Geri Dön

Physics and applications of photonic crystals

Fotonik kristallerin fiziği ve uygulamaları

  1. Tez No: 96228
  2. Yazar: BURAK TEMELKURAN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. EKMEL ÖZBAY
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Fotonik Kristal, Fotonik Bant aralığı, Düzensizlik, Fabry- Perot Kavitesi, Rezonans Kavite Ykseltgenmesi, EM dalga Yayılımı, Yön Seçimi, Dalga Kılavuzu, Transfer Matris Metodu, Katkılandırma, Yarıiletken Mikro-şekillendirme, Photonic Crystal, Photonic Band Gap (PBG), Defect, Fabry- Perot Cavity, Resonant Cavity Enhancement, EM Field Radiation, Directivity, Waveguide, Transfer Matrix Method (TMM), Doping, Semiconductor Micromachining
  7. Yıl: 2000
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 79

Özet

ÖZET FOTONİK KRİSTALLERİN FİZİĞİ VE UYGULAMALARI Burak Temelkuran Fizik Doktora Tez Yöneticisi: Doç. Dr. Ekmel Özbay Nisan 2000 Katmanlardan oluşan ve mikrodalga frekanslarında üç boyutlu fotonik bant aralığı gösteren bir fotonik kristal ürettik. Bu kristalin geçirgenlik, yansıtma ve düzensizlik özelliklerini inceledik. Fabry-Perot modeli benzetmesi kullanarak bu düzensizliklerde elektromanyetik dalgaların lokalize oluşunu açıkladık. Daha sonra yaratılan bu düzensizliklerin oluşturduğu boşluklarda elektromanyetik (EM) dalganın yükseltgendiğini göstererek olası bir uygulama önerdik: Fotonik kristallerde yaratılan rezonans kavite tarafından yükseltgenmiş detektörler. Düzensizlik içine yerleştirilen detektörün, bu kavitenin frekans seçiciliğinden ve kavite içindeki yükseltgenmiş alandan faydalandığını gösterdik. Bu tür düzensizliklerin içine yerleştirilen bir kaynaktan yayılan EM dalganin belirli bir yönde ve yükseltgenmiş alduğunu gözlemledik. Kuramsal ve deneysel sonuçların uyduğunu gördük. Fotonik kristalleri kullanarak dalga kılavuzu yapmak için bazı önerilerde bulunduk. İki fotonik kristal arasında düzlemsel boşluk sayesinde, böyle bir düzensizliğe giren bir dalganın, gidecek başka bir yeri olmadığı için bu açıklık boyunca ilerlediğini gösterdik. Deneysel olarak bulduğumuz dalga vektörünün frekansa bağlı değişimi dalga kılavuzu modelimizin kuramsal sonuçlarıyla uyuştu. Bundan başka, dalganın fotonik kristalden çıkarılan bir çubuk boyunca da kayıp olmadan ilerlediğini gözlemledik ve bu dalgakılavuzu yapılarıyla dalganın“L”şeklinde bir boşluktan kayıp olmaksızın dönebildiğini gösterdik. Boyutları ve doluluk oranları değişik bazı metalik fotonik kristal yapıları inceledik. Bu yapıların birçok yönden dielektirik fotonik kristallerden üstün olduğunu gözlemledik. Bu yapıların her türlü özelliklerini içeren genişbir inceleme yaptık. Ayrıca metalik fotonik kristallerin, dielektirik kristallerde de incelediğimiz bazı uygulama alanları için uygun olduğunu gösterdik. Yüksek katkılı silikon örnekleri kullanarak, yarıiletken mikro- şekillendirme yöntemleri ile, bant aralığı milimetre dalga boylarında olan yeni bir fotonik kristal ürettik. Bu yapının beklediğimiz gibi metalik özelliklere sahip olduğunu gösterdik. Deneysel sonuçlar, transfer matris metodu simülasyon sonuçlarıyla uyuyordu. Bu metod ile THz. frekanslarda bant aralığı olan fotonik kristaller kolayca üretilebilir.

Özet (Çeviri)

ABSTRACT PHYSICS AND APPLICATIONS OF PHOTONIC CRYSTALS Burak Temelkuran Ph. D. in Physics Supervisor: Assoc. Prof. Ekmel Ozbay April 2000 We first fabricated a dielectric based layer-by-layer photonic crystal, with a three-dimensional photonic band gap at microwave frequencies. We investigated the transmission, reflection and defect characteristics of the crystal. A Fabry-Perot cavity analogy was used to understand the localization of the electromagnetic (EM) fields around defects. We then showed the enhancement of the EM field within the defect volumes, and suggested a possible application: resonant cavity enhanced detectors built around photonic crystals. We demonstrated that a detector inserted inside the defect volume benefits from the frequency selectivity and the highly enhanced field of the cavity. Next, we investigated the radiation of the EM fields from a source inserted in the defect volume, and observed that the radiated field has a very high directivity and efficiency. The experimental results agreed well with the theoretical expectations. We demonstrated waveguiding structures built around photonic crystals. We showed that EM waves could be guided through a planar air gap between two photonic crystals, in which the wave is coupled inside the defect volume, and having no where else to go, propagates through this opening. The dispersion diagrams for these planar waveguide structures also agreed well with the theoretical expectations of our waveguide model. We also showed that, the wave could be guided along a single missing rod, and demonstrated the bending of the EM waves for these waveguide structures with“L”shaped openings. ©mKÜBÎAKTASVON MFRKE2İWe tested metallic photonic crystals built in different dimensions and different filling ratios. We observed many superiorities of these structures when compared to dielectric-based photonic crystals. A full characterisation of various metallic photonic crystals was performed. We also showed that metallic photonic crystals are suitable for some of the applications we have demonstrated for dielectric structures. We also fabricated a new layer-by-layer photonic crystal using highly doped silicon wafers processed by semiconductor micromachining techniques, with a band gap at millimeter wave frequencies. We showed that the transmission and defect characteristics of these structures are analogous to metallic photonic crystals, as we have predicted. The experimental results agree well with the predictions of the transfer matrix method (TMM) simulations. The method can be extended to fabricate these crystals at THz. frequencies.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    338055

    Fotonik kristal dalga kılavuzları ve yavaş ışık elde edilmesi

    Photonic crystal waveguides and slow light generation

    FULYA BAĞCI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BARIŞ AKAOĞLU

  2. Tez No

    129228

    Physics and applications of coupled cavity structures in photonic crystals

    Fotonik kristallerdeki etkileşimli-kavite yapılarının fiziği ve uygulamaları

    MEHMET BAYINDIR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2002

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EKMEL ÖZBAY

  3. Tez No

    318684

    Fotonik kristaller: Optiksel devre ve sensör uygulamaları

    Photonic crystals: Optical circuit and sensor applications

    UTKU ERDİVEN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Fizik ve Fizik MühendisliğiÇukurova Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FARUK KARADAĞ

    YRD. DOÇ. DR. MUHARREM KARAASLAN

  4. 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

  5. Tez No

    414053

    Two-dimensional hexagonal photonic crystals in the X-band

    X-bant aralığında çalışan 2 boyutlu altıgen fotonik kristaller

    MUHAMMAD REHAN CHAUDHRY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Optoelektronik ve Fotonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Prof. Dr. ALİ SERPENGÜZEL

Geri Dön