Bakışımsız metamalzemelerin elektromanyetik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of electromagnetic properties of chi̇ral metamateri̇als
Yazar: İBRAHİM ÇÖMEZ
Danışman: PROF. DR. FARUK KARADAĞ ; DOÇ. DR. MUHARREM KARARASLAN
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında, bakışımsız metamalzemeler hem analitik hem nümerik hem de deneysel olarak analiz edilmiştir. Tez çalışmasının ilk kısmında bakışımsız olduğunu var saydığımız bir numune analitik olarak incelenmiş, matlab yazılımıyla nümerik hesabı yapılmıştır. Daha sonra, nümerik hesabın kritik sonuçlarına göre malzeme CST MWS elektromanyetik tam dalga çözücü program yardımıyla ayrık halka rezonatör (Split Ring Resonator-SRR) olarak tasarlanıp optimizasyonu ve elektromanyetik analizi yapılmıştır. Bakışımsız numuneyi karakterize etmek için, bakışımsızlığın, ortam kalınlığının, elektriksel geçirgenliğin ve elektromanyetik dalganın gelme açısının, TE ve TM gelme durumları için detaylı bir incelemesi yapılmıştır. Yapılan sistematik analiz sonucunda, nümerik ve simülasyon sonuçlarının her ikisinde de polarizasyon dönmesi, yansımasızlık ve negatif kırılma indisinin gerçekleştiği görülmüştür. Literatürdeki çalışmalardan farklı olarak, düzenlenen model küçük bakışımsızlık değerleri için, geniş band frekans aralığında yeterli ölçüde polarizasyon dönmesi sergilemiştir. Nümerik ve simülasyon sonuçlarının uyumlu olduğu gözlenmiştir. Tezin ikinci kısmında ise gamadion (4'lü L) şeklinde tasarlanan, dielektrik FR-4 üzerine kazıma tekniği ile bakırdan yapılmış örgü yapının mikrodalga rejiminde ölçümü yapılmış, aynı yapının CST MWS elektromanyetik dalga çözücü ile simülasyonu yapılmış ve kıyaslanmıştır. Hem ölçüm hem de simülasyon sonuçlarının uyumlu olduğu görülmüş, küçük doğal bakışımsızlık (3.5 GHz-4.5 GHz arasında) ve negatif kırılma indisi olguları gözlenmiştir.

Abstract:
Theoretical and numerical investigation of the chiral slab exhibiting polarization rotation is presented in detail. The chirality, thickness of medium, dielectric constant, and incident angle are analyzed both for TE and TM incident waves. The chiral slab then is realized by using full wave EM simulation software in order to validate the numeric results in which the numerical and simulation results are in good agreement with each other. Alternatively, the proposed model shows optimum results for wide frequency band by using small chirality which is sufficient for polarization rotation. It is observed that the proposed system and its realization can be effectively used as a polarization converter and EM filters at some frequencies.
We demonstrated numerically and experimentally a dynamical chiral metamaterial that uniaxially creates giant optic activity and circular dichroism. Also, the structure gives high negative refractive index due to the large chirality. The proposed chiral metamaterial includes four L attached cross (FLAC) wire strips. The experimental results are in good agreement with the numeric results and simulation. It can be seen that FLAC wire strips based chiral metamaterial can also be used to achieve natural-small chirality with constant value in a wide frequency range between 3.5-4.5 GHz. This is also another crucial feature of the structure. So, the proposed chiral metamaterial with constant chirality value can be used to design novel EM devices such as polarization converter, anti-reflection filters for a certain frequency range.