Μελέτη συντονιζόμενων διατάξεων διδιάστατων φωτονικών κρυστάλλων με διήθηση νηματικών υγρών κρυστάλλων
Creators: name: Κοσμίδου, Ελισσάβετ Π.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2006
Subjects: Φωτονικοί κρύσταλλοι
Υγροί κρύσταλλοι
Photonic crystals
Liquid crystals

description: Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη συντονιζόμενων διατάξεων διδιάστατων φωτονικών κρυστάλλων στις οποίες διηθούνται νηματικοί υγροί κρύσταλλοι. Οι προτεινόμενες δομές αναλύονται με χρήση μιας ομάδας τεχνικών βασισμένων στη μέθοδο FDTD. Αρχικά διερευνώνται μονοδιάστατες κοιλότητες που σχηματίζονται από την εισαγωγή γραμμικών ατελειών νηματικού υλικού σε περιοδικά πλέγματα. Η λειτουργία των κοιλοτήτων διαμορφώνεται με τη βοήθεια στατικών εξωτερικών ηλεκτρικών πεδίων που αναπροσανατολίζουν τα νηματικά μόρια. Αποδεικνύεται ότι η κατάλληλη σχεδίαση της γεωμετρίας καταλήγει στα επιθυμητά χαρακτηριστικά λειτουργίας, ενώ στις υπό μελέτη γεωμετρίας καταλήγει επιτυγχάνονται ευρεία φάσματα μετακίνησης των ρυθμών συντονισμού, κατάλληλα για σύγχρονες εφαρμογές οπτικών φίλτρων. Ακολούθως εξετάζονται κατευθυντικοί ζεύκτες φωτονικών κρυστάλλων όπου το νηματικό υλικό εισάγεται στους κυματοδηγούς ή στην περιοχή σύζευξης, επιτρέποντας τον έλεγχο της λειτουργίας τους από εξωτερικά ηλεκτρικά πεδία. Επιτυγχάνονται ιδιαίτερα χαμηλά μήκη σύζευξης και υψηλοί λόγοι ισχύος εξόδου. Επιπλέον, διερευνάται η δυνατότητα λειτουργίας σύμπλεξης καναλιών. Τέλος, μελετάται η επίδραση του προφίλ προσανατολισμού του νηματικού κατευθυντήρα στις ιδιότητες ενδεικτικών δομών περιοδικών πλεγμάτων, κοιλοτήτων και κατευθυντικών ζευκτών. Συμπεραίνεται ότι οι συνθήκες μοριακής αγκύρωσης μπορούν μα επηρεάσουν σημαντικά τη λειτουργία και τις ιδιότητες συντονισμού των εξεταζόμενων διατάξεων και υποδεικνύεται η σπουδαιότητα της ακριβούς γνώσης τους για τη διεξαγωγή ορθών υπολογισμών και πειραμάτων
description: The scope of the present thesis is the study of tunable devices based on two-dimensional photonic crystal lattices infiltrated with nematic liquid crystals. The proposed structures are analyzed using a group of techniques based on the FDTD method. Firstly one-dimensional cavities formed by the introduction of nematic liquid crystal linear defects in periodic lattices are examined. The operation of the cavities is modulated by external static electric fields which reorient the nematic molecules. It is proven that the proper geometry design results in desirable operation characteristics, while wide tuning ranges of the resonant modes, suitable for modern optical filter applications, are achieved. Furthermore, photonic crystal directional couplers are examined, where the nematic material is inserted either into the waveguides or in the coupling region. In this way the coupler's operation can be controlled by external electric fields. Low coupling lengths and high output power ratios are achieved. Moreover, the channel interleaving operation is investigated. Finally, the effect of the nematic director orientation profile on the properties of indicative structures(periodic lattices, cavities, directonal couplers) designed on a triangular lattice is studied. It is concluded that the molecular anchoring conditions can significantly affect the operation and the tunability of the structures under study, indicating the importance of their exact knowledge in order to conduct accurate simulations and experiments