Characteristics of One Dimensional Photonic Chrystal Sensor with Two Defect Rods

Abstract

Numerical simulations of electromagnetic wave propagation inside a one dimensional photonic crystal with two defect rods are presented. The simulations were carried out by applying Finite Difference Time Domain method to solve the corresponding Maxwell’s equations. It also use Perfectly Matched Layer as a boundary condition of computational domain. The result shows linear dependence of time average energy density with respect to the variation of second defect refractive index, which can be potentially used for refractive index sensing platform. On the other hand, a non-linear dependence of time average energy density is obtained by varying the radius of the second defect.

Sebuah sensor akan bekerja jika ada interaksi yang kuat antara sensor dengan bahan yang akan diuji. Namun demikian, keterbatasan yang muncul adalah bahwa sensor hanya mampu bekerja pada material uji yang spesifik dengan batas pengukuran hanya pada range tertentu saja, sehingga diperlukan suatu sensor dengan kesensitifan tinggi serta kemampuan pengukuran yang dapat divariasikan sesuai dengan kebutuhan. Guna pengoptimalan kinerja sensor serta penghematan biaya, maka diperlukan langkah awal yang tepat dalam pembuatan disain struktur sensor. Salah satu disain yang optimal adalah dengan menggunakan struktur pilar dielektrik yang tersusun secara periodik satu dimensi di dalam suatu batang dengan bahan dielektrik yang berbeda. Struktur sensor disusun menggunakan sebelas pilar dengan defek berada pada pilar ke-4 dan ke-8. Metode komputasi yang digunakan adalah metode Finite Different Time Domain (FDTD). Optimasi kinerja sensor dapat dilakukan dengan mengatur besarnya jari-jari defek yang kedua. Dapat diketahui bahwa untuk jarijari pilar reguler sebesar 600 nm, kenaikan nilai indeks bias defek ke-2 akan menghasilkan kenaikan nilai rapat energi rata-rata untuk defek berjari-jari 800 nm pada interval indeks bias 1,33 sampai 1,45. Sedangkan untuk jari-jari pilar reguler 500 nm, kesensitifan sensor pada interval indeks bias 1,30 sampai 1,45 diperloeh jika jari-jari pilar kedua dibuat pada ukuran 400 nm dan 500 nm. Penurunan rapat energi rata-rata secara umum terjadi dengan memvarisikan jari-jari rod defek pada kisaran 300 nm hingga 800 nm. Dengan kesensitifan dan beberapa variasi yang dapat dilakukan, disain alat ini dapat diaplikasikan sebagai sensor berbasis indeks bias.