در میان افزاره‌های مجتمع نوری، مدوله‌سازهای نوری را می‌توان یکی از ضروری‌ترین افزاره‌ها در هر سامانه نوری به شمار آورد. مدوله‌ساز نوری افزاره‌ای برای دست‌ورزی ویژگی‌های باریکه‌های نور مانند توان نوری، فاز، قطبش و غیره است. فرآیند مدوله‌سازی را می‌توان با استفاده از افزاره‌های فعال یا غیرفعال انجام داد. یک مدوله‌ساز فعال از سیگنال الکتریکی برای مدوله‌سازی باریکه‌های نور استفاده می‌کند. در مقابل، مدوله‌سازهای غیرفعال مدوله‌سازی را بدون استفاده از هر گونه میدان خارجی انجام می‌دهند.
علاوه بر ویژگی‌های شناخته شده‌ی نور، تکانه‌ی زاویه‌ای مداری (OAM) نیز به عنوان درجه جدیدی از آزادی برای مدوله‌سازی باریکه‌های نور در سامانه‌های مخابرات نوری قابل استفاده است. از آنجا که تعداد حالت‌های OAM از نظر تئوری نامتناهی است، به‌طور بالقوه در افزایش عملکرد سامانه‌های مخابراتی تأثیر به‌سزایی دارد. در سال‌های اخیر، استفاده از ‌OAM به پیشرفت‌های قابل توجهی هم در مخابرات کلاسیکی و هم در مخابرات کوانتومی منجر شده است. این پیشرفت‌ها، ضرورت مدوله‌سازی باریکه‌های نور با استفاده از OAM در سامانه‌های مخابراتی را آشکارتر کرده است. از همین رو، در این رساله سعی شده است تا مقدمه‌ای جامع بر OAM و کاربرد آن در مخابرات نوری ارائه شود. همچنین، به‌منظور تحقق مدوله‌سازی باریکه‌های نور با استفاده از OAM، مدوله‌سازی غیرفعال مدهای OAM در ساختارهای تداخلی چند مدی (MMI) مورد بررسی قرار گرفته است. این ساختارها از افزاره‌های مجتمع غیرفعال با توانایی‌‌‌های جالب توجه‌اند که تاکنون برای کاربردهای OAM مورد استفاده قرار نگرفته‌اند. بررسی رفتار باریکه‌های حامل OAM در ساختارهای MMI دوبعدی نشان می‌دهد که این ساختارها در طول مشخصی، به‌طور ذاتی، به عنوان معکوس‌گر بار توپولوژیکی برای مدهای مرتبه‌ی زوج OAM عمل می‌کنند و در همان طول مدهای مرتبه‌ی فرد را بدون تغییر عبور می‌دهند. با توجه به اهمیت ویژگی کشف شده و کاربرد آن در مخابرات کلاسیکی برای همتافتگری/واتافتگری، سودهی و مرتب‌کنندگی مدها و همچنین، در مخابرات کوانتومی برای رمزنگاری امن داده، افزاره‌ای مجتمع با هدف دارا بودن ویژگی ذکر شده برای مدهای مرتبه‌ی فرد، نیز ارائه شده است. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد تبدیل مدی در ساختارهای MMI با خلوص بالایی امکان‌پذیر است (تا ??? برای مدهای مرتبه‌ اول و ??? برای مدهای مرتبه دوم).
در مورد مدوله‌سازی فعال، مدوله‌سازهای الکترواپتیک (EOM) که به عنوان ستون فقرات ارتباطات جدید شناخته می‌شوند، مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. یکی از محبوب‌ترین مواد مورد استفاده در افزاره‌های الکترواپتیک، لیتیوم نایوبیت (LN) است. مدوله‌سازهای معمولی مبتنی بر LN معمولاً بر روی بلورهای توده‌‌ایLN که از اندازه مد نوری بزرگ یا محصورسازی نوری ضعیف رنج می‌برند، پیاده‌سازی می‌شوند. امروزه، LN لایه نازک (TFLN) با ضخامت کنترل شده، این فرصت را برای تولید مدوله‌سازهایی با محصورسازی مدی تنگ و افت کم در پیکربندی‌های بسیار فشرده‌تر فراهم کرده است. در همین راستا، در این رساله به بیان خلاصه‌ای جامع در مورد ویژگی‌های LN و همچنین، EOM های مبتنی بر TFLN و روش‌های ساخت آن پرداخته شده است. همچنین با بازنگری روابط ریاضی مربوط به آنها، فرمول‌بندی تعمیم‌یافته‌ای برای طراحی و ساخت این مدوله‌سازها معرفی شده است. علاوه‌براین، مرور جامعی از منابعی که تا کنون، ساخت EOM های مبتنی بر TFLN را ارائه کرده‌اند، همراه با مقایسه‌ی عملکرد آنها با یکدیگر، ارائه شده است و بر اساس آن، طرح‌های رایجی که گروه‌های تحقیقاتی مختلف برای طراحی آنها استفاده می‌کنند، استخراج شده است. پس از آن، ملاحظات طراحی این مدوله‌سازها معرفی شده و تأثیر هر یک از آنها با استفاده از نتایج حاصل از شبیه‌سازی مورد بحث قرار گرفته است.

واژه‌‌های کلیدی:1- مخابرات نوری 2-نور مجتمع 3- مدوله‌سازی نوری 4- تکانه‌ی زاویه‌ای مداری (OAM) ?- لیتیوم نایوبیت لایه نازک (TFLN) ?- مدوله‌ساز الکترواپتیک