Sonuç

Üç farklı dilim FK dalga kılavuzu yapısı tasarlanmış ve üç boyutlu düzlem dalga açılımı ve zaman bölgesinde sonlu farklı yöntemleriyle algılayıcının performansı incelenmiştir.

Kesilim dalga boyu ile kırılma indisi değişimi arasında doğrusal bir ilişki olduğu saptanmıştır. İlk incelenen yapı olan W1 FKD, çizgi kusuru etrafındaki delikleri sıvı ile doldurulunca 53.3 nm/RIU algılayıcı duyarlılığına sahip olmaktadır. Birinci sıra deliklerin çapı optimize edildiğinde ise algılayıcı duyarlılığı 60.02 nm/RIU’ye yükselmektedir. Fakat, duyarlılıktaki dikkate değer artış merkeze deliklerin açılması ve sadece bu deliklerin doldurulması sonucu elde edilmiştir. Önceki bir çalışmada merkezde delikler olan bir FKD algılayıcı diyonize suya batırıldığında duyarlılık 120 nm/RIU olarak ölçülmüştür (Topolancik vd. 2003). Bu çalışmada ise sadece merkezdeki delikler doldurularak 282.4 nm/RIU duyarlılığa erişilmiştir. Bu sonuçlar sadece çizgi kusuru içerisine algılayıcı delikler açarak bunları doldurmanın daha tercih edilir olduğunu göstermektedir. Sonuç olarak, bu özel tasarım ve doldurma yöntemi daha yüksek duyarlılık için kırılma indisi algılayıcılarında kullanılabilir².

5.2 1x4 Fotonik Kristal Güç Bölücü

5.2.1 Giriş

FK temelli optik aletlerin küçük boyutlara indirgenebilmesi için yapıda bükülmelerin oluşturulması kaçınılmazdır. Bükülmeler ile tek bir çip içerisine çok sayıda optik işlevsellik yerleştirilebilir. İdeal bir bükülme geniş bir bant aralığında yüksek geçirgenlik ve düşük dağınım göstermelidir. Optik entegre devrelerin temel yapı taşları olan optik güç bölücülerde bükülmeler kaçınılmazdır. İdeal bir N× güç bölücü giriş

2Bu çalışma, SCI kapsamına giren uluslararası Acta Physica Polonica A adlı dergide yayınlanmıştır.

[Acta Phys Pol A 124 (2013) 50-55.]

60

gücünü neredeyse sıfır yansıma ile N sayıda eşit güce ayırmalıdır. Güç bölücü olarak Y-eklemler, T-eklemler veya yönlü bağlaştırıcılar kullanılabilir. İlkel örgü vektörlerinin yöneliminden ötürü T-eklemler genellikle kare örgülü FK’lerde, Y-eklemler ise üçgen örgülü FK’lerde kullanılmaktadır (Chung vd. 2003). Dielektrik çubuklu üçgen örgüde üç adet T-eklem birleştirilerek 1x4 güç bölücü FK tasarlanmıştır (Chung vd. 2003).

Fakat T-eklemler ve Y-eklemlerin eklem bölgeleri geniş olduğu için çok sayıda kipi desteklemektedir ve kiplerin birbiriyle etkileşmesi kayba neden olmaktadır. Eklem yerlerine küçük delikler eklenerek kip sayısı azaltılabilir ve iletim verimliliği olabildiğince artırılabilir (Wilson vd. 2003). 1x4 güç bölücünün iletim bant genişliği giriş ve çıkış T-eklemleri arasına 0.07a yarıçaplı küçük delikler eklenerek artırılmıştır (Chung vd. 2003).

Yönlü bağlaştırıcılar birbirine paralel ve yakın mesafelerde iki dalga kılavuzundan oluşmaktadır. Her bir dalga kılavuzunun kipleri birbiriyle etkileşime girerek bağlaşık dalga kılavuzu sisteminin süper kiplerini oluşturmaktadır. Bir yönlü bağlaştırıcıda elektromanyetik dalgalar giriş dalga kılavuzundan çapraz dalga kılavuzuna ve sonrasında tekrar düz dalga kılavuzuna olmak üzere ilerlemektedir. Yönlü bağlaştırıcının uzunluğu uygun olarak ayarlandığında giriş dalga kılavuzundaki optik dalganın gücü eşit olarak düz ve çapraz dalga kılavuzlarına ayrıştırılabilir.

