Yonga Üstü Optik Faz Kontrolü ile Terahertz Zaman-alanı Hüzme Yönlendirmeli Fotoiletken Anten Dizisi Geliştirilmesi

Abstract

Bu projenin amacı, zaman-alanında, yonga-üstü optik bileşenler kullanılarak hüzme yönlendirmesi yapabilen, entegre bir terahertz fotoiletken anten dizisi geliştirilmesidir. Hüzme yönlendirme uygulamaları özellikle radar, görüntüleme ve kablosuz iletişim gibi uygulamalar için kritik öneme haizdir. Bu sebeple mikrodalga ve radyo frekans bantlarında birçok hüzme yönlendirme uygulamasına literatürde yer verilmiştir. Bu frekanslarda hüzme yönlendirme işlemi, genel olarak, elektronik bir sistem vasıtasıyla antenlerin faz ve genlik değerleri değiştirilerek elde edilmektedir. Yansıtıcı ve geçirici yüzey anten dizilerinin de bu amaç doğrultusunda kullanıldığı sistemler bulunmaktadır. Bu projenin hedefi ise, şimdiye kadar daha düşük frekanslarda sadece sürekli dalga olarak (CW) kullanılmış bu metodu, zaman-alanında optik bileşenler kullanarak hedeflediğimiz 0.8 ? 2 THz bandına taşımaktır. Elektromanyetik tayfın bu bandında fotoiletken anten dizisi yapısında yonga-üstü optik bileşenlerle faz farkı elde edilip zaman-alanında hüzme yönlendirmesi yapılan bir çalışma henüz literatürde bulunmamaktadır. Halbuki, bu metot kullanılarak yapılabilecek bir hüzme yönlendirme uygulaması, ilgili bantlarda çalışacak radar-görüntüleme ve yüksek hızlı iletişim uygulamaları için çok önemli bir gelişme olacaktır. Literatürde bulunan ve bu frekans bandında çalışabilen uygulamalar, genellikle mekanik olarak gelen lazer ışığın açısını kaydırma üzerine kuruludur. Fakat bu ve benzeri yöntemler, doğaları gereği, hedeflenen radar-görüntüleme ve yüksek hızda kablosuz iletişim için yavaş kalmaktadır; ayrıca, metal hatların kullanıldığı elektronik yapılar kullanılarak yapılan yönlendirmeler hızlı olmasına rağmen kayıplı olduğu için verimi düşürmektedir. Optik dalga kılavuzları tasarlanarak faz farkı dolayısıyla elde edilecek hüzme yönlendirme işlemi hem daha geniş bantta uygulanabilecek hem de kayıpları oldukça düşürecektir. Bununla birlikte yonga-üstü optik bileşenlerin fotoiletken anten dizisi ile birlikte kullanılması mikrodalga fotoniği teknolojisi için değerli bir çalışma olacaktır. Hedeflenen bileşen, 1550 nm dalga boyu civarında yayılım yapan atımlı bir lazer kaynağı ile beslenen fotoiletken katmana sahip bir yarıiletken alttaş, gelen atımlı lazer sinyalini antenlere ulaştıracak ve aynı zamanda faz (ve gerekirse genlik) kontrolü yapacak yonga-üstü optik bileşenler, fotoiletken katman üzerindeki terahertz antenler ve çıkan terahertz ışığı toplayan silisyum bir mercekten oluşacaktır. İlgili optik hatlar (gecikme hattı) her anten için farklı faz farkı sağlayacak yapısal farklılıklara sahip olacaktır. Bu yapıların tasarıma bağlı olarak antenler üzerinde oluşturacağı fazlarla her bir antenin ortama yayacağı yayılım zaman-alanında sadece belli bir yönde yapıcı bir şekilde girişime uğrayacaktır. Böylelikle ortaya çıkan hüzme belli bir yöne yönlenmiş olacaktır. Projenin somut olarak hedefleri ise: ? Zaman-alanında atımlı bir optik sinyal ile uyarılan ve birden fazla terahertz fotoiletken antenden oluşan bir anten dizisinden çıkan terahertz hüzmenin yönlendirilmesi için gerekli teorik yöntemin geliştirilmesi, ? Geliştirilen teorik yöntemin uygulanabilirliği için teorik çalışmaların yapılması ve limitlerin belirlenmesi, ? Zaman-alanında yonga-üstü optik bileşenler ile statik hüzme yönlendirmesi yapabilen bir terahertz fotoiletken anten dizisi geliştirilmesi (burada 0.8 ? 2 THz bandı öncelikli olarak hedeflenecektir), ? Hüzme yönlendirme işlemi için gerekli olan optik bileşenlerin geliştirilmesi ve terahertz fotoiletken antenlere 3B mikro-işlenmiş aynalar ile verimli bir şekilde entegre edilmesi, ? Terahertz fotoiletken anten dizisinin hüzme yönlendirmesi ve maksimum güç sağlayabilmesi için 2B dizi dağılımının ve lens entegrasyonunun çalışılması, olarak belirlenmiştir.