Geri Dön

Applications of electromagnetic phenomena in periodic structures

Periyodik yapılarda beliren elektromanyetik fenomenlerin uygulama sahaları

PDF İndir

  1. Tez No: 313491
  2. Yazar: ATİLLA ÖZGÜR ÇAKMAK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2012
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 376

Özet

Elektromanyetizma çok geniş bir araştırma sahasını kapsar ve çok düşük frekanslardan optik dalgaboylarına kadar kendisine uygulama sahaları bulur. Elektromanyetizma içinde de periodik yapılar geniş bir araştırma sahası sunarlar. Mevcut periodik araştırma sahaları içinden Fotonik Kristaller ve Metamalzemeler bu tez kapsamında incelenmiştir. Metamalzemeler yapay malzemeler olup, olağandışı elektromanyetik yanıtlar vermek üzere dikkatle düzenlenirler. Metamalzemelerin gösterdikleri bu olağandışı durumlara örnek olarak eksi faz hızı ve negatif kırılım gösterilebilinir. Diğer taraftan da Fotonik Kristaller belirli bantları durdurma ve tamamen yansıtma kabiliyeti gösterme bakımından araştırmalarda yoğunlukla talep görürler. Hatta Fotonik Kristaller günümüzde optik haberleşme ünitelerinde kullanılmak üzere ticari değer taşıyan ürünlere dönüştürülmüşlerdir.Tez çalışmalarının ilk kısmında dalgaboyundan küçük, metamalzeme iliştirilmiş yarıkların iyileştirilmiş geçirgenlik özellikleri ile ilgileneceğiz. Metamalzeme çalışma sahasından esinlenilen rezonatör yapıları dalgaboyundan küçük yarıkların yakınlarına yerleştirildiğinde elektromanyetik dalgaların yarığın hemen dışında lokalize olduğunu gözlemleyebiliriz. Bahsi geçen yarıklar ilgilenilen çalışma bandı içerisinde aslen ortalama onbinde bir gibi geçirgenlik sunarken (elektrik alan şiddeti biriminden) yarık içerisinden yayılımı da çok ciddi şekilde sekteye uğratmaktadırlar. Biz dalga altı rezonatörlerimizle dalga altı yarıklarımızı etkileşime soktuğumuzda şaşırtıcı derecede (tipik olarak 30-50 dB civarında) ilk duruma nazaran yüksek geçirgenlikler elde edebiliyoruz. Bu etki de dalga altı açıklığının çıkış tarafında elektromanyetik dalgaların lokalizasyonu ile eşzamanlı gerçekleşmekte.Bu tek yarık tabanlı çalışmaların üzerine düzenli yarık dizinlerindeki elektromanyetik dalga yayılımlarını da inceledik. İncelenilen yarık dizinlerinin farklı çalışma mekanizmalarını net bir şekilde ortaya koyduk. Bu farklı mekanizmalar yarıkların geçirgenlik dalgaboyu öncesinde yüksek şiddetlerde iletime olanak vermekteydi. Bu farklı durumlarda dahi iyileştirilen geçirgenliğin metamalzemelerin karakteristik özelliği olan sol el yayılım özellikleri ile birlikte ortaya çıktığını gözlemledik. Sol ve sağ el geçirgenlik bantlarının eş zamanlı olarak bu art arda sıralanmış periodik yarık dizinlerinde açılabilineceğini gösterdik.Elektromanyetik dalgaların izledikleri yolları uyarlamak için alternatif olarak dereceli kırılım indeksli Fotonik Kristalleri ile de çalıştık. Bu dereceli kırılım indeksli Fotonik Kristal yapılarında geleneksel dereceli kırılım indeksi optiğini hatırlatır şekilde modifiye edilmiş Gauss-Hermite modlarına rastladık. Elektromanyetik dalgaların bu yapılarda ilerleyişini tartıştıktan sonra bir lens uygulaması önerdik. Önerilen lensin Fotonik Kristal dalgaklavuzları ile birlikte kullanımında bu dalgaklavuzları için iyileştirilmiş giriş ve çıkış bağlaşım katsayılarına yol açtığını gösterdik. Girişteki iyileşme 8 dB kadar ölçülürken, dalgaklavuzunun çıkışında da hizaya sokulmuş (kolimasyon), yarı güç dalga açıklığı 7 dereceye indirgenmiş elektromanyetik dalgayı uzak alan ölçümlerinde gözlemleyebiliyoruz.Son olarak da Fotonik Kristal tabanlı ızgaraları kullanarak optik bir diyot ortaya çıkarmaya çalıştık. Bu ızgaraların Fotonik Kristalin tek yüzüne uygulanması durumunda Fotonik Kristale farklı iki yönden yaklaşan dalganın geçirgenlik katsayıları arasında çok yüksek seviyede kontrast (1000 civarında) elde edilebilineceğini gösterdik. Önerilen optik diyotun Fotonik Kristal ızgaralarının sıfırıncı difraksiyon seviyesini bastırırken, yüksek difraksiyon seviyelerine olanak tanıması yoluyla çalıştığını kanıtladık.

