FULYA BAĞCI, Öznur ÇAPRAZ, BARIŞ AKAOĞLU

Fotonik kristallerde yüzey kipleri özelliklerini kullanarak bağlaştırıcı, demet bölücü ve algılayıcı tasarımları

Bu çalışmada Silisyum fotonik kristallerde yüzey düzeni değişikliği yaratılarak, elektromanyetik dalgaların hava ortamından dalga kılavuzuna bağlaşma özellikleri iyileştirilmiş ve fotonik kristal dalga kılavuzu çıkışından havaya demet saçılım profilleri incelenerek odaklayıcı, 1×2 ve 1×3'lük demet bölücüler tasarlanmıştır. Fotonik kristal giriş yüzeyine Silisyum çubuklardan oluşan yüzey tabakası ve kırınım ağı tabakası eklendiğinde, elektromanyetik dalgaların yüzey tabakasıyla oluşturulmuş olan yüzey kipine bağlaşma verimliliğinin arttığı gözlemlenmiştir. Fotonik kristal dalga kılavuzu çıkış yüzeyinde dalga kılavuzunu çevreleyen Silisyum çubuklarda yarıçap değişimi ve nokta kusurları oluşturulduğunda elektromanyetik dalgaların odaklanabildiği veya eşit güçlerde saçılabildiği görülmüştür. İlk defa bu çalışma ile yarıçap değişimi kademeli olarak oluşturulduğunda istenmeyen yan lobların şiddetinde azalma tespit edilmiştir. Ayrıca fotonik kristal dalga kılavuzu çıkış yüzeyindeki belirli periyottaki çubuklarda kırılma indisi değişimi yaratılarak kırılma indisi sensörü uygulamasına yönelik çalışmalar gerçekleştirilmiştir.

Coupler, beam splitter and Sensor designs by using the properties of surface modes in photonic crystals

In this study, coupling properties of electromagnetic waves from air medium to waveguide are improved by creating surface corrugation in silicon photonic crystals and a focuser, 1×2 and 1×3 beam splitters are designed by examining beam scattering properties from photonic crystal waveguide exit to air. When a surface layer and a diffraction grating layer consisting of silicon rods are added to the input surface of photonic crystals, it has been observed that, the surface mode coupling efficiency of electromagnetic waves increases. It has been obtained that when radius variation and point defects are formed in the silicon rods surrounding the waveguide at the exit surface of the photonic crystal waveguide, electromagnetic waves can be focused or scattered at equal powers. For the first time by this study a decrease in the insensity of unwanted side lobes has been detected when radial change is gradually established. In addition, studies regarding a refractive index sensor have been carried out by creating a change in the refraction index at the rods located in a certain periodicity at the exit surface of the photonic crystal waveguide.

PDF

___

H. J. Lezec, A. Degiron, E. Devaux, R. A. Linke, L. Martin-Moreno, F. J. GarciaVidal, T. W. Ebbesen, “Beaming light from a subwavelength aperture,” Science, vol. 297, pp. 820-822, 2002.
L. Martin-Moreno, F.J. Garcia-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, T.W. Ebbesen, “Theory of highly directional emission from a single subwavelength aperture surrounded by surface corrugations”, Phys. Rev. Lett., vol. 90, pp. 167401, 2003.
F. J. Garcia-Vidal, H. J. Lezec, T.W. Ebbesen, L. Martin Moreno, “Multiple paths to enhance optical transmission through a single subwavelength slit”, Phys. Rev. Lett., vol. 90, pp. 213901-1-4, 2003.
E. Moreno, F. J. García-Vidal, L. MartínMoreno, “Enhanced transmission and beaming of light via photonic crystal surface modes”, Phys. Rev. B, vol. 69, no. 12, pp. 121402, 2004.
P. Vojtísek, I. Richter, “Surface states in photonic crystals”, EPJ Web of Conferences, Liberek, Çek Cumhuriyeti, vol. 48, pp. 00030, 2013.
B. Jiang, W. Zhou, W. Chen, A. Liu, W. Zheng, “Design of surface mode photonic crystal T-junction waveguide using coupledmode theory”, J. Opt. Soc. Am. B, vol. 28, no. 8, pp. 2038-2041, 2011.
B. Jiang, Y. Zhang, Y. Wang, A. Liu, W. Zheng, “Ultracompact 1×4 TM-polarized beam splitter based on photonic crystal surface mode”, Appl. Opt., vol. 51, no. 13, pp. 2361-2366, 2012.
H. Kurt, M. N. Erim, N. Erim, “Various photonic crystal bio-sensor configurations based on optical surface modes”, Sens. Actuators B, vol. 165, pp. 68– 75, 2012.
M. N. Erim, N. Erim, H. Kurt, “Optical surface modes of photonic crystals for dualpolarization waveguide”, Photonic. Nanostruct., vol. 11, pp. 123–131, 2013.
A. Gaspar-Armenta, F. Villa-Villa, “Coupling of a 2D photonic crystal–metal surface wave to photonic crystal waveguide modes”, J. Opt., vol. 16, no. 3, pp. 035501- 1-7, 2014.
J. A. Guel-Tapia, F. Villa-Villa, J. A. Gaspar-Armenta, F. Ramos-Mendieta, A. Mendoza-Suarez, “Coupling of photonic crystal–photonic crystal interface and guided modes in two-dimensional heterostructures”, Opt. Rev., vol. 22, pp. 637–646, 2015.
A. C. Tasolamprou, L. Zhang, M. Kafesaki, T. Koschny, C. M. Soukoulis, “Frequency splitter based on the directional emission from surface modes in dielectric photonic crystal structures”, Opt. Express, vol. 23, pp. 13972- 13982, 2015.
R. Moussa, B. Wang, G. Tuttle, Th. Koschny, C.M. Soukoulis, “Effect of beaming and enhanced transmission in photonic crystals”, Phys. Rev. B, vol. 76, pp. 235417, 2007.
S. K. Morrison, Y.S. Kivshar, “Engineering of directional emission from photoniccrystal waveguides”, Appl. Phys. Lett., vol. 86, pp. 081110, 2005.
S. Wojciech, “Model of light collimation by photonic crystal surface modes”, Phys. Rev. B, vol. 75, pp. 205430, 2007.
H. Chen, Y. Zeng, X. Chen, J. Wang, W. Lu, “Modulation of focus using photonic crystal waveguide”, Physics Letters A, vol. 372, pp. 5096–5100, 2008.
S. G. Johnson, J. D. Joannopoulos, “Blockiterative frequency-domain methods for Maxwell's equations in a planewave basis”, Opt. Express, vol. 8, no. 3, pp. 173-190, 2001.
CrystalWave, Photon Design Software
D. Maystre, “Photonic crystal diffraction gratings”, Opt. Express, vol. 8, pp. 209-216, 2001.
H. Kurt, M. N. Erim, N. Erim, “Various photonic crystal bio-sensor configurations based on optical surface modes”, Sens. Actuators B, vol. 165, pp. 68– 75, 2012.