A two-dimensional photonic crystal for surface temperature mapping

Abstract

ÖZET Objelerin yüzey sıcaklıklarını tespit edebilmek amacıyla iki-boyutlu fotonik kristal önerilmiştir. Bu kristal yapısının dizaynı ve simülasyonu sırasında kullanacağımız dalgaboyunun kristali saydam kılmasına ve içinde enerji kaybına yol açmamasına dikkat edilmiştir. Bu nedenle ışık spektrumunun kızılötesi bölgesinde tamamen saydam ve soğurma özelliği göstermeyen GaAs seçilmiştir. GaAs seçilmesinin bir diğer sebebi de 11.4 gibi oldukça büyük dielektrik sabitine sahip olmasıdır. Çünkü dielektrik kontrastının fazla olması kullanacağımız fotonik band aralığını da genişletmektedir. Kullandığımız kristal yapısı temel olarak hava sütunlarının üçgensel bir biçimde GaAs içine gömüldüğü tabakadan oluşmakta olup ayrıca belli bir sıradaki hava sütunları oluşturulmayarak böylece o yönde bir dalgakılavuzu oluşturulmuştur. Dalgakılavuzunun hemen yakınlarına ise izole edilmiş noktasal düzensizlikler (point defect) yerleştirilmiştir. Oluşan kristal yapısının latis sabiti, a, 0.382 um, ve noktasal düzensizliklerin yarıçapları ise sırasıyla 0.51a, 0.54a ve 0.57a olarak alınmıştır. Dizaynı yapılan aletin çalışma prensibi, önceden belirlenmiş olan belli bir frekans bandının aletin içinde oluşturulmuş olan dalgakılavuzu ile taşınıp noktasal düzensizliklerden bu band içindeki belli rezonant frekansların fîltrelenmesi temeline dayanmaktadır. Rezonant frekansları önceden kendimiz belirleyerek aleti ona göre tasarlayabiliriz. Daha sonra, rezonant frekanslardan elde edilen elektromanyetik gücün analizi, karacisim ışıması ve kullandığımız aletin optik özellikleri yardımı ile hedefteki objenin yüzey haritası çıkartabilmektedir. vn

A TWO-DIMENSIONAL PHOTONIC CRYSTAL FOR SURFACE TEMPERATURE MAPPING ABSTRACT A two-dimensional photonic band gap structure is proposed for surface temperature reading of objects. Optical properties of GaAs are utilised in the design and simulation of the device since GaAs is nearly transparent and lossless in the chosen infrared region, and also has a reasonably high dielectric constant of 1 1.4. The structure consists of a triangular lattice of air holes etched into a GaAs slab, with a lattice constant, a, of 0.382 um, including one linear waveguide and three isolated point defects with radii 0.51a, 0.54a, and 0.57a, respectively. The operational principle of the device is based on guiding and vertically filtering out three pre-selected specifically tuned wavelengths through the corresponding point defects. It is shown that having processed the intensities of these wavelengths, obtained from each defect, in accordance with the blackbody radiation characteristics and the transmission properties of the device, the temperature reading of the target in concern is obtained. VI