود. این تکنیک که پوشش پلاسمونیک[15]  نامیده می‎شود، با کارهای اخیری ]26[ که پیش‎بینی کرده اند چگونه یک ذره مرکب با ترکیب گذردهی مثبت یا منفی، ممکن است باعث کاهش شدید پراکندگی در حد ایستا [16] شود، تطابق دارد.

مرجع ]27[ یک تحقیق جدید برای حالت پویا [17] است. در این مقاله نشان داده شده است که پوشش پلاسمونی، علاوه بر کاهش پراکندگی ناشی از دو قطبی غالب، برای اجسام با اندازه متوسط، می‎تواند موجب کاهش پراکندگی مرتبه های بالاتر چند قطبی، برای اجسام بزرگتر شود.

البته در کاربردهای عملی، مخصوصاً برای رادارها، اجسام طویل از توجه بیشتری برای این برنامه ها برخوردارند. آلو[18]  وانقطاع [19] در ]25[فرمول شبهه ایستا، برای استوانه دی‎الکتریک بی نهایت، تحت تابش عمود را بیان کرده اند. در مرجع ]28[ این فرمول برای استوانه رسانا با طول محدود، تحت تابش نور عمودی بسط داده شده است. در مرجع ]29[ از این نتایج برای تابش نور ملایم استفاده شده است. به علاوه در مرجع ]30[نتایج حاصل از عملیات چند فرکانسی از پوشش کروی در مرجع ]31[، برای استوانه بی‎نهایت دی الکتریک، استفاده شده است. در مراجع ]32و33[ تحقیقات تئوری و تجربی جالبی در زمینه پوشش پلاسمونی در استوانه دو بعدی، پوشیده شده از فراماده برای قطبش خاص، ارائه داداند.

 

1-5 تاریخچه بلورهای فوتونی

 

بلورهای فوتونی از سال 1887 مورد مطالعه قرار گرفته اند، ولی عبارت بلورهای فوتونی برای اولین بار 100 سال بعد، زمانی که الی یابلانوویچ [21] مقاله مشهور خودرا درباره بلورهای فوتونی در سال 1987 منتشر کرد، مورد استفاده قرار گرفت. قبل از سال 1987 بلورهای فوتونی یک بعدی، به صورت چند لایه متناوب از دی الکتریک، به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته بود. هرچند به نام بلورهای فوتونی اطلاق نمی‎شدند. در سال 1987، ای-یابلونویچ[22] ]34[پیشنهاد کرد که از یک محیط متناوب سه بعدی، که او بلورفوتونی نامید، استفاده شود تا از نشر خودبخودی جلوگیری شود. در همان سالها اس جان[23] ]35[پیشنهاد کرد که از یک محیط متناوب نامنظم سه بعدی برای متمرکز ساختن امواج الکترومغناطیسی استفاده شود. پیشنهادات فوق به طور مؤثری، زمینه تحقیقاتی را به وجود می آورد که در آنها علاوه بر درک اساسی برهمکنش‎های غیر منتظره میان نور و ماده، زمینه ساخت وسایل و ابزارهای جدید الکترونوری[24] ، و استفاده های فوتونی مختلفی را فراهم می‎کند]36-40[.

 

 

1-6 مفهوم بلورهای فوتونی

 

بلورهای فوتونی ([25]pcها ) ساختارهایی هستند که امواج نورانی (الکترومغناطیسی) در بازه های فرکانسی خاصی، توانایی عبور از آنها را ندارند. بلورهای فوتونی همان تولیدات مصنوعی هستند که رفتارشان با فوتون‎ها همانند رفتاری است که نیمه رساناها با الکترون‎ها دارند.

این رفتارها در این ساختارها، همانند رفتاری است که ساختارهای فلزی و بلوری، در برابر عبور الکترون‎ها از خود نشان می دهند. همانطور که پذیرفته شده است، الکترون‎ها رفتار موجی دارند و هنگامی که وارد یک ساختار بلوری (منظم متناوب) از اتم‎ها می شوند، در ترازهای خاصی از انرژی، نمی توانند از ساختار عبور نمایند، که این به علت ساختار تناوبی بلورها و بازتابش الکترون‎ها است. تمام رفتارهای جالبی که نیمه هادی ها از خود نشان می‎دهند به دلیل وجود همین تراز های مجاز و غیر مجاز است. حال اگر بتوان محیطی ایجاد کرد که برای فوتون های دارای انرژی خاص، اجازه عبور از ساختار وجود نداشته باشد، می‎توان انتظار داشت همان کنترلی که پیش از این بر رفتار الکترون‎ها وجود داشت، اکنون بر رفتار فوتون‎ها حاکم نمود. بلورهای فوتونی از آن جهت بلور نامیده شده اند که در آنها ترازهای انرژی ممنوع برای فوتون‎ها وجود دارد ( در مقایسه با الکترون‎ها ). در بلورهای فوتونی واحدهای تشکیل دهنده‎ی ساختار به جای اتم‎ها، محیط‎های همگن دی الکتریک است و این محیط ها، به صورت متناوب وجود خواهند داشت. به بیان ساده تر، یک آرایش متناوب از محیط های دی الکتریک هستند. از نظر ابعاد ساختارهای متناوبی بلورهای فوتونی، باتوجه به حالت تناوبی که ساختار آنها به خود می‎گیرد، در یک، دو و سه بعد طبقه بندی می شوند، که جریان نور به ترتیب می‎تواند در یک، دو و سه بعد مدوله شود. یک نمونه از بلورهای فوتونی یک بعدی در شکل (1-1)نشان داده شده است.

یک بلور فوتونی دوبعدی، یک محیط دی الکتریک با الگوی دو بعدی است که معمولاً آرایه منظمی از میله‎های دی‎الکتریک یا حفره هوا در یک تکه دی‎الکتریک است (شکل (1-1)). با بهره گرفتن از بلورهای فوتونی دو بعدی، می توان یک تراشه دی الکتریک ساخت، که در مدارهای اپتیکی برای مهندسین خیلی جالب است. یک بلور فوتونی سه بعدی، می‎تواند نور را در تمامی جهت ها کنترل کند، که بخاطر مشکلات تولید در سالهای اخیر فقط در آزمایشگاه‎ها به دست آمده اند. سنگ جواهر طبیعی، شامل اکسید سیلیسیم به اندازه زیر میکرون، یک نمونه از بلورهای فوتونی سه بعدی با یک شبه باند گاف است، در شکل (1-1) نمونه ای از این بلور سه بعدی نشان داده شده است. کاملاً واضح است که خواص و کاربردهای بلور فوتونی شدیداً به هندسه و تناوبشان بستگی دارد ]41,42  ,43[.

