Two dimensional silicon photonic crystal band gap applications for optical bio-sensing and modulation
Optik modulasyon ve biyo-tespit uygulamaları için iki boyutlu silikon fotonik kristal band açıklığı yapıları
- Tez No: 695273
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SERDAR KOCAMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 106
Özet
Bu tezde, esas olarak iki boyutlu Silikon fotonik kristalleri kullanan iki uygulama sunduk. Birinci uygulama, optik kırılma indeksi tabanlı bir gaz/biyo-sensördür. Cihaz, çubuk tipi kare yapılı fotonik kristal ile yapılmıştır. Çubuk tipi, elektrik alanını düşük indeksli ortamda muhafaza etmek ve ışık-madde etkileşimini en üst düzeye çıkarmak için seçilmiştir. Rezonans tipi olarak böyle bir uygulamaya uygun keskin ve asimetrik şekli nedeniyle Fano tipi rezonans seçilmiştir. Çubuklar iki metal plaka arasına sıkıştırılmıştır, böylece düzlem dışı ışık korunumu yansıma yoluyla elde edilmiştir. İlk olarak tasarımın yapılması için arka plan teorisini anlattık ve cihazın sayısal analizi ve karakterizasyonunu yaptık. Çubukların üzerine, ışığı uzamsal olarak küçük bir bölgeyle sınırlamak için bir yarık yapısı gibi davranan, mod hacmini azaltan ve ayrıca ışık-madde etkileşimini daha da güçlendirerek duyarlılığı artıran bir hava boşluğu ekledik. Dahili bir ayarlama mekanizmasının yaratılmasıyla, hava boşluğunun boyutu, bir elektrik sinyali ile kontrol edilebilmektedir. Bu, tasarımın farklı çalışma bölgeleri, çevre ve üretim hataları için son derece uygun olması için cihazın rezonans frekansının kontrol edilmesine imkan vermektedir. Diğer bir uygulama, optik modülatör olarak kullanılan iki boyutlu bir fotonik kristal Mach-Zehnder interferometresinin deneysel doğrulamasıdır. Modülasyon, plazma dispersiyon etkisinden yararlanılarak ve literatürdeki benzer cihazlara kıyasla çok daha küçük bir faz kaydırıcı uzunluğu elde eden negatif kırılma indeksi olgusundan yararlanılarak optik taşıyıcı enjeksiyon yöntemiyle yapılır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, we presented mainly two applications that utilize two dimensional Silicon photonic crystals. One application is an optical refractive index based gas/bio-sensor. The device is constructed by rod-type square lattice photonic crystal cavity. The rod-type is chosen to confine the electric field in the low-index medium and maximize the light-matter interaction. The resonance characteristics is selected as Fano-like resonance due to its sharp and asymmetric shape that is suitable for such an application. The rods are sandwiched between two metal plates so that the out-ofplane light confinement is achieved by reflection. First the theory of the design is described and numerical analysis and characterization of the device is conducted. An air gap is introduced on top of the rods which acts like a slot structure to confine the light a spatially small region, decreasing the mode-volume and also increasing the sensitivity by amplifying light-matter interaction further. By introducing an internal tuning mechanism the size of the air gap is externally controlled by an electrical signal. This results in the resonance frequency of the device is externally controlled so that the design is highly suitable for different operation regions, environmental and fabrication errors. Another application is the experimental confirmation of a two dimensional photonic crystal Mach-Zehnder interferometer that is being utilized as an optical modulator. The modulation is done by optical carrier injection method by utilizing plasma dispersion effect and taking advantage of the negative refractive index phenomenon which achieves a much smaller phase-shifter length compared to the similar devices in the literature.
Benzer Tezler
- Biyosensör uygulamaları için nanofotonik yapıların tasarlanması
Design of nanophotonic structures for biosensor applications
NUR ERİM
Doktora
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAMZA KURT
- Physics and applications of coupled cavity structures in photonic crystals
Fotonik kristallerdeki etkileşimli-kavite yapılarının fiziği ve uygulamaları
MEHMET BAYINDIR
Doktora
İngilizce
2002
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- 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
- Mathematical modelling of light propagation in photonic crystal waveguides
Işığın fotonik kristal dalga kılavuzunda yayılımının matematiksel modellemesi
NESLİHAN ETİ
Doktora
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMatematik Bölümü
DOÇ. DR. HÜSEYİN SAMİ SÖZÜER