Two-dimensional hexagonal photonic crystals in the X-band

Abstract

1987de ortaya atılmalarından sonra, fotonik örütler son yıllarda büyük ilgi görmeye başlamış bilimsel ve teknolojik bir araştırma konusudur. Fotonik örütler, optiğin `yarıiletkenleri` olarak sunulmuş, ve fotonik devreler, optik görüntüleme, ve iletişim alanlarında kullanılmıştır. Bu çalışmada, grafit çubuklardan oluşan 2 boyutlu fotonik örüt yapısının mikrodalga geçirgenliği incelenmiştir. Grafit çubuklar altıgen örgü yapısında bir araya getirilerek bir fotonik örüt yapılmıştır. Grafit fotonik örüt yapısının incelenmesi amacıyla, X-bandında geçirgenlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Grafit çubuklar bu geometride soğurduğu için, enine elektrik (TE) kutuplama geçirgenlik izgesinde bir im görülmemiştir. Enine manyetik (TM) kutuplama için 10.8 GHz sıklığında 0.5 GHz genişliğinde bir yasak bant aralığı gözlemlenmiştir. Fotonik örüte gönderilen mikrodalganın geliş açısına göre yasak bant aralığında bir değişim gözlemlenmiş, ve 0o ile 60o açıları için aynı yasak bant aralığı ölçülmüştür. Bu sonuç altıgen örgülü grafit örütün doğal yapısıyla uyum göstermektedir. Ek olarak, fotonik örüt yapısında noktasal örgü bozukluğu oluşturulmuş, ve ölçülen sıklıklarda bir kip gözlemlenmiştir. Maxwell denklemleri ölçeğe göre ayarlanabilir olduğundan, altıgen fotonik örüt yapısının mikro ve nano boyutlarda da çalışabileceğini öngörmekteyiz. Elde edilen sonuçlara göre, 2 boyutlu grafit fotonik örüt yapılarının mikrodalga alanında yararlı olacağı beklenmektedir.

Photonic crystals have been a hot area of scientific and technological research, since their proposal in 1987. Photonic crystals are generally known as the `semiconductors` of photonics, and found applications in photonic circuits, optical imaging, and telecommunications. The scope of this research is to study microwave transmission response of 2D hexagonal photonic crystals of graphite rods. We used graphite rods to fabricate a photonic crystal structure and stacked the rods together to form a hexagonal lattice. In order to characterize the structure, we measured the transmission of the photonic crystal in the microwave X-band. No structure is observed in the transverse electric (TE) polarization transmission spectrum, as the graphite rods absorb more efficiently for that geometry. A photonic band gap with a width of 0.5 GHz is observed for transverse magnetic (TM) polarization at 10.8 GHz. As the angle of incidence is scanned, we observed the shifting of the bandgap frequency. A similar bandgap frequency was observed at 00 and 600 coinciding with the symmetry of the photonic crystal. We induced defect states in the photonic crystal, and observed a mode in the band gap, for a point defect. As Maxwell's equations are scalable, we can scale down our hexagonal photonic crystal to operate in micro to nano length scales. Our results show that, 2D graphite photonic crystals can be useful in microwave engineering.