Manyetik uyarmalı fotonik kristal fiber geçici uzun periyotlu kılavuz ızgarası
Magnetically excited photonic crystal fiber temporary long period cladding grating
Yazar: SEYHAN COŞKUN
Danışman: PROF. DR. GÖKALP KAHRAMAN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu çalışmada fotonik kristal fiberler (FKF) manyetik sıvılar ile birlikte kullanılarak manyetik alana duyarlı dinamik uzun peryotlu fiber ızgara tasarlanmıştır. Sonlu elemanlar yöntemi ile çalışan yazılım kullanılarak fotonik kristal fiber üzerinde benzetimlar yapıldı. Manyetik sıvı yokken fotonik kristal fiberde ortaya çıkan modların alan profilleri ve bunlara ilişkin etkin kırılma indisleri tespit edildi. Etkin kırılma indislerinin dalga boyuna göre değişimleri ortaya çıkarıldı. Sonra manyetik sıvı uygulandığında manyetik alan etkisi altında iken benzetim yapılarak fotonik kristal fiberin temel mod alan profili, etkin kırılma indisi ve hapsetme kaybındaki değişimler incelendi. Bunların manyetik alan şiddetine bağlı değişimleri belirlendi ve grafikleri sunuldu. 
Deneysel çalışmada, ESM-12B fotonik kristal fiberin hava kanalları kılcallık etkisinden yararlanılarak su bazlı manyetik sıvı ile dolduruldu. Uc uca hizalama yapılarak manyetik sıvı dolu 7 cm uzunluğundaki FKF klasik tek modlu optik fiberlere her iki uçtan seramik yüksük ve seramik bileziklerle eklendi. Manyetik alan uygulandığında FKFden geçen ışığın şiddetinde azalma görüldü. Manyetik alan değişimine karşılık FKFde kayıpların değişimi grafik olarak çıkarıldı. Özel peryodik katmanlı yapı olarak hazırlanan silisyumlu saç manyetik nüve kullanılarak manyetik sıvı ile delikleri doldurulmuş olan FKFye enlemesine uygulanan ve fiber ekseni boyunca peryodik olarak şiddeti değişen manyetik alan etkisi ile dinamik uzun peryotlu fiber ızgara oluşturuldu. Etki olarak oluşturulan bu geçici uzun periyotlu ızgaraya uygulanan manyetik alanın şiddeti değiştirildiğinde rezonans dalga boyunun kaydığı tespit edildi. Uygulanan 1500 – 2700 Oe manyetik alan şiddeti aralığında değerler için yaklaşık olarak 130 nm dalga boyu aralığında akortlama yapılabildiği görüldü. 
Son aşamada benzetimda elde edilen değerler kullanılarak kılıf modülasyonlu dinamik uzun periyotlu ızgara için bağlaşık mod denklemlerinden hareket edilerek analitik hesaplamalar yapılarak dalga boyuna göre değişen transmisyon karakteristiği çıkarıldı ve ilgili grafikleri sunuldu.

Abstract:
In this study, photonic crystal fibers were used together with magnetic fluids to make magnetically sensitive devices. Firstly, simulations were done on photonic crystal fiber using Comsol Multiphysics software, which uses the finite element method. The field profiles of modes emerging in the photonic crystal fiber and the corresponding effective refractive indices were determined when no magnetic fluid was applied. Variations of effective refractive indices according to wavelength were revealed. Another simulation was then carried out under magnetic field application and magnetic fluid involvement to investigate changes in the field profile of fundamental mode, effective refractive index and confinement loss of the photonic crystal fiber. Their changes due to magnetic field strength were determined.
	In the experimental study, air holes in cladding of ESM-12B photonic crystal fiber was filled with a water-based magnetic fluid utilizing the capillary effect. 7 cm length of photonic crystal fiber filled with magnetic fluid was spliced to conventional single mode optical fibers at two ends by utilizing two ceramic ferrules and ceramic sleeves were added from both ends. When the magnetic field applied, there has been a decrease in the intensity of the light passing through the PCF. The change in the transmission losses of PCF versus the magnetic field change was plotted graphically. A dynamic long period fiber grating was formed by the magnetic field, which changes periodically along the fiber axis and was transversly applied to the PCF filled with magnetic fluid, applied by using a steel alloyed with silicon magnetic core which is prepared as a special periodic layered structure. When the strength of the magnetic field applied to this transient and virtually formed long-period grating was changed, shift of the resonance wavelength dip was detected. It has been observed that tuning can be performed at a range of wavelength about 130 nm in the range of 1500 - 2700 Oe magnetic field.
At final stage, analytical calculations were made using the values obtained in simulations and based on the coupled- mode equations for the dynamic long period fiber grating with kılıf modulation. The transmission characteristics of the dynamic long-period fiber grating in accordance with the wavelength were calculated and their respective graphs were presented.