Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi

KURT, Hamza

Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi

Yürütücü

Hamza KURT (TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)

0 1

Proje Grubu: MFAG Sayfa Sayısı: 0 Proje No: 115R036 Proje Bitiş Tarihi: 01.05.2018 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 13-03-2020

Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi

Öz:

Projenin amacı doğrultusunda yürütülen çalışmalarda düşük simetriye sahip periyodik ve kuvazi-periyodik dielektrik ortamlar tasarlanmıştır. Tasarımı yapılan yapıların fotonlarla etkileşimleri incelenerek düşük simetriye sahip ortamların ışığın hareket özelliklerini nasıl etkilediği araştırılmıştır. Gözlemlenen üstün optik özellikler sayesinde fotonik aygıt tasarımları gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, tasarımların mikrodalga bölgesinde deneysel doğrulanması da yapılmıştır. Kırılma indisi periyodik yapılarda birim hücredeki yüksek simetrinin giderilmesi ve yerine düşük simetrinin getirilmesi ile suni ortamlar oluşturulmuştur. Şimdiye kadar literatürde yürütülen çalışmaların çoğunluğunda birim hücre içerisinde yer alan elemanlar genellikle tekli olup sınırlı mertebede (silindir yerine dikdörtgen veya elips şeklinde) yapısal forma sahip yapılardır. Önceki çalışmalarda daha çok yapısal değişimlerin sadece yasaklı bant aralığına olan etkileri incelenmiştir. Diğer taraftan düşük simetrili yapılarla yürüttüğümüz sistematik ve detaylı çalışmalar sayesinde birim hücre içerisine birden fazla eleman farklı konumlara yerleştirilerek iki boyutlu periyodik ve kuvazi-periyodik yapılar oluşturulmuştur. Projenin gerçekleştirilen hedefleri listelendiği zaman: Dielektrik yapıların birim hücre mertebesinde simetrilerini bozan değişimler gerçekleştirilerek tasarımlar yapılmış ve bu tasarımların bant diyagramları incelenmiştir. Düşük simetrili birim hücrelere sahip periyodik ve kusursuz yapılarla negatif kırılma, süper prizma, yavaş ışık, saçılımsız ilerleyen huzmeler gibi uygulamaların analizleri teorik ve deneysel olarak yapılmıştır. Düşük simetrili birim hücrelere sahip periyodik ve kusurlu yapıların optik kavite, dalga kılavuzu, yüzey modları gibi uygulamaların analizleri teorik ve deneysel olarak yapılmıştır. Düşük simetrili birim hücrelerden oluşturulan kuvazi-periyodik ve kusursuz yapıların lens tasarımı, negatif kırılma gibi uygulamaların analizleri teorik ve deneysel teorik ve deneysel olarak yapılmıştır. Düşük simetrili birim hücrelerden oluşturulan kuvazi-periyodik ve kusurlu yapıların yavaş ışık, dalga kılavuzu, yüzey modu gibi uygulamaların analizleri teorik ve deneysel teorik ve deneysel olarak yapılmıştır. Tasarımı yapılan yapay ortamlar, literatür için yeni tipte fotonik kristal yapılarıdır. Seçilen uygulamalar sayesinde bu tür tasarımların avantajlı yanları ortaya çıkarılmıştır. Düşük simetrili yapıların alternatif yaygın ortamlara (periyodik, düzensiz) kıyasla azımsanamayacak ölçüde üstün optiksel özelliklerinin olduğu gösterilmiştir.

