Diyelektrik Çubuklardan Oluşan Fotonik Kristallerin Hassas Elektromanyetik Analizleri ve Optimizasyonları

2017-10-15
Fotonik kristaller, ısıgın ve genel olarak elektromanyetik dalgaların degistirilmesine, dönüstürülmesine ve/veya seçilmesine olanak saglayan ve diyelektrik malzemelerden üretilen yapılardır. Yüz yıldan uzun geçmise sahip olan bu yapılar, son yıllarda özellikle nanoteknolojinin gelismesiyle ve çok küçük detayların üretiminin mümkün hale gelmesiyle birlikte, önem kazanmıs ve yaygın olarak kullanılmaya baslamıstır. Bu dogrultuda, fotonik kristallerin elektromanyetik benzetimleri, bu yapıların imal edilmeden önce analiz edilmesine ve incelenmesine olanak sagladıgından son derece önemlidir. Nitekim, bu benzetimler sayesinde, tasarım-imalat döngülerinin verimi artırılabilmekte ve önemli zaman kayıpları engellenebilmektedir. Öte yandan, fotonik kristallerin tasarımlarında fayda saglayabilmesi için, bu benzetimlerin hassas ve yüksek dogrulukta gerçeklestirilmesi son derece önemlidir. Bu projede, literatürdeki boslukların göz önüne alınmasıyla, fotonik kristallerin hassas analizleri ve optimizasyonları için yüksek kabiliyetli ve sayısal yogunluklu çözüm ve optimizasyon mekanizmaları gelistirilmistir. Olusturulan benzetim ortamında, çubuklardan olusan diyelektrik fotonik kristal yapılar üç boyutlu ve sonlu olarak modellenmis ve ayrıklastırılmıstır. Yüzey integral denklemleriyle gerçeklestirilen formülasyonlar, momentler metodunun kullanılmasıyla çözülmüs, böylece fotonik kristallerin içindeki tüm elektromanyetik etkilesimler yüksek dogrulukta hesaplanmıstır. Optimizasyon denemelerinin verimli yapılabilmesi amacıyla elektromanyetik çözümler iteratif olarak gerçeklestirilmis, bu çözümler için ihtiyaç duyulan matris-vektör çarpımları çok seviyeli hızlı çokkutup yöntemi (MLFMA) ile hızlandırılmıstır. Optimizasyonlar ise, bu elektromanyetik çözücüyü araç olarak kullanan genetik algoritmalarla gerçeklestirilmistir. Bunlara ek olarak, optimizasyon mekanizmaları paralellestirilmis ve yüksek performanslı bilgisayarlar üzerinde kullanılmıstır. Proje kapsamında yapılmıs olan optimizasyonlarda, binlerce tam-dalga elektromanyetik benzetim gerçeklestirilmistir. Optimizasyonlar sonucunda, bazıları bu raporda sunulan, onlarca farklı fotonik kristal yapısı tasarlanmıstır. Gelistirilmis olan MLFMA uygulamasının verimliligi ve bu uygulamanın genetik algoritmalarla içiçe geçerek özgün biçimlerde birlestirilmis olması, bu optimizasyonların proje süresinde tamamlanmasına olanak saglamıstır. Bu dogrultuda, projenin baslıca özgün degerleri, genetik algoritmalarla MLFMA tabanlı paralel çözücülerin birlestirilmesiyle elde edilen optimizasyon mekanizmaları ve bu mekanizmaların kullanılmasıyla tasarlanan fotonik kristal yapılar olmustur.

Suggestions

Spectroscopic characterization of semiconductor nanocrystals
Yerci, Selçuk; Turan, Raşit; Department of Physics (2007)
Semiconductor nanocrystals are expected to play an important role in the development of new generation of microelectronic and photonic devices such as light emitting diodes and memory elements. Optimization of these devices requires detailed investigations. Various spectroscopic techniques have been developed for material and devices characterization. This study covers the applications of the following techniques for the analysis of nanocrystalline materials: Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), ...
Crystallization and phase separation mechanism of silicon oxide thin films fabricated via electron beam evaporation of silicon monoxide
Gündüz, Deniz Cihan; Turan, Raşit; Yerci, Selçuk; Department of Micro and Nanotechnology (2015)
Silicon nanocrystals (NCs) imbedded in a matrix of silicon oxide have drawn much attention due to their applications in optoelectronic devices and third-generation solar cells. Several methods were reported for the fabrication of Si NCs. Among these techniques, there are aerosol synthesis, chemical vapor deposition, ion implantation, magnetron sputtering and thermal evaporation. However, electron beam evaporation is a straightforward and effective technique for the fabrication of silicon oxide thin films si...
Electrochromic and photovoltaic applications of benzotriazole bearing donor acceptor type conjugated polymers
Baran, Derya; Toppare, Levent Kamil; Department of Chemistry (2010)
Organic semi-conductors are of great interest since these compounds can be utilized as active layers in many device applications such as ECDs, LEDs and solar cells. Incorporating the benzotriazole units into the polymer backbone enhances the optical properties of donor units. Hexyl thiophene and pyrrole are commonly used as electron donor materials. Benzotriazole can be coupled to hexyl thiophene or pyrrole to yield materials which can be polymerized to give donor acceptor type polymers. These materials are...
Design, syntheses and structure-property relationships of benzazole and isoindigo comprising conducting polymers/
Göker, Seza; Toppare, Levent Kamil; Department of Chemistry (2019)
Donor–acceptor (D–A) conjugated polymers have been widely used for potential applications such as organic light emitting diodes, solar cells, electrochromic devices and organic field effect transistors. Benzazole comprising conducting polymers are popular for the last few decades since they can be used as low-band-gap donor materials because of their strong intramolecular charge transfer characteristics and excellent photovoltaic performances. Strong electron-donating and withdrawing building blocks are nec...
A labview interface to integrate magnetic resonance imaging (MRI) simulator with system control and its application to regional magnetic resonance electrical impedance tomography (MREIT) reconstruction
Topal, Tankut; Eyüboğlu, Behçet Murat; Department of Electrical and Electronics Engineering (2010)
Magnetic resonance imaging (MRI) is a high resolution medical imaging technique based on distinguishing tissues according to their nuclear magnetic properties. Magnetic resonance electrical impedance tomography (MREIT) is a conductivity imaging technique which reconstructs images of electrical properties, based on their effect on induced magnetic flux density due to externally applied current flow. Both of these techniques are of interest for novel research and development. Simulators help researchers obser...
Citation Formats
Ö. S. Ergül, “Diyelektrik Çubuklardan Oluşan Fotonik Kristallerin Hassas Elektromanyetik Analizleri ve Optimizasyonları,” 2017. Accessed: 00, 2022. [Online]. Available: https://hdl.handle.net/11511/95872.