Terahertz zaman alanı fotoiletken anten ve anten dizilerinin geliştirilmesi

Elektromanyetik spektrumun terahertz (THz) bölgesi, mikro dalgalarla optik dalgalar arasındaki alanda yer alır ve birçok uygulama için büyük potansiyele sahiptir. THz teknolojisi, tahribatsız görüntüleme sistemlerinden malzeme karakterizasyonuna kadar birçok farklı alanda kullanılabilir. Aynı zamanda, daha yüksek veri iletme hızları sunarak iletişimde de önemli bir potansiyel barındırmaktadır. Ancak, THz dalgalarının üretilmesi ve algılanması, yarı iletkenlerin mobilitesi ve düşük enerji seviyeleri gibi çeşitli zorluklarla sınırlıdır. Son yıllarda, tutarlı THz dalgalarının üretilmesi konusunda önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. Özellikle foto-absorbe yarı iletken yapılar ve metal terahertz antenlerinin kullanılması, THz ışımasının üretilmesinde etkili olmuştur. Bu yöntem, foton emilimi ile hareketli elektron-boşluk çiftlerinin üretimini sağlar ve bu çiftler, THz frekanslarında salınım yaparak ultrahızlı bir fotoakım oluşturur. Ancak, bu sistemlerin verimliliğini artırmak hala büyük bir zorluktur. Terahertz sistemlerinde, optikten elektriğe dönüşüm verimliliğini artırmaya yönelik iki ana yaklaşım vardır: özel yarı iletken aktif katmanlar geliştirerek foton emilimini ve taşıyıcı üretimini artırmak ve anten aktif bölgelerinde yüzey plazmonik dalgaları aktive ederek dönüşüm verimliliğini yükseltmek. Ayrıca, geniş bantlı terahertz ışımayı etkin şekilde yayabilen antenlerin tasarımı da önemlidir. Yüksek kazançlı antenler, terahertz ışımayı daha verimli hale getirirken, alıcı tarafındaki sinyal algılama yeteneğini artırabilir. Terahertz fotoiletken antenlerin (FİA'ların) yaydığı ışımaların zaman alanında karakterize edilmesi gerekmektedir çünkü geniş bantlı kısa darbeli sinyallerin kullanıldığı sistemlerde geleneksel frekans alanı karakterizasyonunun yetersiz kalmaktadır. Bu bağlamda, antenlerin zaman alanında analizi çok daha verimli olabilir. Sonuç olarak, terahertz FİA'ların geliştirilmesinde, geniş bantlı anten dizilerinin tasarımı ve zaman alanı analizi önemli bir rol oynamaktadır. Ayrıca yine görüntüleme uygulamaları ve potansiyel gelecek nesil haberleşme uygulamalarında terahertz ışımanın performansının arttırılmasının yanında; hüzme yönlendirmeli ışıma yapabilmek de önem taşıyacaktır. Bu sebeple, terahertz antenlerinin yanında hüzme yönlendirmeli antenlerin geliştirilmesi de önemlidir. Bu sebeple terahertz frekanslarında optik bileşen yardımlı fazlı terahertz anten dizileri veya lens yardımlı anahtarlamalı anten dizileri geliştirmeye yönelik çalışmaların yapılması kritiktir. Bu bilgiler ışığında bu tez kapsamında; 0.8 – 2 THz bandında fotoiletken anten ve anten dizileri zaman alanındaki teorik çalışmaların ışığında; geliştirilmiş, tasarlanmış ve optimize edilerek üretilmiştir. Bütün çalışma zaman alanında gerçekleştirilmiş olup; anten dizilerinin fazlı diziler olarak kullanılma durumu için sistem isterleri belirlenmiştir. Terahertz antenlerinin boyutları ve gerektirdiği yarı iletken teknolojisi nedeniyle üretimleri için de yenilikçi yaklaşımlar gerektirebilmektedir. Aynı zamanda yine aynı sebeplerden dolayı antenlerin paketlenmesi de zorluklar içermektedir. Optimize anten tasarımları bu problemler ışığında, üretilmiş ve paketlenmesi tamamlanarak ölçüme hazır hale getirilmiştir.