شکل(1-1): نمونه‎هایی از ساختارهای بلور فوتونی ]43[

 

آنها می‎توانند صرف نظر از قطبش و جهت انتشارشان، به وسیله گاف نواری[26] شرایطی  را فراهم کنند که فوتون‎هایی با انرژی معین قادر به انتشار درون بلور نباشند.

به این محدوده پیوسته و کراندار در حوزه‎ی بسامد که در آنها امکان انتشار موج در ساختار وجود ندارند، گاف فوتونی یا نوار ممنوع بسامدگفته می‎شود. تئوری اصلی حاکم بر بلورهای فوتونی معادلات ماکسول می‎باشند. با حل معادلات ماکسول در محیط و همچنین اعمال شرایط مرزی، امواج الکترومغناطیسی را در محیط توصیف می‎کنیم.

بلورهای فوتونی با توجه به سه عامل مشخص می‎شوند. این عوامل عبارتند از: مکان‎شناسی یا شکل شبکه، دوره تناوب فضایی و ثابت دی الکتریک مواد تشکیل دهنده. انتخاب مناسب این پارامترها می‎تواند ،یک شکاف در روابط پراکندگی الکترومغناطیسی ایجاد کند، که در آن انتشار خطی امواج الکترومغناطیسی ممنوع است. این ناحیه غیر مجاز فرکانسی را یک گاف نواری[27] نامیده می‎شود. اگر این شکاف غیر مجاز برای تمام قطبش‎ها و تمام جهت های انتشار وجود داشته باشد، به آن شکاف فوتونی کامل می‎گویند. شرط لازم و نه کافی، برای رسیدن به یک باند گاف فوتونی کامل، تناوبی بودن در سه جهت ویک اختلاف بزرگ در ثابت دی الکتریک اجزای تشکیل دهنده آن است.

 

 

 

1-7 زمینه های کاربردبلورهای فوتونی

 

پس از اثبات اصل وجود ساختارهای دارای PBG در یک، دو و سه بعد و معرفی ساختارهای مختلفی که این وضعیت را ایجاد می‎کنند، مسیری هموار برای طراحی و ساخت قطعات جدید فراهم شد. البته پیش از اینکه بلورهای فوتونی به عنوان زمینه ای مستقل مطرح شوند، ساختار یک بعدی متناوب به طور کامل بررسی شده بود و کاربردهای مفیدی پیدا کرده بود. نام این ساختارها آینه های دی الکتریک یا بازتابنده های براگ بود که به عنوان آینه تمام بازتاب در منابع لیزر استفاده می‎شدند. ( براگ تفرق امواج ایکس را در ساختارهای بلوری برای شناسایی آنها بررسی کرده و به دلیل همین تحقیقات جایزه نوبل دریافت کرد).

در ادامه به برخی از کاربردهای بلور فوتونی دوبعدی می‎پردازیم.

 

1-7-1 موج برها

یکی از نخستین کاربردهای بلور فوتونی، ساخت موجبرهای نوری دارای خم‎هایی[29]  در مقیاس بسیار کوچک است که پیش از این یک مشکل عمده فیبرهای نوری محسوب می‎شد. اگر بخواهیم مساله را کمی مقایسه ای بررسی کنیم وضعیت پیاده سازی موجبر اپتیکی با بلورهای فوتونی مانند وارد کردن ناخالصی به شبکه بلوری نیمه هادی ها  و ایجاد تراز های مجاز انرژی در میان فراز ممنوع است ( یعنی ایجاد یک نقص[30]  برای ایجاد تراز مجاز) به همین دلیل ایجاد یک بینظمی خطی در ساختار بلورهای فوتونی یک نقص نامیده می‎شود. به علت اینکه بلورهای فوتونی سه بعدی، انتشار نور را در هر سه جهت کنترل می‎کنند نسبت به سایر بلورهای فوتونی مزیت دارند اما ساخت این بلورها مشکل است، رویکرد مناسب تر استفاده از موجبرهای بلور فوتونی دوبعدی است ]44[.

 

 

1-7-2 میکرو کاواک ها  

اگر یکی از اجزای بلور فوتونی در وسط بلور را برداریم، یک میکرو کاواک درست می‎شود و در بلور نقص ایجاد کرده ایم. هرگونه نقصی که توسط یک بلور فوتونی دارای باند گاف احاطه شود، یک حفره (کاواک ) را تشکیل می‎دهد. ریز کاواک ها علاوه بر ایجاد عکس العمل طیفی شدید، شرایط تشکیل یک میدان بزرگ تشدیدی را نیز در درون خود فراهم می‎کنند. همچنین از آنها می‎توان برای فیلترهایی با پهنای باند باریک و فیلترهایی با طول موج انتخابی استفاده کرد]45[.

 

1-7-3 فیلترها  

کاربرد مهم دیگری که بلورهای فوتونی در طراحی قطعات دارند استفاده از آنها به عنوان فیلترهای مختلف است. همانطور که دیدیم، ایجاد یک نقص در ساختار های بلور فوتونی باعث  ایجاد یک حفره و مدهای مجاز انرژی درون آن نقص می‎گردد. این حفره ها دقیقا مانند حفره‎های موجود در مایکروویو می‎توانند انرژی را ذخیره کنند و اگر با خط انتقال کوبل شوند می‎توان از آنها به عنوان فیلتر نیز استفاده نمود]46[.

 

1-7-4 فیبرهای  بلور فوتونی

کاربرد وسیع دیگر ساختارهای دارای PBG استفاده از آنها در فیبرهای نوری جدید است]47[.  در فیبرهای نوری فعلی مکانیزم انتقال نور بر پایه انعکاس کلی نور بر پایه اختلاف ضریب شکست محیط های داخلی (مغزی[34]) و خارجی (غلاف[35]) فیبر است. در حالی که فیبرهای نوری مبتنی بر بلورهای فوتونی محیط اطراف هسته با یک ساختار دی الکتریک متناوب یک یا دو بعدی پوشانده می‎شود و به دلیل به وجود آمدن PBG در جهت عمود بر جهت هسته، نور درون هسته فیبر محصور می‎گردد که پدیده ای بسیار مطلوب است. با بهره گرفتن از تکنولوژی فعلی، ساخت چنین فیبرهای نوری امکان پذیر است.

آنچه در این رساله خواهد آمد

همانگونه که بیان شد، فرامواد مواد مصنوعی هستند که دارای گذردهی الکتریکی و تراوایی مغناطیسی منفی هستند و بوسیله چندین روش مورد بررسی قرار گرفته اند. یکی از این روش ها تکنیک حذف پراکندگی یا پوشش پلاسمونی است. تحقیقاتی نیز بر روی کنار هم قرار گرفتن چند نانو ذره با پوشش های فراماده و کاهش پراکندگی کل سیستم انجام گرفته است. اگر چند ذره با پوشش پلاسمونی کنار هم قرار دهیم، اثر نامرئی سازی مانند تک ذره دیده می‎شود.