Bu çalışmada tasarlanan FK temelli güç bölücü şekil 5.9’da gösterilmektedir. Bölücü bir Y-eklemi ve yönlü bağlaştırıcılardan oluşmaktadır. FK yapı 220 nm kalınlıklı Si dilimde 0.30a yarıçaplı üçgen örgülü hava deliklerinden oluşmaktadır. Örgü sabiti, a 432.5 nm’dir. Havada asılı FK dilim yapısı FK bölgesinin altındaki alttaş seçici olarak aşındırılarak üretilebilir (O’Faolain 2006). Üç FKD 120º açıda kesiştirilerek Y-eklemi oluşturulmuştur. Y-eklemin girişe paralel kollarından bir sıra deliklerin çıkarılması ile yönlü bağlaştırıcılar oluşturulmuştur. Çıkış kapılarında çapraz girişimi azaltmak ve ışığı giriş doğrultusuna paralel olarak terk ettirmek için yönlü bağlaştırıcıların sonuna 60º eğimli FKD’lar yerleştirilmiştir.

61

Şekil 5.9 Tasarlanan 1x4 fotonik kristal güç bölücü

Üç boyutlu hesaplamalar etkin indis değeri 2.75 olarak alınarak iki boyutta gerçekleştirilmiştir. Bant diyagramları ve iletim spektrumları CrystalWave yazılım paketi kullanılarak belirlenmiştir. CrystalWave yazılım paketi bant diyagramlarının ve iletim spektrumlarının çıkartılmasında sırasıyla düzlem dalga açılımı yöntemi ve zamanda sonlu farklar yöntemini kullanmaktadır. Düzlem dalga açılımı yönteminde süper hücrenin kısa kenarı boyunca ızgara aralığı a/16, uzun kenarı boyunca ise a/128 olarak alınmıştır. Zamanda sonlu farklar yöntemi hesaplamalarında ızgara aralığı a/32, benzetim alanı çevresini kaplayan mükemmel uyumlu tabaka kalınlığı a kadar alınmıştır. FDTD benzetimlerinde girişe 1.55 μm merkezli, geniş bant aralığında Gaussyen bir ışık kaynağı yerleştirilmiştir. Çıkıştaki algılayıcılardan toplanan sinyal gücü referans algılayıcıdan alınan sinyal gücüne bölünerek iletim spektrumu 1’e boylandırılmıştır. Büküm yerlerindeki deliklerin çapının optimizasyonu CrystalWave Kallistos optimizasyon aracı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 60º bükülü dalga kılavuzlarının tasarımında eklenen bir deliğin yarıçapı, Y-eklemin optimizasyonunda eklenen iki deliğin yarıçapı bağımsız değişkenler olarak alınmıştır. Optimizasyon 1.5 μm ile 1.6 μm arasındaki dalga boyu aralığında yapılmıştır. TE kipleri ve 0.2584(a/λ) ile 0.3257(a/λ) arasında oluşan TE FBA şekil 5.10.a’da gösterilmiştir. Işık çizgisinin altında 0.265(a/λ) ile 0.288(a/λ) arasında yapı tek kiplidir. Yapıdan bir sıra deliklerin çıkarılmasıyla elde edilen dalga kılavuzu FBA’nın olduğu frekans aralığında bir çift, bir tek olmak üzere iki kip içermektedir. Şekil 5.10.b’de dalga kılavuzu yapısı için seçilen süper hücre de gösterilmiştir.

62

Şekil 5.10.a. 0.3a yarıçaplı ve 220 nm kalınlıklı üçgen örgülü FK’in band yapısı, b.

FKD’nun dağınım grafiği