Çizgi kusurlu fotonik kristal dalga kılavuzlarında saçıcıların

18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S12
Çizgi kusurlu fotonik kristal dalga kılavuzlarında saçıcıların konumlarının
değiştirilmesi ile yavaş ışık özelliklerinin iyileştirilmesi
Fulya Bağcı ve Barış Akaoğlu
Fizik Mühendisliği Bölümü, Ankara Üniversitesi, Tandoğan, 06100 Ankara
Yavaş ışık optik gecikme hatları, optiksel ara bellekler, tamamen optik sinyal işleme ve çok hassas
çalışan algılayıcılar gibi alanlarda uygulama bulmaktadır [1,2]. Fotonik kristal dalga kılavuzları
(PCW) oda sıcaklığında çalışabilmeleri, çip üzerine entegre edilebilmeleri, geniş ve ayarlanabilir band
aralıkları ile bu alanda tercih edilen yapılardır [3,4]. Fakat PCW'ların da yavaş ışık rejiminde görülen
yüksek dereceden dağınım etkileri sinyalde bozulmaya neden olmaktadır [5]. Ayrıca geleneksel
PCW'larında kayıp oranının yüksek olması bu tip yapıların tasarımlarında yavaş ışık uygulamaları için
bazı değişikliklerin yapılmasını gerektirmektedir.
Halka şeklinde saçıcılar algılayıcı uygulamalarında yüksek duyarlılık sağlamaktadır [6]. Saçıcının
konumunu değiştirmek daha fazla kontrol imkanı verdiğinden teknolojik olarak tercih edilmektedir
[7]. Bu çalışmada, silika alttaş üzerinde kusuru çevreleyen ilk sırada halka şeklinde saçıcılara sahip
silikon üçgen örgülü fotonik kristal dalga kılavuzları kullanılmıştır. Kusur etrafındaki ilk ve ikinci sıra
saçıcılarının konumları dikey doğrultuda aşağı veya yukarı yönde değiştirilerek dalga kılavuzunun
yavaş ışık performansı grup indisi, band genişliği ve grup hız dağınımı açısından incelenmiştir.
Hesaplamalarda düzlem dalga açılımı yöntemini uygulayan “MIT Photonic-Bands” (MPB) paketi
kullanılmıştır [8]. Üç boyutlu hesaplamalar etkin indis yöntemi ile iki boyuta indirgenerek yapılmıştır.
İlk sıra saçıcıların konumunda değişme s1 ve ikinci sıra saçıcıların konumunda değişme ise s2 ile
gösterilecek olursa,s2'nin artışı ile grup indisindeki değişimin s1=0 için en fazla olduğu bulunmuştur.
s1 negatif yönde arttıkça (çizgi kusurundan uzaklaştıkça) s2'nin artışı ile grup indisindeki artış oranı
azalmaktadır. Grup indisi–frekans eğrileri başlangıçta basamak biçiminde iken s2'nin artması ile grup
indisi değeri artmakta, band aralığı azalmakta ve eğri U-biçimine dönüşmektedir. Ayrıca s2'nin çizgi
kusuruna doğru kayma oranının artırılması bandın band aralığı kılavuzlu kısmını hava bandına doğru
yaklaştırdığından yavaş ışık rejiminin görüldüğü bölge maviye kaymaktadır. Örgü sabiti(a) cinsinden
ilk sıra saçıcılar çizgi kusuruna 0.02a, ikinci sıra saçıcılar ise 0.08a kadar yaklaştırıldığında ışığın hızı
0.005c'ye kadar düşürülebilmektedir. Yavaş ışığın gözlendiği bölgeye karşılık gelen grup hız dağınımı
değerleri de oldukça düşük (GVD<1 ps·nm–1·mm–1) bulunmuştur. Ayrıca pozitif ve negatif GVD
değerlerinin gözlenmesinden dolayı çalışılan yapı dağınım telafisi uygulamalarında da kullanılabilir.
Bu sonuçlar tasarlanan yapının optik gecikme hatları ve dağınımı telafi edici aygıtlar için elverişli
olduğunu göstermektedir.
Referanslar:
[1] Lene Vestergaard Hau, S. E. Harris, Zachary Dutton, and Cyrus H. Behroozi, Nature 397, 594 (1999).
[2] Y. A. Vlasov, M. O'Boyle, H. F. Hamann, and S. J. McNab, Nature 438, 65 (2005).
[3] T. F. Krauss, J. Phys. D: Appl. Phys. 40, 2666 (2007).
[4] T. Baba, Nat. Photon. 2, 465 (2008).
[5] R. J. P. Engelen, Y. Sugimoto, Y. Watanabe, J. P. Korterik, N. Ikeda, N. F. van Hulst, K. Asakawa, and L.
Kuipers, Opt. Express 14, 658 (2006).
[6] A. Saynatjoki, M. Mulot, K. Vynck, D. Cassagne, J. Ahopelto, and H. Lipsanen, Photon. Nanostruct.:
Fundam. Appl. 6, 42 (2008).
[7] J. Li, T. P. White, L. O’Faolain, A. Gomez-Iglesias, and T. F. Krauss, Opt Express 16, 6227 (2008).
[8] S. G. Johnson and J. D. Joannopoulos, Optics Express 8, 173 (2001).