از ایده نامرئی سازی شدن سیستم چند ذره ای، برای ساخت بلور فوتونی دوبعدی، متشکل از استوانه های نامحدود دی‎الکتریک با پوشش فراماده، در یک شبکه مربعی، استفاده کرده‎ایم و نمودار انتشار را برای این بلور فوتونی، از طریق نرم افزار متمتیکا رسم  و احتمال نامرئی شدن این ساختار را بررسی کرده ایم.

 

این پایان‎نامه به بخش‎های زیر تقسیم شده است

در فصل اول مقدمه کوتاهی بر تاریخچه فراماده، کاربردهای فراماده و مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه فراماده آورده شده است و نیز مطالبی راجب تاریخچه و تعریف بلورهای فوتونی و زمینه های کاربرد آن‎ها بیان شده است.

در فصل دوم به تئوری ریاضی چگونگی کاهش سطح مقطع پراکندگی، هنگام استفاده از پوشش فراماده بر روی سطح جسم، پرداخته ایم. در این فصل، روش به دست آوردن ماتریس پراکندگی و ضریب پراکندگی و چگونگی ایجاد شرایط شفافیت، برای استوانه دی الکتریک بی نهایت، پوشیده شده با لایه ای از فراماده، بیان شده است. در ادامه به اختصار، مطالبی راجب کاهش سطح مقطع پراکندگی، در اجسام کروی و استوانه PEC آورده ایم.

فصل سوم این پایانامه به دو بخش تقسیم می گردد. بخش اول به خواص بلورهای فوتونی، منطقه اول بریلوئن، در شبکه بلورهای فوتونی یک بعدی و دوبعدی مربعی پرداخته ایم. در ادامه تئوری بلاخ و اثبات آن، امواج بلاخ و ناحیه بریلوئن، مدهای ویژه بلور فوتونی و بردارهای موج مساله ویژه مقداری در دو و سه بعد، منشا باند گاف و ساختار باند در بلور های فوتونی یک بعدی و دو بعدی مربعی، بیان شده است. در بخش دوم این فصل به بیان روش بسط موج تخت و تئوری ریاضی مربوط به این قسمت، برای مطالعه بر روی ساختارهای دارای باندگاف فوتونی[37] و محاسبات عددی طیف عبوری بلورهای فوتونی، به تقصیل بیان گردیده است.

در چهارم فصل به بررسی خواص بلور فوتونی دوبعدی، متشکل از آرایه مربعی، از استوانه‌های طویل با پوشش تک لایه(فراماده و دی الکتریک) پرداخته می‌شود. نکته حائز اهمیت این است که سلول واحد این بلور فوتونی برای پارامترهای خاص هندسی و اپتیکی انتخاب شده، در محدوده مشخصی از فرکانس‌ها، خاصیت نامرئی شدن نسبی دارد که این تفاوت در مقایسه با طیف عبور این بلور فوتونی دو بعدی با بلور فوتونی رایج، متشکل از استوانه‌های دی الکتریک بدون پوشش، مشهود است. برای بررسی طیف عبوری با بهره گرفتن از نرم افزار متمتیکا نمودار عبور بر حسب فرکانس بهنجار شده    را برای دو نمونه بلور فوتونی، با سلول پایه متشکل از استوانه دی‌الکتریک با دو شعاع متفاوت، برای حالت با

در پژوهش حاضر با بهره گرفتن از شاخص ترکیبی و نسبتا جدید جهانی­شدن KOF  با توجه به حداکثر داده ­های موجود و روش اقتصاد سنجی داده ­های تابلویی اثر جهانی­ شدن اقتصادی بر تورم در 14 کشور منتخب خاورمیانه و شمال آفریقا، در دوره زمانی 2000-2010 برآورد شده است. نتایج بدست آمده نشان می­دهد که جهانی­شدن اقتصادی نتوانسته است تاثیر منفی بر تورم در کشورهای مورد مطالعه داشته باشد.

فهرست مطالب:

فصل اول- مقدمه و کلیات تحقیق……………………………………………………………………….   1

(1-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………  1

2-1) بیان مسأله……………………………………………………………………………………….  1

1-3) حدود پژوهش……………………………………………………………………………………..  2

1-4) سؤال‏‌ها و فرضیه ­ها­ی پژوهش…………………………………………………………………….   3

 (5-1اهداف پژوهش…………………………………………………………………………………….   3

(6-1  روش انجام پژوهش………………………………………………………………………………..   3

7-1) سازماندهی پژوهش……………………………………………………………………………..   4

فصل دوم-ادبیات موضوع………………………………………………………………………………   5

2-1) مقدمه……………………………………………………………………………………………..   5

2-2) تعریف مفاهیم اولیه تحقیق………………………………………………………………….    5

2-2-1) جهانی­شدن…………………………………………………………………………………..   5

2-2-2) ابعاد جهانی­شدن……………………………………………………………………………..    6

2-2-3) شاخص ­های جهانی­شدن……………………………………………………………………   10

2-2-3-1) شاخص ­های تركیبی………………………………………………………………………..   10

2-2-3-2) شاخص ­های غیر تركیبی………………………………………………………………   13

2-2-4) نقد شاخص ­های جهانی­شدن………………………………………………………………   15

2-2-5) شاخص جهانی­شدن KOF…………………………………………………………………. 

2-2-5-1) شاخص جهانی­شدن اقتصادی KOF…………………………………………………  

2-2-5-2) شاخص جهانی­شدن اجتماعی KOF………………………………………………..  

2-2-5-3) شاخص جهانی­شدن سیاسی KOF………………………………………………… 

2-3) تعریف تورم………………………………………………………………………………  20

2-3-1) طبقه بندی تورم………………………………………………………………………..­­­­­­­­­­­  20

2-3-1-1) طبقه بندی تورم بر مبنای درجه شدت……………………………………………  20

2-3-1-2) طبقه بندی تورم بر مبنای نسبت افزایش قیمت­ها یا افزایش حجم پول……………..  21

2-3-1-3) طبقه بندی تورم بر مبنای متناوب و یا عارضه­ای بودن افزایش قیمت­ها ……………  21

2-3-2) علل و ریشه ­های تورم………………………………………………………………… 21

2-3-2-1) علل عارضی تورم…………………………………………………………………..  22

2-3-2-2) علل اقتصادی تورم…………………………………………………………………… 22

4-2) نظریات مکاتب مختلف در مورد تورم……………………………………………………  25

2-5) مبانی نظری جهانی­شدن اقتصادی و تورم………………………………………………..  27

2-6) ساز و کار­های اثر­گذاری فرایند جهانی­شدن بر تورم داخلی کشور­ها………………………  29

 

 

2-6-1) جهانی­شدن، انگیزه مقامات پولی و تورم……………………………………………….  29

2-6-2) یکپارچه­شدن نظام تجارت بین­الملل، کاهش نسبی برخی اقلام تجاری و تورم…………  30

