Fonksiyonel fotonik kristal aygıt tasarımları

Abstract

Fotonik kristaller kullanılarak birçok alanda uygulanabilir aygıt tasarımları yapılabilmektedir. Bu tez çalışmasında, farklı tasarıma sahip kare örgü fotonik kristaller kullanılarak entegre optikte kullanılabilecek çeşitli cihazlar önerilmiştir. İlk olarak fotonik kristal yapıda asimetrik ışık iletiminin deneysel ve numerik sonuçları sunulmuştur. Fotonik kristal birim hücrelerinin pozisyonlarının değiştirilmesi ile asimetrik ışık yayılımı elde edilmiştir. Dalga kılavuzunun çıkışında toplanan güç miktarı, ileri ve geri yayılma yönünde birbirinden farklı olmuştur. Çalışmada ayrıca gökkuşağı yakalama olarak adlandırılan başka bir fotonik kristal uygulaması da araştırılmıştır. Yeni tasarlanmış iki boyutlu fotonik yapıda gökkuşağı yakalama olayı nümerik sonuçlarla incelenmiştir. Yapı parametreleri ayarlanarak ışığın yapı içerisinde hapsolması sağlanmıştır. Geniş bantlı elektromanyetik dalga hapsolması için her birim hücrenin yapı içerisindeki konumu ve dielektrik doluluk oranı düzgün bir şekilde ayarlanmıştır. Önerilen yapının tamamen geçirgen dielektrik malzemeden oluşması efektif kırılma indisinin pozisyona bağlı olarak değişmesi ile farklı elektromanyetik bölgelerdeki ışığın hapsolmasını sağlanmıştır. Bu çalışmalara ek olarak tezde dereceli kırılma indisine sahip fotonik kristal yapı kullanılarak dalga boyu seçici bir ortam tasarlanmıştır. Hiperbolik sekant indeks profiline sahip tasarımda farklı dalga boyları farklı yollar izleyerek x-ekseni doğrultusunda yapıyı farklı pozisyonlarda terk etmiştir. Bu durum dalga boyu seçici ortam tasarımı için derecelendirilmiş kırılma indisine sahip fotonik kristallerin kullanılabildiğini göstermiştir.

Devices which are applicable in many areas can be designed by using photonic crystals structures. In this thesis, numerical and experimental results of asymmetric light propagation in a different designed photonic crystal are presented. Asymmetric light propagation is achieved by changing the positions of the unit cells of photonic crystal. The amount of power collected at the output of the waveguide is different for the forward and backward propagation directions. Also another photonic crystal application which is called rainbow trapping is studied. Rainbow trapping in a newly designed two-dimensional photonic structure are investigated with numeric results. By adjusting the structure parameters, trapping of light in the structure is provided. For broadband electromagnetic wave trapping the position and dielectric filling factor of each unit cell in the structure are adjusted properly. Using completely transparent structre provides light trapping in different electromagnetic regions by the change of the effective refractive index depending on the position. In addition, a novel technique for spatial wavelength division using graded index photonic crystals is proposed. The different wavelengths follow different ways through the structure having hyperbolic secant index profile and leave the structure in different positions. Thus, light wave emanates from the graded index medium at different locations with different exit angles. This condition shows that the graded index photonic crystals can be used for the design of wavelength selective media.