Özet (Çeviri)

The field of Electromagnetics encompasses several research areas and finds itself applications in all frequency ranges starting from very low frequencies up to optical wavelengths. Periodic structures offer a vast research area in Electromagnetics. Amongst these periodic configurations metamaterials and photonic crystals have been investigated in this study. Metamaterials (MTMs) are artificial materials which are carefully engineered to give outstanding electromagnetic responses, e.g. negative phase velocity, negative refraction. On the other hand, Photonic Crystals (PhCs) offer band stopping and full reflection at certain wavelengths and they are highly favored due their particular properties. PhCs are even commercially available nowadays in optical communication.In the first part of the study, we have been concentrated on the enhanced transmission through subwavelength apertures with the incorporation of the MTMs. Resonators that are inspired from the MTM research field are placed in the vicinity of the subwavelength apertures such that a near-field electromagnetic wave localization at the output side can be observed. The considered subwavelength apertures have poor transmission figures on the order of 1/10,000 (in terms of intensity) on the average throughout the investigated frequency band, which dramatically limits the propagation. We show that once the subwavelength resonators are allowed to interact with such subwavelength apertures, astonishingly high transmission enhancement figures (typically ranging from 30 dB up to 50 dB) can be attained, which in turn results in electromagnetic wave localization in the near-field.On top of these single aperture related studies, we investigated the propagation of the electromagnetic waves in aperture arrays. We explicitly distinguish the working mechanisms of the presently studied aperture arrays which also cause a transmission enhancement below the cutoff frequency of the regarding apertures. The transmission enhancement has been shown to be accompanied by the left handed propagation, which is a characteristic of the MTMs. We show that both right and left handed transmission channels can be opened simultaneously in these periodically stacked aperture arrays.Alternatively, we have worked on the graded-index PhCs (GRIN PhCs) in order to tailor the course of the propagating electromagnetic waves. It has been demonstrated that modified Gauss-Hermite modes are available in GRIN PhCs similar to the those in conventional homogenous GRIN structures that are already in use in the field of optics. The underlying physics of the propagation has been discussed and a focusing lens has been proposed, which is based on the GRIN PhCs. The proposed lens has been shown to provide improved input and output coupling figures for the waveguide configurations. The input coupling efficiency has been boosted by a factor of 8 dB, while the GRIN PhC at the output side of the waveguide achieved a collimated beam with 7 degrees of half power beam width according to the results of the far-field measurements.Lastly, PhC based gratings have been utilized to search for an optical diode. It has been shown that such a PhC grating can offer an extremely good contrast (on the order of 1000) between the intensities of the electromagnetic waves that are approaching from different sides of the proposed design. The working mechanism of the optical diode has been shown to rely on the gratings that opened higher order diffraction channels as the zeroth order diffractions are suppressed.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    498494

    Düşük dereceli dönel simetriye sahip iki-boyutlu fotonik kristal yapılarının sağladığı optik fenomenler ve nanofotonik alanındaki uygulamaları

    The optical phenomena and nanophotonic applications provided by photonic crystals having low rotational symmetry

    UTKU GÖRKEM YASA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAMZA KURT

  2. Tez No

    55961

    Biyomagnetik olaylar

    Başlık çevirisi yok

    M.TOGAN ÇANDIR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1996

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. İNCİ AKKAY

  3. Tez No

    199491

    Novel approaches to control the propagation of electromagnetic waves: Metamaterials and photonic crystals

    Elektromanyetik dalgaların yayılmasının kontrolünde yeni yöntemler: Metamalzemeler ve fotonik kristaller

    İRFAN BULU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2007

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. EKMEL ÖZBAY

  4. Tez No

    46615

    Yer dalga iletiminde parabolik denklem (PD) yöntemi

    Parabolic equation (Pe) method in ground wave propagation

    ÖZLEM ERCAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1995

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Y.DOÇ.DR. LEVENT SEVGİ

  5. Tez No

    66494

    Akustik yüzey dalga esasına dayanan filtrlerin analizi, tasarımı ve GSM sistemindeki uygulamaları

    Analysis and design of saw filter and saw filter applications in GSM

    H.CEMİL KARAGÜZEL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERGÜL AKÇAKAYA

Geri Dön