2-6-3) اثر جهانی­شدن بر حساسیت تورم نسبت به نوسانات تولید داخلی…………………….  30

2-6-4) جهانی­شدن و اثرپذیری تورم داخلی کشورها از شکاف تولید خارجی………………..  31

2-7) مروری بر مطالعات تجربی………………………………………………………………….  31

2-7-1) پژوهش‏‌های خارجی………………………………………………………………….  32

2-7-2) پژوهش‏های داخلی……………………………………………………………………..  34 

فصل سوم-روش تحقیق…………………………………………………………………………..  38

3-1) مقدمه…………………………………………………………………………………….  38

3-2) معرفی الگوی اقتصاد­سنجی……………………………………………………………   38

3-3) روش پژوهش…………………………………………………………………………..   39

3-4) مزایای استفاده از داده ­های تابلویی……………………………………………………   39

3-5) روش­های تخمین مدل داده ­های تابلویی……………………………………………..   40

3-6) انواع آزمون­ها……………………………………………………………………………….. 40

3-7) متغیر­های موجود در الگو……………………………………………………………..   41

3-8) توصیف اطلاعات………………………………………………………………………   42

فصل چهارم- یافته­ های تحقیق…………………………………………………………..   53

4-1) مقدمه………………………………………………………………………………..   53

4-2) تجزیه و تحلیل رابطه­ جهانی­شدن و تورم………………………………………………    53

4-3) نتایج حاصل از برآورد مدل برای کشورهای منتخب……………………………………    53

4-3-1) آزمون مانایی در داده‏های ترکیبی……………………………………………..    53

4-3-2) آزمون F لیمر………………………………………………………………………..    54

4-3-3) آزمون هاسمن …………………………………………………………………..    55

4-3-4) برآورد مدل برای کشورهای منتخب…………………………………………..    55

فصل پنجم- نتیجه ­گیری و پیشنهادات……………………………………………………    57

5-1) مقدمه………………………………………………………………………………..   57

5-2) نتیجه ­گیری…………………………………………………………………………   58

5-3) پیشنهادها……………………………………………………………………………..   59

منابع و مآخذ……………………………………………………………………………….   60

پیوست­ها…………………………………………………………………………………….   64

پیوست الف) خروجی نرم‎افزار ایویوز حاصل از آزمون مانایی متغیرهای مدل………………    64

پیوست ب) خروجی نرم‎افزار Eviews حاصل از آزمون F لیمر…………………………..    65

پیوست ج) خروجی نرم‎افزار Eviews حاصل از آزمون هاسمن…………………………..    65

پیوست د)خروجی نرم‎افزار Eviews حاصل از برآورد با بهره گرفتن از روش اثرات تصادفی………66

چکیده انگلیسی………………………………………………………………………………   67

فصل اول: مقذمه و کلیات فارسی

1-1- مقدمه

تحلیل تورم و پیش ­بینی روند تحولات آن همواره از مهم­ترین نگرانی­ها در جوامع مختلف و در میان دولت­ها و ملت­ها می­باشد. تورم پدیده بسیار پیچیده­ای است که سطح و علل آن از یک کشور به کشور دیگر و از یک دوره به دوره دیگر فرق می­ کند و در­نتیجه­ علل و عوامل بسیار متنوع و متعدد بروز می­ کند. سیاست­های پولی و مالی، تجاری و بازرگانی خارجی، ارزی و حتی سیاست­های خارجی دولت­ها و ساختار­های اقتصادی- اجتماعی جوامع از مهم­ترین این عوامل هستند. از دهه 1990 به بعد پویایی تورم در سطح جهان دستخوش تغییر شده است. متوسط نرخ تورم در کشور­های صنعتی در طول این دهه نسبت به دهه­های قبل کاهش قابل توجهی داشته است (طیب ­نیا و زندیه، 1388).  برای بررسی این نوع اثر­گذاری دلایل مختلفی توسط تحلیل گران مطرح شده­ است که از مهم­ترین آنها اثر ­پذیری تورم کشور از فرایند جهانی­شدن است. به خاطر اهمیت و تاثیر روز ­افزون جهانی­شدن بر تورم و اهمیت شاخص تورم در کلیه کشور­ها در این تحقیق سعی می­ شود که به تاثیر جهانی­شدن اقتصادی بر تورم در کشورهای منتخب خاورمیانه و شمال آفریقا پرداخته شود.

2-1- بیان مسئله

تورم یکی از عوامل تاثیرگذار بر توزیع نابرابر درآمد و ثروت، بروز نا‌اطمینانی در اقتصاد، کاهش سرمایه‌گذاری و رشد اقتصادی است. از این‌رو، شناخت عوامل موثر بر تورم، زمینه مهمی برای رشد و توسعه پایدار فراهم می­ کند. در سال­های اخیر اقتصاددانان به آثار جهانی­شدن بر جنبه­ های مختلف زندگی اقتصادی توجه زیادی کرده ­اند، از جمله آثاری که جهانی­شدن بر اقتصاد کشورها می ­تواند داشته باشد تاثیر آن بر تورم است. کشورهای زیادی توانسته ­اند در فرایند جهانی­شدن نرخ تورم خود را کاهش دهند. به عنوان مثال کشور لهستان که نرخ تورم 150 درصدی را در اواخر دهه 1990 داشته است، بعد از پیوستن به سازمان تجارت جهانی توانسته است نرخ تورم خود را تک رقمی نموده و آن را به­شدت کاهش دهد(سلمان پور88).

اقتصاد جهانی شامل بین‌المللی شدن روز‌افزونی است که آثار آن را می‌توان در افزایش بازرگانی بین‌المللی، جهانی‌شدن تولید و جریان سرمایه‌گذاری مستقیم خارجی مشاهده کرد(فتاحی،1391).

