Waveguiding of electromagnetic waves and investigation of negative phase velocity in photonic crystals and metamaterials
Elektromanyetik dalgaların kılavuzlanması ve fotonik kristaller ve metamalzemelerde eksi değerli faz hızının incelenmesi
- Tez No: 313490
- Danışmanlar: PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Electrical and Electronics Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 188
Özet
Dielektrik ve metalik yapılar olan Fotonik Kristaller (FK) ve Metamalzemelerde elektromanyetik dalgaların yayılımı incelenmiştir. Mikrodalga frekanslarında bu yapıların uygulamaları gösterilmiştir. Bahsedilecek çalışmaların ilkinde, Dereceli kırınım indisine (Dİ) sahip FK'in gelen dalgaların tek bir noktaya odaklanmasında kullanılabileceği gösterilmiştir. FK periyodu a olmak üzere, Rezonans Genişliği (Full Width Half Maximum, FWHM) 9.2a olacak şekilde gelen dalga için Dİ FK'in sağladığı nokta büyüklüğü çevirim oranı 3.9 olarak ölçülmüştür. Dİ FK yapısının yine FK dalgakılavuzları için olarak verimli bir giriş eşleyicisi olarak iş göreceği görülmüştür. Dİ FK'in, dalgakılavuzunun 18GHz'deki eşleşme verimliliğini 5dB'nin üzerinde arttırdığı deneysel olarak gözlemlenmiştir. Bu yöntem, ışığı ileten devrelerle FK arasında giriş eşlemesinde yaşanan kayıpları azaltmaya yarayabilir. FK, frekans ve örgü değişkenlerinin uygun şekilde ayarlanmasıyla ikili kuşak geçirgen ya da kuşak durduran uzamsal süzgeç olarak da kullanılabilir. Düzlem dalga uyarımları için, geliş açısından bağımsız olarak Fabry-Perot rezonansından kaynaklanan geniş bir uzamsal filtrelemenin gerçelliği gösterilmiştir. Gauss Işını uyarımında gelen dalganın açısal dağılımının etkisi incelenmiştir. Eş frekans eğrilerinin yorumlanmasıyla, düzlem olmayan dalga uyarımları için geliş ve gözlem alanlarında uzamsal süzme sayısal ve kuramsal olarak açıklanmıştır. Kuşak durdurma özelliği yanında uygun yapıların yani çiftli yüzey yapısının kullanımıyla FK'in saçılım özellikleri ayarlanabilir. Bu yüzey tabakası, yüzey dalgalarını destekleyerek elektromanyetik dalgalar için bir dalga kılavuzu vazifesi görür. Işık çizgisinin üstüne denk gelen frekanslarda yüzey dalgalarının geriye doğru sızan dalgalar şeklinde ışımasıyla çıkış açısının 0º ile 70º değerleri aralığında frekansa bağlı yönlendirme yapılabilmektedir. Sızan dalga ve geriye doğru ışıma davranışları sol elli davranışa (SOD) sahip Metamalzemeler ile benzerlik göstermektedir. Metal balık ağı (MBA) yapılarında gerçekleşen eksi kırınım (EK) bu tür metamalzemelerde görülen SOD özelikleri ışığında incelenmiştir. MBA desenli levhalardan oluşturulan bir kamada ölçülen EK, çıkarım analizinden elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Metamalzemede tektürleşmenin sınırları incelenmiştir. MBA değişkenleri ile SOD arasındaki ilişki, manyetik rezonans frekansı olan 14.3 GHz (?m) incelenmiş ve örneğin levhalar arası mesafe as=?/10.5'ten (2mm) as=?/4.2'ye (4mm) artarken EK indisinin -1.8'ten -1.3'e düştüğü görülmüştür. MBA yapılarının LC (indüktör ve sığa) rezonatör davranışı yanında TEM dalgakılavuzu özelliği taşıdığı ve ?m'da bir boyutlu iletim hattı olarak çalıştığı ortaya konmuştur.
Özet (Çeviri)
Electromagnetic wave propagation is characterized in periodic dielectric and metallic structures: Photonic Crystals (PCs) and Metamaterials, respectively. The applications of these structures are demonstrated in the Microwave regime. In the first application, Graded Index (GRIN) PC is used to focus the incoming waves into a small spot. Speaking in terms of PC period a, for an incident beam with Full Width Half Maximum of 9.20a the power of the focusing behavior is quantified by looking at the spot size conversion ratio, which is around 3.9. PCs can act as an efficient input coupler for the PC Waveguide (PCW). The GRIN PC has been experimentally shown to yield a coupling efficiency of 5 dB over the single PCW at 18 GHz. This method can be applied to provide a solution for the input coupling losses between PC structures and other lightwave circuits. PCs can also be used to achieve dual-bandpass and bandstop spatial filtering by proper adjustments of the lattice parameters and the frequency range. For the plane-wave excitation, a wideband spatial filtering is shown to exist due to the specific Fabry-Perot type resonances, which are nearly independent on the angle of incidence. The effect of the finite angular distribution of the Gaussian-beam excitation is also demonstrated. The spatial filtering in the incidence and observation angle domains has been discussed both numerically and experimentally for the non-plane-wave excitations under the light of calculated iso-frequency contours. In addition to bandstop characteristics, the dispersion relation of the PCs can be modified with the proper arrangement, namely by employment of the dimer layer. This surface layer supports the surface waves and serves like a waveguide for the electromagnetic waves. At higher frequencies above the lightline, surface waves radiate into air in the form of backward leaky waves and frequency dependent steering is reported from 0º to 70º for the outgoing beam. The leaky wave behavior and backward radiation is similar to that is seen in Left-Handed (LH) Metamaterials. Metallic fishnet layers are used to demonstrate negative refractive index (NRI) in conjunction with the left-handed behavior in this class of metamaterial. A wedge structure formed by fishnet layers is used to measure the NRI which was also verified by the retrieval analysis. The limits of homogenization are discussed. The dependence of the LH properties on the fishnet parameters is investigated parametrically. For example, the NRI changes from -1.8 to -1.3 as the interseperation distance of the layers varies from as=?/10.5 (2mm) to as=?/4.2 (4mm) at magnetic resonance frequency around 14.3 GHz (?m). It is also shown that the fishnet layers behave as an LC resonator as well as a TEM waveguide and a 1D transmission line at ?m.
Benzer Tezler
- Analysis of wave propagation characteristics and design methods in two dimensional photonic bandgap structures
İki boyutlu fotonik bant durduran yapılarda dalga analizi ve tasarım yöntemleri
ONUR ERKAN
Doktora
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERKAN ŞİMŞEK
- Zamanda sonlu farklar yöntemi ve yutucu sınır koşulları
Başlık çevirisi yok
FUNDA AKLEMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Tekn. Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEVENT SEVGİ
- Plazmonik ve opto-akışkan platformların teorik, hesaplamalı ve deneysel yöntemlerle incelenmesi
Theoretical, computational and experimental studies on plasmonic and optofluidic platforms
YAĞIZ MOROVA
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELÇUK AKTÜRK
- Physics and applications of photonic crystals
Fotonik kristallerin fiziği ve uygulamaları
BURAK TEMELKURAN
Doktora
İngilizce
2000
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EKMEL ÖZBAY
- Universally polarization-insensitive achromatic metasurfaces
Evrensel polarizasyon-bağımsız akromatik metayüzeyler
İBRAHİM TANRIÖVER
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. HİLMİ VOLKAN DEMİR