İki ve üç boyutlu fotonik ortamlarda kizilötesi soğurum ve sezim verimliliğinin arttirilmasi

Işığın geniş bir tayfsal aralıkta verimli bir şekilde sezilmesi, görüntülemeden haberleşmeye kadar çok geniş bir yelpazede kilit rol oynamaktadır. İyi bir sezim gerçekleştirilebilmesi, ortamdaki ışığın verimli bir şekilde soğurulmasına bağlıdır. Kızılötesi gibi çok zengin uygulamalar barındıran frekanslarda tipik soğurucuların (örneğin grafen) soğurma verimlilikleri düşüktür. Dahası, bu tip soğurucuların frekans seçicilikleri zayıftır. Diğer bir deyişle, soğurucu malzeme sezilen ışığın şiddetini algılayabiliyor iken, ışığın tayfsal içeriğini tespit edememektedir. Bu durum frekansa duyarlı ve yüksek soğuruma sahip pratik kızılötesi detektörlerin ihtiyacını doğurmaktadır. Diğer taraftan yakın-alan görüntülemede kullanılan optik detektörlerin, kırınım kısıtından ötürü ölçümü çok yakın bir mesafede gerçekleştirmeleri gerekmektedir. Ancak ölçümün çok yakın bir mesafede gerçekleşmesi, ölçüm alınan bölgedeki elektromanyetik dalgayı bozulmaya uğratabilmektedir. Sonuçta elde edilen ölçümde detay kaybı meydana gelebilmektedir. Bu tez çalışmasında, ışığın fotonik yapılarda yerelleştirilmesi ve verimli bir şekilde sezilmesi konusu incelenmiştir. Tezin ilk bölümünde ışığın yerelleştirilmesi amacıyla özgün fotonik mimariler geliştirilmiştir. Geliştirilen fotonik yapılarda ışığın yerelleştirilmesi yavaş ışık konsepti veya Hermitian-olmayan ortamlar sayesinde gerçekleştirilmiştir. Kullanılan yavaş ışık konsepti sayesinde ortamdaki ışığın Fourier bileşenlerine ayrılması ve tuzaklanması sağlanmıştır. Bu sayede yüksek verimlilikte frekansa duyarlı soğurum elde edilebildiği gösterilmiştir. Bir diğer fotonik aygıtta ise, yerelleşen dalganın yavaş ışık konsepti sayesinde frekans seçici kusurlar tarafından yüksek iletim verimliliği ve kalite faktörü ile sezilebildiği gösterilmiştir. Ayrıca Hermitian-olmayan ortamlarda dengeli bir şekilde yerleştirilmiş kazanç ve kayıp bölgelerinin dalga yerelleşmesine neden olduğu gösterilmiştir. Tezin ikinci bölümünde, sensör görünmezliği üzerine özgün yöntemler sunulmuştur. Önerilen yöntemler ile herhangi bir şekle sahip nesnelerin (örneğin sensor uçlarının) görünmezliği sağlanmıştır. Görünmezlik, nesnelerin saçılım potansiyellerinin doğrudan manipüle edilmesiyle elde edilmiştir. Bu sayede saçılımlar, gelen dalga vektöründen çözülmüş olduğundan nesne etkin bir şekilde görünmez kılınmıştır. Kuramsal olarak elde edilen görünmez nesneler, mikrodalga frekanslarında deneysel olarak gerçeklenmiştir. Bu bağlamda, kararlı hal elektrik alan dağılımları ve açısal saçılım örgüleri ölçümleri yapılarak, önerilen yöntemler deneysel olarak doğrulanmıştır. Önerilen yöntemler, sensör görünmezliğinden anten kaportalarına kadar geniş bir yelpazede uygulama alanı bulabilir.