جهانی‌شدن اقتصادی یک کشور تجارت جهانی را بهبود می‌بخشد، اقتصاد باز از طریق تاثیر‌گذاری بر بهبود فن آوری سریع­تر از اقتصاد بسته رشد می­ کند( ساشیدا[1]، 2003 ). اقتصاد‌دانان در خصوص ارتباط بین تورم و جهانی‌شدن عقیده دارند که جهانی‌شدن نقش عوامل خارجی را در فرایند تورم افزایش و نقش عوامل + داخلی را کاهش می‌دهد. جهانی‌شدن با ایجاد یک فضای رقابتی برای تولید‌کنندگان، رشد بهره‌وری و کاهش فشارهای دستمزد بخصوص برای کشور‌های صنعتی می‌تواند قیمت‌های داخلی را تحت ‌تاثیر قرار دهد(سلمان‌پور، 1388). جهانی‌شدن به روش‌های مختلف ممکن است بر تورم کشور‌ها اثر‌گذار باشد. از یک طرف باز شدن اقتصاد‌ها می‌تواند بر نحوه عملکرد مقامات پولی کشور‌ها تاثیر‌گذار باشد. از طرف دیگر ادغام اقتصاد‌های نوظهوری چون چین و هند و نفوذ تولید این کشور‌ها به بازار‌های جهانی، تولید‌کنندگان کشور‌های دیگر را در معرض رقابت قیمتی شدیدی قرار داده که می ­تواند مانع افزایش قیمت توسط آنها شود. همچنین، کاهش قیمت نسبی کالا‌ها و خدمات وارداتی ممکن است به صورت مستقیم از شدت افزایش سطح عمومی قیمت‌ها بکاهد(فتاحی، 1391). پژوهش پیشنهادی به بررسی تاثیر جهانی‌شدن اقتصادی بر تورم در کشور‌های منتخب منطقه خاور‌میانه و شمال آفریقا می ­پردازد. نوآوری این پژوهش در این است که به بررسی تاثیر جهانی‌شدن اقتصادی بر تورم در کشور‌های منتخب منطقه خاور‌میانه و شمال آفریقا[2] با بهره گرفتن از شاخص نسبتا جدید و ترکیبیKOF  [3]پرداخته ­است.

3-1- حدود پژوهش

محدوده زمانی سالهای 2000 تا 2010 (با توجه به حد­اکثرداده های موجود) می­باشد.

همچنین حدود مکانی پژوهش شامل کشورهای منتخب منطقه خاور­میانه و شمال آفریقا می‌باشد.

4-1- سوال ها و فرضیه های پژوهش

مهم­ترین سوال پژوهش حاضر عبارت است از:

آیا جهانی‌شدن اقتصادی بر تورم کشور‌های منتخب منطقه خاور‌میانه و شمال آفریقا تاثیر منفی و معنا‌دار دارد؟

و مهم­ترین فرضیه پژوهش حاضر عبارت است از:

 جهانی­شدن اقتصادی بر تورم کشور‌های منتخب منطقه خاور‌میانه و شمال آفریقا تاثیر منفی و معنا‌دار دارد.

5-1- اهداف پژوهش

مهم­ترین اهداف پژوهش حاضر عبارتند‌از :

الف) آشنایی با مفهوم بعد اقتصادی جهانی‌شدن.

ب) بررسی روند جهانی‌شدن اقتصادی در کشور‌های مورد نظر.

1-1)  تعریف مساله …………………………………………………………………………………. 2

1-2) حدود و روش پژوهش …………………………………………………………………………… 3

1-3) فرضیات پژوهش ………………………………………………………………………………… 3

1-4) اهداف تحقیق ……………………………………………………………………………. 3

1-5) ساختار پژوهش……………………………………………………………………………….. 3

فصل دوم: پیشینه تحقیق ………………………………………………………………………….. 4

2-1) ادبیات نظری پژوهش …………………………………………………………………….. 5

2-1-1) کانال های ممکن انتقال شوک ها ……………………………………………………….6

2-2) پیشینه تجربی پژوهش ………………………………………………………………….. 11

فصل سوم: روش تحقیق………………………………………………………………………. 18

3-1) معرفی مدل‏های گارچ …………………………………………………………………… 19

3-1-1) ناهمسانی واریانس ……………………………………………………………………. 19

3-1-2) مدل‏های گارچ تک متغیره ………………………………………………………………… 21

3-1-2-1) مدل آرچ ……………………………………………………………………………….. 21

3-1-2-2) اشکالات مدل آرچ ………………………………………………………………………. 21

3-1-2-3) مدل گارچ ………………………………………………………………………………. 22

3-1-2-4) مدل گارچ نمایی ……………………………………………………………………….. 23

3-1-3) مدل های گارچ چندمتغیره ………………………………………………………. 24

3-1-3-1)مدل گارچ برداری(VECH):……………………………………………………………… 25

3-1-3-2) مدل گارچBEKK ……………………………………………………………………….

3-1-3-3) مدل همبستگی شرطی ثابت(CCC)……………………………………………… 25

3-1-3-4) مدل همبستگی شرطی پویا (DCC) …………………………………………….. 26

3-2) تصریح الگو …………………………………………………………………………………. 27

3-2-1) معرفی الگو برای بررسی اثرگذاری بازدهی ها و نوسانات چهارکشور به طورهمزمان……. 27

3-2-2) محدودیت های استفاده ازمدل گارچ برداری …………………………………………. 28

3-2-3) روش برآورد پارامترها درمدل گارچ برداری …………………………………………… 29

3-2-4) معرفی الگوی بررسی اثرگذاری بازدهی ها و نوسانات متقابل کشورهای موردمطالعه…… 29

3-2-5) روش برآورد پارامترها در مدل گارچBEKK………………………………………………..

3-2-6) الگوریتم برندت هال،هال و هوسمان(BHHH)……………………………………… 31

3-2-7) آزمون لیونگ باکس ………………………………………………………………….. 32

3-3) جمع آوری، سازماندهی و توصیف داده ها …………………………………………… 33

3-3-1) معرفی بورس اوراق بهادارتهران ………………………………………………………. 33

3-3-1-1) دوره نخست (1357- 1346) ………………………………………………………… 33

3-3-1-2) دوره دوم (1367- 1358) …………………………………………………………….. 34

3-3-1-3) دوره سوم (1383- 1368) ………………………………………………………… 34

3-3-1-4) دوره چهارم (از سال 1384 تاکنون) …………………………………………….. 36

3-3-2) معرفی بازار سرمایه ترکیه ……………………………………………………………….. 37

3-3-2-1) انواع بازارها در بورس استانبول ………………………………………………………. 38

3-3-2-1-1) بازار سهام …………………………………………………………………………. 38

3-3-2-1-2) بازار بین ‌المللی ………………………………………………………………….. 39

3-3-2-1-3) بورس ابزارمشتقه ترکیه ………………………………………………………….. 40

3-3-3) معرفی بازار .سهام مالزی ……………………………………………………………. 41

3-3-3-1) بازار سرمایه اسلامی ……………………………………………………… 43

3-3-4) معرفی بازار بورس نیویورک و بورس اوراق بهادار نزدک …………………….. 45

 

 