Anahtar Kelime: kuvazi-kristal düşük simetri Fotonik kristal

Konular: Mühendislik, Elektrik ve Elektronik

Erişim Türü: Erişime Açık

Baba, T., Matsumoto, T. 2002. “Resolution of photonic crystal superprism”. Applied Physics Letters, 81, 2325–2327.
1- Manipulation of Light Using Semi-Dirac Dispersion in Low-Symmetric Photonic Crystals (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum)
Berenger, J. P. 1994. “A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves”. Journal of Computational Physics, 114, 185–200.
Cubukcu, E., Aydin, K., Ozbay, E., Foteinopoulou, S., Soukoulis, C. M. 2003. “Electromagnetic waves: negative refraction by photonic crystals”. Nature, 423, 604-605.
Elson, J. M., Tran, P. 1996. “Coupled-mode calculation with the R-matrix propagator for the dispersion of surface waves on a truncated photonic crystal”. Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, 54, 1711–1715.
Foteinopoulou, S., Kafesaki, M., Economou, E. N., Soukoulis, C. M. 2007a. “Backward surface waves at photonic crystals”. Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, 75.
Foteinopoulou, S., Kenanakis, G., Katsarakis, N., Tsiapa, I., Kafesaki, M., Economou, E. N., Soukoulis, C. M. 2007b. “Experimental verification of backward wave propagation at photonic crystal surfaces”. Applied Physics Letters, 91(21).
Gao, B., Shi, Z., Boyd, R. W. 2015. “Design of flat-band superprism structures for on-chip spectroscopy”. Optics Express, 23(5), 6491.
Giden, I. H., Turduev, M., Kurt, H., 2013. “Broadband super-collimation with low-symmetric photonic crystal”. Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications, 11, 132–138.
Giden, I. H., Turduev, M., Kurt, H., 2014. “Reduced symmetry and analogy to chirality in periodic dielectric media”. Journal of the European Optical Society, 9.
Hao, R., Cassan, E., Kurt, H., Le Roux, X., Marris-Morini, D., Vivien, L., … Zhang, X. 2010. “Novel slow light waveguide with controllable delay-bandwidth product and utra-low dispersion”. Optics Express, 18, 5942–5950.
He, X. T., Huang, Z. Z., Chang, M. L., Xu, S. Z., Zhao, F. L., Deng, S. Z., She, S. Z., Dong, J. W., 2016. “Realization of zero-refractive-index lens with ultralow spherical aberration”. ACS Photonics, 3, 2262– 2267.
Huang, X., Lai, Y., Hang, Z. H., Zheng, H., Chan, C. T., 2011. “Dirac cones induced by accidental degeneracy in photonic crystals and zero-refractive-index materials”. Nature Materials, 10, 582–586.
Jiang, L., Wu, H., Li, X., 2013. “Polarization-insensitive and broad-angle self-collimation in a twodimensional photonic crystal with rectangular air holes”. Applied Optics, 52, 6676-6684.
John, S., 1987. “Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices”. Physical Review Letters, 58, 2486-2489.
Johnson, S., Joannopoulos, J., 2001. “Block-iterative frequency-domain methods for Maxwell’s equations in a planewave basis”. Optics Express, 8, 173.
Knight, J. C., Birks, T. A., Russell, P. S. J., Atkin, D. M., 1997. “All-silica single-mode optical fiber with photonic crystal cladding”. Optics Letters, 22, 484.
Kosaka, H., Kawashima, T., 1998. “Superprism phenomena in photonic crystals”. Physical Review B, 58, R10096-R10099.
Kosaka, H., Kawashima, T., Tomita, A., Notomi, M., Tamamura, T., Sato, T., Kawakami, S., 1999. “Selfcollimating phenomena in photonic crystals”. Applied Physics Letters, 74, 1212–1214.
Koshiba, M., 2001. “Wavelength division multiplexing and demultiplexing with photonic crystal waveguide couplers”. Journal of Lightwave Technology, 19, 1970–1975.
Krauss, T. F. 2008. “Why do we need slow light?” Nature Photonics.
Kurt, H., Turduev, M., Giden, I. H. 2012. “Crescent shaped dielectric periodic structure for light manipulation”. Optics Express, 20, 7184.
Lee, S.-G., Choi, J., Kim, J.-E., Park, H.-Y., Kee, C.-S., 2008. “Reflection minimization at twodimensional photonic crystal interfaces”. Optics Express, 16, 4270.
Li, H., Wu, A., Li, W., Lin, X., Qiu, C., Sheng, Z., ... Gan, F. 2013. “Millimeter-scale and large-angle selfcollimation in a photonic crystal composed of silicon nanorods”. IEEE Photonics Journal, 5(2), 2201306- 2201306.
Li, J., White, T. P., O’Faolain, L., Gomez-Iglesias, A., Krauss, T. F. 2008. “Systematic design of flat band slow light in photonic crystal waveguides”. Optics Express, 16, 6227.
Li, M., Li, W., Huang, H., Wang, J., Li, Y., Wu, A., … Gan, F. 2015. “All-angle quasi-self-collimation effect in a rod-type silicon photonic crystal”. IEEE Photonics Journal, 7.
Maiman, T. H., 1960. “Stimulated optical radiation in Ruby”, Nature, 187, 493-494.
Meade, R. D., Brommer, K. D., Rappe, A. M., Joannopoulos, J. D. 1991. “Electromagnetic Bloch waves at the surface of a photonic crystal”. Physical Review B, 44, 10961–10964.
Mekis, A., Chen, J. C., Kurland, I., Fan, S., Villeneuve, P. R., Joannopoulos, J. D., 1996. “High transmission through sharp bends in photonic crystal waveguides”. Physical Review Letters, 77, 3787- 3790.
Momeni, B., Adibi, A., 2005. “Adiabatic matching stage for coupling of light to extended Bloch modes of photonic crystals”. Applied Physics Letters, 87, 1–3.
Moreno, E., García-Vidal, F. J., Martín-Moreno, L. 2004. “Enhanced transmission and beaming of light via photonic crystal surface modes”. Physical Review B, 69, 121402.
