Modifiye edilmiş periyodik fotonik yapılarda yüzey modu ve mod çeviriciler

Abstract

Fotonik kristaller ışığın hareketini kontrol etmek için kullanılan periyodik dielektrik yapılardır. Son zamanlarda, birçok araştırmacı benzersiz bant boşluğu özelliklerinden dolayı fotonik kristal yapılarını araştırmaktadırlar. Bu tezde, sonlu farklar zaman düzlemi metodu ve düzlemsel dalga açılım metodu kullanılarak çeşitli kare örgü ve üçgen örgü fotonik kristaller incelenmiştir. Optik yüzey modlarının yavaş ışık özellikleri araştırılmıştır. Yüzeyin geometrik parametreleri değiştirilerek yapının grup kırılma indisi ve bant genişliği ayarlanabilir. Yüzey modu fotonik kristalin düşük grup hızı dispersiyon davranışı gösterilmiştir. Buna ek olarak, asimetrik ve simetrik fotonik kristallerden oluşan heteroyapı, mod-mertebe çevirimi amacıyla incelenmiştir. Önerilen yapının çalışma prensibi simetrik ve asimetrik fotonik kristallerin arasındaki faz kırılma indisi farkına dayanır. Tasarlanan konfigürasyonun yardımıyla belirli bir frekans bölgesinde, temel mod yüksek mertebeli modlara çevrilebilir. Ayrıca, yüzey mod fotonik kristaller kullanılarak polarizasyondan bağımsız dalga kılavuzu tasarlanmıştır. Önerilen dalga kılavuzu yapısı hem enine-elektrik hem de enine-manyetik polarizasyonlar için çalışır. Yüzey modunun frekans aralığına sahip olan ışık dalgası önerilen yapının yüzeyi boyunca düşük kayıp ile ilerleyebilir. Fotonik kristallerin diğer bir incelenen uygulaması biyosensör konfigürasyonudur. Kırılma indisi değişimini algılamak için, fotonik kristal yapının yüzeyi değişik şekillerde bozularak yüzey modları oluşturulmuştur. Bu sensör tasarımları ile çeşitli hassasiyet değerleri elde edilmiştir.

Photonic crystals are periodic dielectric structures that can be used for controlling the propagation of light. Recently, many researchers explore photonic crystal structures for different purposes due to their unique bandgap properties. In this thesis, various square lattice and triangular lattice photonic crystals are investigated by utilizing finite difference time domain method and plane wave expansion method. Slow light properties of optical surface modes are explored. The group refractive index and bandwidth of the structure can be arranged by manipulating the geometrical parameters at the surface. The low group velocity dispersion behavior of the surface mode photonic crystal is demonstrated. Additionally, a heterostructure which consist of asymmetric and symmetric photonic crystals is examined for the mode-order conversion purpose. The operating principle of the proposed structure is based on the phase refractive index difference between symmetric and asymmetric photonic crystal. By the help of designed configuration, at a certain frequency region fundamental mode can be converted to higher order modes. Furthermore, polarization-independent waveguide is designed by using surface mode photonic crystals. The proposed waveguide structure works for both transverse-electric and transverse ?magnetic polarizations. The light wave that has the frequency interval of surface mode can propagate with low loss along the surface of the proposed structure. The other investigated application of photonic crystals is bio-sensor configuration. In order to sense the refractive index change, surface modes are created by perturbing the surface of the photonic crystal structure in different ways. With these sensor designs, various sensitivity values are achieved.