3-3-4-1) بورس اوراق بهادار نیویورک(NYSE)  …………………………………………… 45

3-3-4-2) بورس اوراق بهادار نزدک– بورس الکترونیکی (Nasdaq)  ………………………. 46

3-3-5) شاخص های قیمت بازار سهام ……………………………………………………. 47

3-3-6) بازدهی بازار سهام و آماره های توصیفی …………………………………… 49

فصل چهارم: برآورد مدل و آزمون فرضیه ها……………………………………………….. 52

4-1) نتایج تجربی حاصل از مدلVECHبرای بررسی هر چهار بازار به طورهمزمان……. 53

4-2) نتایج تجربی حاصل از مدلBEKK برای بررسی بازارها به صورت دو به دو…………… 55

4-2-1) بررسی ارتباط متقابل بازدهی ها و نوسانات بازارسهام ایران و امریکا ………. 55

4-2-2) بررسی ارتباط متقابل بازدهی هاو نوسانات بازارسهام ایران و ترکیه ……….. 57

4-2-3) بررسی ارتباط متقابل بازدهی ها و نوسانات بازارسهام ایران و مالزی……….. 59

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات………………………………………………………. 61

منابع و مراجع …………………………………………………………………………… 65

پیوست ها …………………………………………………………………………………… 70

چکیده:

در این رساله با بهره گرفتن از مدل خود رگرسیون ناهمسان واریانس شرطی چند متغیره ماهیت تعاملات بین بازدهی های بازار های سهام چهار كشور ایران، ایالات متحده، تركیه و مالزی ارزیابی شده است. نتایج بر اساس داده های هفتگی شاخص سهام، از اكتبر 1997(مهر 1376) تا مارس 2010 (اسفند 1388)، نشان می دهد كه اثرات مثبت معناداری از بازدهی های بازار سهام ایالات متحده بر این بازارها به استثنای ایران تحمیل شده است. همچنین شواهدی قوی مبنی بر وجود اثرات آرچ و گارچ خودی در چهار كشور مشاهده شد كه نشان‏دهنده وجود اثر نوسانات خودی در چهار بازار می‏باشد. به دلیل وجود درجه پایینی از نوسانات همزمان در میان این كشورها، تشكیل سبد سهامی از سهام آنها با ریسك كمتر به سود می رسد.

فصل اول: مقدمه

1-1- تعریف مسأله

با جهانی سازی تجارت و سرمایه گذاری، تعاملات بین بازارهای مالی بین المللی به صورت خاصی افزایش پیدا كرده است. بنابراین مطالعه رابطه بازارهای مالی و به خصوص بررسی تاثیر بازدهی ها و نوسانات بازارهای جهانی بر بازار سهام ایران را می توان مهم قلمداد كرد . همچنین  اهمیت این بخش از تحقیقات با ظهور بحران مالی جهانی در  سال 2008 افزایش یافته است تا مشخص شود كه آیا سرمایه‏گذارانی كه سبد سهام خود را از چند بازار مستقل برگزیده اند در مقایسه با سرمایه‏گذارانی كه فقط از یک بازار سهام سبد سهام خود را انتخاب كرده اند با ریسك كمتر به سود می رسند یا نه ؟

هدف اساسی این تحقیق این است كه با بهره گرفتن از مدل گارچ چند متغیرهنگرشی نسبت به ماهیت تعاملات بین بازارهای سهام كشور های ایران، ایالات متحده امریكا، مالزی و تركیه ایجاد كند. در این مطالعه ابتدا سعی خواهد شد اثرات بازدهی های بازارهای سهام این كشور ها روی همدیگر و به طور خاص، روی بازار سهام ایران بررسی شود و سپس با بهره گرفتن از  مدل گارچ برداری قطری وجود اثر نوسانات مشترک بین این كشورها بررسی شود.  همچنین با بهره گرفتن از تصریح BEKK اثرگذاری بازدهی ها و نوسانات بین بازارهای سهام ایران و سه کشور دیگر به صورت متقابل بررسی می شود.

2-1- حدود و روش پژوهش

در این تحقیق از داده های هفتگی شاخص سهام كشور های ایران، مالزی، ایالات متحده و تركیه از آوریل 1997 تا آوریل 2010 استفاده خواهد شد. برای اثبات فروض ابتدا اثر بازدهی های كشورهای مورد مطالعه روی یكدیگر بررسی خواهد شد و سپس با بهره گرفتن از مدل گارچ برداری قطری كه نوعی از تصریحات گارچ چند متغیره می باشد اثر نوسانات مشترک بین این كشور ها بررسی می شود. بیان گارچ برداری قطری بر پایه این فرض است كه واریانس شرطی به مربع پسماندهای گذشته و وایانس شرطی دوره قبل وابسته است و كواریانس شرطی نیز به ضرب پسماندهای متناظر و و كواریانس های گذشته سری ها  وابسته است. همچنین با بهره گرفتن از تصریح BEKK اثرگذاری بازدهی ها و نوسانات بین بازارهای سهام ایران و سه کشور دیگر به صورت متقابل بررسی می شود.

3-1- فرضیات پژوهش

1- بازدهی بازارهای سهام كشورهای مالزی، ترکیه و امریکا بر بازدهی بازار سهام ایران اثر نداشته است.

2- نوسانات بازارهای سهام كشورهای مالزی، ترکیه و امریکا بر نوسانات بازار سهام ایران اثر نداشته است.

3- سرمایه‏گذارانی كه در بازارهای مستقل از هم سرمایه‏گذاری می كنند با ریسك كمتر به سود می‏رسند.

4-1- اهداف تحقیق

1- آیا بازدهی های بازارهای سهام كشورهای مالزی، ترکیه و امریکا بر بازدهی بازار سهام ایران اثر داشته است؟

2- آیا نوسانات بازارهای سهام كشورهای مالزی، ترکیه و امریکا بر نوسانات بازار سهام ایران اثر داشته است؟

5-1- ساختار پژوهش

این پژوهش در پنج فصل تدوین گشته است. در فصل نخست کلیات موضوع شرح داده ‏شد. این کلیات عبارت بودند از بیان مساله، اهمیت موضوع، هدف تحقیق، فرضیه ها، حدود پژوهش و محدودیت ها. در فصل دوم مروری بر ادبیات موضوع انجام شده است. اطلاعات مورد استفاده در تحقیق، الگو و شرح کامل داده های مورد استفاده در آن در فصل سوم نشان داده شده است. در فصل چهارم فرضیه های تحقیق آزمون شده و نتیجه تحقیق در فصل پنجم ارائه شده است. سرانجام این مطالعه با فهرست منابع تحقیق و پیوست‏ها پایان می یابد.

فصل دوم: پیشینه تحقیق

1-2- ادبیات نظری تحقیق

جهانی سازی تجارت و سرمایه گذاری، تعاملات بین بازارهای مالی بین المللی را افزایش داده است که این موضوع، تمایل شدیدی برای فهم اثر شوك ها و نوسانات یک بازار بر سایر بازارها به وجود آورده است. همچنین اهمیت این بخش از تحقیقات با ظهور بحران مالی جهانی در سال 2008 افزایش یافته است. معمولا، اثرات خارجی نوسانات به رفتار پوششی بین بازاری و تغییر در اطلاعات مشترك نسبت داده می‏شود، به طوری که ممکن است انتظارات همه بازارها به طور همزمان تغییر کند.  مسیر دیگر تحقیقات، توضیح اثر نوسانات و بازدهی ها به وسیله سرایت مالی[1] است.

