Fotonik kristal dalga kılavuzları ve yavaş ışık elde edilmesi
Photonic crystal waveguides and slow light generation
Yazar: FULYA BAĞCI
Danışman: DOÇ. DR. BARIŞ AKAOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elektromanyetik alanlar = Electromagnetic fields ; Elektrooptik aletler = Electo-optic devices

Özet:
Fotonik kristaller dielektrik sabitinin periyodik olarak değiştiği, ışığı kontrol altına alabilen optik yapılardır ve olağandışı optik özelliklere ve çok sayıda yenilikçi uygulamalara sahiptir. Bu tez çalışmasında öncelikli olarak fotonik kristallerde bant mühendisliği çalışmalarıyla hibrit örgü tipinin ve örgü simetrisinin bant yapısına ve bandın düzlüğüne etkisi incelenmiştir. Fotonik kristallerin bant yapıları düzlem dalga açılımı yöntemi ile belirlenmiştir. Atmanın zaman içinde ilerleyişi ve iletim spektrumları zaman bölgesinde sonlu farklar yöntemi hesaplamalarıyla elde edilmiştir. Fotonik kristallerin teknolojideki uygulamaları olarak fotonik kristal temelli bir kırılma indisi algılayıcısı ve 1x4 güç bölücü tasarlanmıştır. Fotonik kristal yapılarda ışığın yavaşlatılması ışık-madde etkileşimini artırarak fotonik aletlerin boyutlarının azalmasına ve birçok bakımdan performanslarının iyileşmesine olanak sağlamaktadır. Tezin yavaş ışık ile ilgili kısmında fotonik kristal dalga kılavuzu yapılarında tasarım parametreleri ile yavaş ışık özellikleri (grup hızı, bant genişliği, grup hızı dağınımı,..) arasındaki ilişki derinlemesine irdelenerek, dalga kılavuzu içerisinde ilerleyen elektromanyetik dalganın hızı ayarlanmıştır. Yavaş ışık olgusundan yararlanılarak optik gecikme hatlarında ve arabelleklerde kullanılmak üzere çizgi kusurlu fotonik kristal dilim yapılar tasarlanmış ve elektro-optik kiplenim verimlilikleri iyileştirilmiştir. Yavaş ışık fotonik kristal dalga kılavuzlarının bant yapılarının doğru belirlenmesi için süper hücrenin doğru tasarlanmasının önemi de bu tez çalışmasında ortaya konulmuştur.

Abstract:
Photonic crystals are optical structures with a periodically changing dielectric constant. They can control the propagation of light, leading to unusual optical properties and innovative applications. In this thesis, first, the effect of the hybrid lattice and lattice symmetry on the band structure and band flatness is investigated by performing band engineering studies of photonic crystals. Band structures of photonic crystals are determined by plane-wave expansion method. The propagation of the pulse in time and transmission spectrums are obtained by finite-difference time-domain calculations.  As technological applications of photonic crystals, a photonic crystal based refractive index sensor and a 1x4 power splitter are designed. The slowness of light in photonic crystal structures enables the decrease in size and improvement in performance of the photonic devices with the increase of light-matter interaction. In the slow light part of this thesis, the relation between the design parameters and the properties of slow light (group velocity, bandwidth, group velocity dispersion,..) is examined in depth and the speed of the electromagnetic wave propagation inside the waveguide is adjusted. Using slow light phenomenon, line-defect photonic crystal slab structures are designed to be used in optical delay lines and optical buffers. Their electro-optic modulation efficiencies are improved. The importance of accurate determination of the supercell to accurately determine the band structure of slow light photonic crystal waveguides has also been put forward.