Two dimensional silicon photonic crystal band gap applications for optical bio-sensing and modulation

Bu tezde, esas olarak iki boyutlu Silikon fotonik kristalleri kullanan iki uygulama sunduk. Birinci uygulama, optik kırılma indeksi tabanlı bir gaz/biyo-sensördür. Cihaz, çubuk tipi kare yapılı fotonik kristal ile yapılmıştır. Çubuk tipi, elektrik alanını düşük indeksli ortamda muhafaza etmek ve ışık-madde etkileşimini en üst düzeye çıkarmak için seçilmiştir. Rezonans tipi olarak böyle bir uygulamaya uygun keskin ve asimetrik şekli nedeniyle Fano tipi rezonans seçilmiştir. Çubuklar iki metal plaka arasına sıkıştırılmıştır, böylece düzlem dışı ışık korunumu yansıma yoluyla elde edilmiştir. İlk olarak tasarımın yapılması için arka plan teorisini anlattık ve cihazın sayısal analizi ve karakterizasyonunu yaptık. Çubukların üzerine, ışığı uzamsal olarak küçük bir bölgeyle sınırlamak için bir yarık yapısı gibi davranan, mod hacmini azaltan ve ayrıca ışık-madde etkileşimini daha da güçlendirerek duyarlılığı artıran bir hava boşluğu ekledik. Dahili bir ayarlama mekanizmasının yaratılmasıyla, hava boşluğunun boyutu, bir elektrik sinyali ile kontrol edilebilmektedir. Bu, tasarımın farklı çalışma bölgeleri, çevre ve üretim hataları için son derece uygun olması için cihazın rezonans frekansının kontrol edilmesine imkan vermektedir. Diğer bir uygulama, optik modülatör olarak kullanılan iki boyutlu bir fotonik kristal Mach-Zehnder interferometresinin deneysel doğrulamasıdır. Modülasyon, plazma dispersiyon etkisinden yararlanılarak ve literatürdeki benzer cihazlara kıyasla çok daha küçük bir faz kaydırıcı uzunluğu elde eden negatif kırılma indeksi olgusundan yararlanılarak optik taşıyıcı enjeksiyon yöntemiyle yapılır.