سرایت مالی به صورت شوکی در بازار دارایی یک کشور که از بازار دارایی سایر کشورها تاثیر می پذیرد، تعریف می شود که شبیه به انتقال بیماری های مسری می باشد و یک خصیصه مهم بحران های مالی اخیر بوده است. با بررسی بحران های مالی اخیر، می توان دید که چطور بحران خاص یک کشور به سرعت به بازارهایی که اندازه و ساختارهای متفاوتی از آن دارند منتقل می شود. به نظر می‏آید که اغلب دوره زمانی و سرایت بحران های مالی به مسائل بنیادی که کشورها با آن روبرو هستند وابسته نیست. معمولا، بحران ها، علیرغم وجود رابطه ضعیف تجاری و جریان سرمایه در میان اقتصادها اثرات شدیدی روی دیگر کشورها می گذارند که این باعث ایجاد علاقه زیادی در میان پژوهشگران برای حل معمای سرایت شده است. مخصوصا در بازارهای نوظهور که ضعیف تر و شکننده‏تر هستند و به طور ویژه به ثبات برای توسعه و رشد خود نیاز دارند.

بر اساس تعاریف بانک جهانی از لحاظ مفهومی سرایت را می توان به سه دسته تقسیم بندی کرد:

تعریف گسترده سرایت:

سرایت  در این مورد، به صورت انتقال شوك‏ها بین کشورها تعریف می‏شود. طبق کالوو و راینهارت(1996)[2] تحت این تعریف، سرایت می تواند از طریق ارتباطات مالی  و واقعی(اقتصادی) باشد. گاهی اوقات این تعریف از سرایت، سرایت بنیادی نیز نامیده می شود  که وابستگی معمولی را منعکس کند و نیازی به ارتباط با بحران ها ندارد، اگرچه در طول دوره های بحران، مورد تاکید بیشتری قرار می‏گیرند.

تعریف محدود سرایت:

تعریف دوم سرایت، انتقال شوك‏ها در میان اقتصادها، ورای ارتباط بنیادی بین اقتصادها می باشد که گاهی اوقات به نام هم‌‎حرکتی افراطی نیز شناخته می شود.

تعریف بسیار محدود سرایت:

در تعریف سوم، سرایت وقتی رخ می دهد که همبستگی بین کشوری در طول دوره های بحران در مقایسه با دوره‏های غیر بحران افزایش می‏یابد. این تعریف خیلی محدودی از سرایت می باشد و اغلب در تحلیل های تجربی بروز بحران ها استفاده می‏شود.

هدف از مطالعه حاضر بررسی اثرات جایگزینی پودر و روغن ماهی با منابع گیاهی بر بار باکتریایی محتویات و موکوس روده و ترکیب جمعیت میکروبی روده  فیل ماهیان (Huso huso) می باشد. در این مطالعه فیل ماهیان با  میانگین وزنی 5±133 گرم در 18 مخزن پرورشی (300 لیتری) توزیع و به مدّت 60 روز با جیره های آزمایشی تغذیه شدند. منبع پروتئین و روغن جیره گروه شاهد شامل پودر ماهی و روغن ماهی بود و پنج جیره آزمایشی شامل 80 درصد ترکیب روغن های گیاهی و 20 درصد روغن ماهی و صفر، 40، 60، 80 و 100 درصد پودر ماهی با ترکیب پروتئین های گیاهی می باشد. نتایج نشان داد جایگزینی سطوح مختلف پودر ماهی تا 80% با ترکیب منابع پروتئین گیاهی به همراه جایگزینی 80% روغن ماهی با ترکیب روغن های گیاهی اختلاف معنی داری را در شاخص وزن نهایی ماهیان (17±235 گرم) پس از 60 روز تغذیه با جیره های آزمایشی در مقایسه با گروه شاهد (10±1/256 گرم) نداشت (05/0P>). شاخص وزن نهایی ماهیان با جایگزینی 100% پودر ماهی به همراه 80% روغن ماهی با ترکیب روغن های گیاهی  (11±7/225 گرم) در مقایسه با سایر گروه های آزمایشی و همچنین گروه شاهد بطور معنی داری کاهش یافت (05/0P<). جایگزینی 80% روغن ماهی با ترکیب روغن های گیاهی سبب کاهش معنی دار میزان بار باکتریایی محتویات روده ماهیان شد. همچنین در میزان بار باکتریایی موکوس روده ماهیان و نسبت ترکیب باکتری های باسیل گرم منفی (آئروموناس)، باسیل گرم مثبت (کورینه باکتریوم) و کوکسی های گرم مثبت (میکروکوکوس و انتروکوکوس)  تفاوت معنی داری مشاهده نگردید. جایگزینی سطوح مختلف پودر ماهی به همراه 80% روغن ماهی با منابع گیاهی باعث کاهش معنی دار بار باکتریایی محتویات و موکوس روده ماهیان در مقایسه با گروه شاهد گردید (05/0P<).

1- کلیات

1-1- مقدمه

آبزی پروری در راستای تأمین نیازهای غذایی انسان و استفاده از مواد پروتئینی با منشأ حیوانی که کیفیّت مطلوب دارند از اهمیّت بسزایی برخوردار است. مطابق برآورد سازمان خواروبار جهانی، میزان تقاضای ماهی برای مصارف انسانی حدود 110 میلیون تن در سال 2010 و سهم آبزی پروری در تولید کل جهانی 38 درصد می باشد. با توجه به بالا بودن میزان تولید در برخی گونه ها و آسان بودن تولید آبزیان در مقایسه با سایر فرآورده های پروتئینی و بالا بودن ارزش غذایی آنها، امروزه آبزی پروری به عنوان یكی از سریع ترین فعالیتهای موثر در افزایش تولید غذا مورد توجه قرار گرفته است (Hasan, 2002). همچنین آبزیان یکی از با ارزش ترین منابع تولید پروتئین و سایر مواد مغذی در رژیم غذایی بسیاری از جوامع و کشورها می باشند. براساس گزارش های سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد (FAO) در سالهای اخیر میزان صید و تولیدات حاصل از فعالیت های آبزی پروری برای بیش از 6/2 بیلیون نفر از جمعیت کره خاکی غذا تامین نموده است که این مقدار معادل حدود 20 درصد از سهم گوشت سایر حیوانات در جیره انسانی می باشد. در سال های 2005 ، 2006 و 2007 تولیدات شیلاتی (صید و آبزی پروری ) به ترتیب به 142 ، 160 و 175 میلیون تن رسید و سهم تولیدات آبزی پروری در سال 2006 بیش از 60 میلیون تن بالغ گردید. در سال 2010 میزان صید (88 میلیون تن) و تولیدات آبزی پروری (59 میلیون تن) در مجموع 148 میلیون تن گزارش شد. از این مقادیر تقریباً 75 درصد برای مصارف انسانی و 25 درصد برای مصارف غیرماکول استفاده شدند. این در صورتی است که از سال 2004 سهم مصارف انسانی روند افزایشی داشته است. در سالهای اخیر میزان صید آبزیان کمتر از 88 میلیون تن می باشد و در آینده انتظار می رود با کاهش 50 درصد ذخایر به دلیل صید و بهره برداری بی رویه، تولیدات آبزی پروری شتاب فزاینده ای داشته باشد. بر اساس گزارش سازمان خواربار و کشاورزی برآورد شده است که تنها 25 درصد از ذخایر طبیعی قابل برداشت می باشد.

