Kompakt fotonik entegre bağdaştırıcıların güneş hücresi ve yonga üstü uygulamalar için evrimsel algoritmalar ile tasarımı

Bağdaşım, elektromanyetik alanlar yoluyla iki veya daha fazla sistem arasında enerji transferini içerdiğinden, elektromanyetik dalgaları manipüle etmenin önemli bir yönüdür. Yıllar geçtikçe insanlık, dalga kılavuzları, antenler ve lensler gibi cihazların geliştirilmesi yoluyla elektromanyetik dalgaları kontrol etmeyi öğrendi. Bu, çeşitli uygulamalar için daha verimli ve çok yönlü sistemler oluşturulmasını sağladı. Daha iyi güneş hücrelerine, fiberden çipe bağdaştırıcılara ve dalga kılavuzundan dalga kılavuzuna bağdaştırıcılara olan ihtiyaç, sürdürülebilir enerji kaynaklarına, daha hızlı ve daha güvenilir iletişim ağlarına ve entegre fotonik sistemlere yönelik sürekli artan talepten kaynaklanmaktadır. Geliştirilmiş güneş hücreleri, daha temiz bir enerji geleceğine katkıda bulunabilirken, gelişmiş bağdaştırıcılar, fiber optiklerin ve fotonik entegre devrelerin sorunsuz entegrasyonunu sağlayarak daha verimli veri iletimi ve güçlü bilgisayarları ortaya çıkarabilir. Dalga kılavuzundan alttaşa bağdaştırıcılar günümüze kadar üzerinde fazla durulmamış cihazlardır. Bu bağdaştırıcıları optimize etmek, THz anten dizilerinin, lenssiz görüntüleme sistemlerinin ve çip üstü laboratuvarların verimliliğini ve kompaktlığını önemli ölçüde artırabilir. viii THz anten dizileri, kablosuz iletişim ve algılama uygulamalarında devrim yaratabilirken, lenssiz görüntüleme, tıbbi teşhis ve malzeme karakterizasyonunu dönüştürme potansiyeline sahiptir. Öte yandan, çip üstü laboratuvarlar, karmaşık laboratuvar süreçlerini küçültmeyi ve kolaylaştırmayı vaat ederek, taşınabilir ve son derece entegre teşhis araçlarının yolunu açacaktır. Özetle, çeşitli cihazlarda elektromanyetik dalgaların bağdaşımını sağlayan cihazlar kritiktir ve bu cihazların tasarımıda son yıllarda algoritmalar öne çıkmaktadır. Evrimsel algoritmalardan olan parçacık sürü optimizasyonu ve genetik algoritma geleneksel tasarım yöntemlerine kıyasla pek çok avantaj sağlamaktadır. İlk olarak, fotonik cihazlar genellikle çok boyutlu parametre uzaylarına sahiptir. Evrimsel algoritmalar, çok çeşitli olası çözümleri etkili bir şekilde araştırabildikleri için bu karmaşık alanlarda gezinmek için çok uygundur. İkincisi, yerel minimumlara kolayca takılabilen gradyan tabanlı optimizasyon yöntemlerinin aksine, evrimsel algoritmaların genel optimumu bulma olasılığı daha yüksektir. Üçüncüsü, bu algoritmalar, belirli tasarım kısıtlamalarına göre kolayca uyarlanabilir. Son olarak evrimsel algoritmalar, tasarım sürecindeki gürültüye ve belirsizliklere karşı doğal olarak dayanıklıdır. Parçacık sürü optimizasyonu ve genetik algoritmaların güçlü yönlerinden yararlanan bu tez, ilk kısımda fotonik bağdaştırıcıların önemini ve kullanılan algoritmaları anlatmaktadır. İkinci kısımda güneş hücreleri için yüzey şekillendirme ve fiberden çipe bağdaştırıcı tasarımı verilmiştir. Üçüncü kısımda ışığın çip içinde bağdaştırılmasını sağlayan cihazlar tasarlanmıştır. Son kısımda ise tezde elde edilen sonuçlar yorumlanmış ve öngörüler paylaşılmıştır.