Noori, M., Soroosh, M., Baghban, H. 2016. “Highly efficient self-collimation based waveguide for Mid-IR applications”. Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications, 19, 1–11.
Ohtera, Y., Sato, T., Kawashima, T., Tamamura, T., Kawakami, S., 1999. “Photonic crystal polarisation splitters”. Electronics Letters, 35, 1271.
Oskooi, A. F., Roundy, D., Ibanescu, M., Bermel, P., Joannopoulos, J. D., Johnson, S. G., 2010. “Meep: a flexible free-software package for electromagnetic simulations by the FDTD method”. Computer Physics Communications, 181, 687–702.
Prather, D. W., Shi, S., Murakowski, J., Schneider, G. J., Sharkawy, A., Chen, C., … Martin, R. 2007. Self-collimation in photonic crystal structures: “A new paradigm for applications and device development”. Journal of Physics D: Applied Physics, 40, 2635–2651.
Prather, D. W., Shi, S., Pustai, D. M., Chen, C., Venkataraman, S., Sharkawy, A., … Murakowski, J. 2004. “Dispersion-based optical routing in photonic crystals”. Optics Letters, 29, 50–52.
Ramos-Mendieta, F., Halevi, P. 1999. “Surface electromagnetic waves in two-dimensional photonic crystals: Effect of the position of the surface plane”. Physical Review B, 59, 15112–15120.
Robertson, W. M., Arjavalingam, G., Meade, R. D., Brommer, K. D., Rappe, a M., Joannopoulos, J. D. 1993. “Observation of surface photons on periodic dielectric arrays”. Optics Letters, 18(7), 528–530.
Schulz, S. A., Upham, J., O’Faolain, L., Boyd, R. W. 2017. “Photonic crystal slow light waveguides in a kagome lattice”. Optics Letters, 42, 3243.
Steel, M. J., Zoli, R., Grillet, C., McPhedran, R. C., Martijn De Sterke, C., Norton, A., … Eggleton, B. J. 2005. “Analytic properties of photonic crystal superprism parameters”. Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics, 71(5).
Turduev, M., Giden, I. H., Kurt, H., 2012. “Modified annular photonic crystals with enhanced dispersion relations: polarization insensitive self-collimation and nanophotonic wire waveguide designs”. Journal of the Optical Society of America B, 29, 1589.
Turduev, M., Giden, I. H., Kurt, H., 2013. “Extraordinary wavelength dependence of self-collimation effect in photonic crystal with low structural symmetry.” Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications, 11, 241–252.
Ustün, K., Kurt, H. 2010. “Ultra slow light achievement in photonic crystals by merging coupled cavities with waveguides”. Optics Express.
Villeneuve, P. R., Fan, S., Joannopoulos, J., 1996. “Microcavities in photonic crystals: mode symmetry, tunability, and coupling efficiency”. Physical Review B, 54, 7837-7842.
Vlasov, Y. A., O’Boyle, M., Hamann, H. F., McNab, S. J. 2005. “Active control of slow light on a chip with photonic crystal waveguides”. Nature, 438, 65–69.
Witzens, J., Lončar, M., Scherer, A., 2002. “Self-collimation in planar photonic crystals”. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 8, 1246-1257.
Wu, Y., 2014. “A semi-Dirac point and an electromagnetic topological transition in a dielectric photonic crystal”. Optics Express, 22, 1906.
Wu, Z. H., Xie, K., Yang, H. J., Jiang, P., & He, X. J. 2011. “All-angle self-collimation in two-dimensional rhombic-lattice photonic crystals”. Journal of optics, 14, 015002.
Yablonovitch, E., 1987. “Inhibited spontaneous emission in solid state physics and electronics”, Physical Review Letters, 58, 2059-2062.
Yasa, U. G., Eti, N., Kurt, H., 2016. “Manipulation of light using semi-Dirac dispersion in low-symmetric photonic crystals”. 18th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON).
Yasa, U. G., Giden, I. H., Turduev, M., Kurt, H., 2017a. “Polarization splitting phenomenon of photonic crystals constructed by two-fold rotationally symmetric unit-cells”. Journal of Optics, 19.
Yasa, U. G., Turduev, M., Giden, I. H., Kurt, H., 2017b. “High extinction ratio polarization beam splitter design by low-symmetric photonic crystals”. Journal of Lightwave Technology, 35, 1677–1683.
Zhao, Y., Zhang, Y., Wang, Q., Hu, H. 2015. “Review on the optimization methods of slow light in photonic crystal waveguide”. IEEE Transactions on Nanotechnology, PP, 1–1.

APA	KURT H (2018). Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi. , 1 - 0.
Chicago	KURT Hamza Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi. (2018): 1 - 0.
MLA	KURT Hamza Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi. , 2018, ss.1 - 0.
AMA	KURT H Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi. . 2018; 1 - 0.
Vancouver	KURT H Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi. . 2018; 1 - 0.
IEEE	KURT H "Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi." , ss.1 - 0, 2018.
ISNAD	KURT, Hamza. "Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi". (2018), 1-0.

APA	KURT H (2018). Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi. , 1 - 0.
Chicago	KURT Hamza Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi. (2018): 1 - 0.
MLA	KURT Hamza Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi. , 2018, ss.1 - 0.
AMA	KURT H Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi. . 2018; 1 - 0.
Vancouver	KURT H Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi. . 2018; 1 - 0.
IEEE	KURT H "Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi." , ss.1 - 0, 2018.
ISNAD	KURT, Hamza. "Düşük Simetriye Sahip Periyodik ve Kuvazi-Periyodik Fotonik Yapıların Nümerik ve Deneysel Analizi". (2018), 1-0.