 

 

2-1- بیان مسأله

افزایش فزاینده جمعیت انسانی کره زمین از یک سو سبب برداشت بیش از حد، تخریب و تصرف زیستگاه های طبیعی به ویژه مکان های زادآوری جوامع گیاهی و جانوری و در نتیجه کاهش شدید تولید طبیعی و از سوی دیگر سبب افزایش تقاضا به ویژه پروتئین و به طور خاص پروتئین سفید شده است. جمعیت های طبیعی تاسماهیان که از کهن ترین و مهمترین ماهیان تجاری و بوم شناختی جهان محسوب می شوند، نیز از این قاعده مستثنا نبوده و به شدت در معرض نابودی و انقراض قرار دارند. بر اساس آمارهای جهانی در حالی که در سال های پایانی دهه 1970 میلادی، برداشت یا صید تاسماهیان از محیط های طبیعی بیش از 33000 تن و در سال 1991 میلادی حدود 15000 تن در سال بود، به کمتر از 500 تن در سال 2006 و 385 تن در سال 2009 میلادی رسید (; 2009 FAO, 2006). کاهش شدید جمعیت های طبیعی تاسماهیان شوک بزرگی را بر جوامع علمی بویژه دانشمندان شیلاتی و نیز مقامات اجرایی کشورهای تولید کننده ماهیان خاویاری وارد نمود. با توجه به به موارد فوق و خطر انقراض ماهیان خاویاری، کشورهای ساحلی خزردر سال 1390 در باکو توافق کردند که صید ماهیان خاویاری برای ۵ سال ممنوع شود. اما بنظر کارشناسان این اقدام برای حفظ نسل ماهیان خاویاری کافی نیست و بنابراین به همراه ممنوعیت صید، پرورش تمام دوره ای و اهتمام به آبزی پروری این گونه های ارزشمند در منابع آبهای داخلی رسید. در بین کشورهای اروپایی، ایتالیا با 1200 تن گوشت و 25 تن خاویار، فرانسه با 250 تن گوشت و 20 تن خاویار، آلمان با 350 تن گوشت و 6 تن خاویار، روسیه با 2400 تن گوشت و 5/3 تن خاویار از مهمترین کشورهای تولیدکننده گوشت و خاویار پرروشی محسوب می شوند. در قاره آمریکا، ایالات متحده با تولید 20 تن خاویار در سال 2007 (عمدتاً برای مصرف داخلی) یکی از تولیدکنندگان عمده خاویار پرورشی محسوب می گردد. در بین کشورهای آسیایی، جمهوری خلق چین با پرورش 17 گونه از ماهیان خاویاری و با تولید 25 هزار تن گوشت در سال 2009 و تولید 16 تن خاویار پرورشی به عنوان یکی از کشورهای پرورش ماهیان خاویاری مطرح شده است. اکنون دیگر پرورش ماهیان خاویاری در محیطهای محصور امری نادر و خارق العاده محسوب نمی گردد. بر اساس گزارش سازمان بین المللی خواروبار جهانی (فائو) در سال 2006 تولید گوشت تاسماهیان پرورشی که در اواسط دهه 1980 کمتر از 400 تن در سال بود به حدود 25000 تن در سال 2006 و 32576 تن در سال 2009 میلادی رسید که مهمترین عامل آن توجیه اقتصادی و قیمت بالای خاویار بود (پورکاظمی،1387 ). سیستم های پرورش ماهیان خاویاری در مناطق مختلف جهان متفاوت می باشد. اکثر کشورهای پیشرفته جهان با سیستم مداربسته و با بهره گرفتن از غذای کنسانتره فرموله شده مبادرت به پرورش تاسماهیان می نمایند در حالیکه سیستم های دیگر از  قبیل پرورش در حوضچه های بتنی گرد، چند ضلعی، مستطیلی نیز در کشور های در حال توسعه مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر روش های فوق، پرورش ماهیان خاویاری در استخرهای خاکی و بویژه پرورش در قفس در پشت سدها و آب بندانهای بزرگ (چین، بلغارستان) و کانالهای آبرسانی (روسیه) مورد استفاده قرار می گیرد.

ماهیان خاویاری یكی از با ارزشترین گونه های آبزیان بشمار می روند كه از قدمت بسیار طولانی برخوردارند و به این علت “فسیل زنده” نام گرفته اند. در حاضر بیش از 27 گونه از انواع تاس ماهیان در آبهای جهان زیست می نمایند كه چند گونه از آن از قبیل تاس ماهی ایرانی (Acipenser persicus) ، تاس ماهی روسی (A. gueldenstaedti) ، شیپ (A. nudiventris) ، ازون برون(A. stellatus) ، فیل ماهی (Huso huso) و استرلیاد(A. ruthenus) بیشترین گونه ها را در دریای خزر و حوضه آبریز آن تشكیل می دهند. این گونه ها در دریای خزر بیشترین ذخایر تاس ماهیان جهان را تشكیل میدهند. طبق آمار موجود 90% خاویار جهان از این دریا تامین می گردد. بیشترین خاویار تولیدی از سوی گونه ازون برون ، تاس ماهی روسی و تاس ماهی ایرانی می باشد. مقدار خاویار تولیدی از گونه های فیل ماهی و شیپ كمتر از سه گونه دیگر می باشد و گونه استرلیاد فقط در رودخانه های آب شیرین، مخصوصاً در رودخانه ولگا زیست می كند. فیلماهی با نام علمی ( Huso Huso) مشهورترین ماهی خاویاری جهان است، خاویار آن ممتاز، درشت و گرانترین خاویار به شمار می رود. از خصوصیات جالب توجه این ماهی سرعت رشد حیرت انگیز آن و زاد و ولد بالای آن است اما آن چه او را در صنعت پرورش ماهیان خاویاری مشهور ساخته است، عادت پذیری سریع به غذای مصنوعی و تحمل شرایط محیطی نامساعد و سرعت رشد بالای این گونه می باشد. سرعت رشد فیلماهی در مقایسه با سایر گونه های