Fotonik kristal mühendisliği ile ışığın kontrolü: Düşük simetri, derecelendirilmiş kırılma indisi ve parite zaman simetrisi

Tarihsel olarak, iki ve üç boyutlu Fotonik Kristaller (FK) olarak bilinen periyodik yapılara olan ilgi, E. Yablonovitch ve S. John ismindeki bilim adamlarının periyodik dielektrik yapılar üzerinde yaptıkları ilk çalışmalarıyla başladı. Çalışmalarında, elektromanyetik dalgaların yayılımının, yarıiletken yapılardaki elektronların hareketinde olduğu gibi, kontrol edilebileceğini savundular. FK'ların en önemli optiksel özelliklerinden biri, elektronik yasaklı bant aralığına benzer şekilde iletim spektrumunda Fotonik Yasaklı Bant (FYB) aralığına sahip olmalarıdır. Böylece, FK'lar belirli frekans bölgelerinde yönden bağımsız olarak ışığın yapı boyunca yayılmasını engeller. FYB bölgesinde, ne herhangi bir optiksel mod ne de fotonun anlık ışıması oluşmaz. Bu özellikler sayesinde FK'lar pek çok fotonik devre tasarımında kilit rol oynamaktadır. FK birim hücresindeki dönme ve ayna simetrisinin kırılması, eğilmiş öz-kolimasyon ve dalga boyuna göre ayırıcı gibi özelliklerin oluşmasını sağlar. FK devre dizaynında bir başka önemli konu da FK'ların pozisyonlarının düzenlenmesiyle ortamın kırılma indis profilinin ayarlanabilmesidir. Derecelendirilmiş kırılma indisli FK'lar sayesinde kuplör, odaklayıcı lens ve mod mertebesi değiştirici gibi fotonik entegre devre parçaları oluşturulabilir. Uzun mesafeler için herhangi bir kayıp olmaksızın optik sinyalinin iletimini sağlamak önemli bir sorundur. Bu durumda ışığın saçılımı problem teşkil etmektedir. Bu tez çalışmasında iki boyutlu aksikon şeklindeki halka tipi fotonik yapısı kullanarak ışık dağılımına alternatif çözüm sunmaya çalışılmıştır. Geleneksel fotonik dielektrik yapılarına ek olarak, kırılma indisi kazanç-kayıplı olacak şekilde modüle edilen Parite-Zaman simetrisine sahip iki boyutlu fotonik yapı incelenmiştir. Tasarlanan Parite-Zaman simetrik yapısı kullanılarak kristalografik rezonansların yakınında veya yüksek-simetri noktalarında asimetrik ışık iletimi elde edilmiştir.