Introducing a novel optical microcavity: A glycerol/water microdroplet on a superhydrophobic surface
Yeni bir mikrokovuk tanıtımı: Su tutmayan yüzey üzerinde duran yağ/su mikrodamlacığı
- Tez No: 200363
- Danışmanlar: DOÇ.DR. ADEM LEVENT DEMİREL, PROF. ALPHAN SENNAROĞLU, Y.DOÇ.DR. ALPER KİRAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Kimya, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering, Chemistry, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Fısıldayan galeri modu, Mikroküreler, Raman, Whispering gallery modes, Microspheres, Raman
- Yıl: 2007
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Optik mikrokovuklar, ısıgı küçük hacim içinde yüksek kaliteli rezonanslarda hapsederler. Bu yapılar, kovuk kuantum elektrodinamigi, optoelektronik ve biyolojik algılama gibi, temel ve uygulamalı arastırma alanlarında birçok uygulamalar bulmuslardır. Bugüne kadar degisik sekillerin optik mikrokovuk islevi gördükleri gösterilmistir. Bu gösterimlerde çesitli sınırlama ilkeleriyle silindirik, küresel, yuvarsı/toroid halka ve diger sekiller ve topolojiler kullanılmıstır. Kendilerine özgü kesik mikroküre sekilleriyle, su tutmayan yüzey üzerinde duran yag/su mikrodamlacıkları da özellikle yüzeye paralel olan ekvatoral düzlemde ısık için üç boyutlu bir sınırlama saglayabilirler. Büyük temas açılarıyla bu mikrokovukların fısıldayan galeri kipleri (FGKler) yüksek kalite faktörlerine sahip olabilirler. Bunun yanında, mikrodamlacıkların optik özelliklerini incelemek için elektrodinamik tutma ve optik cımbızlama gibi ek pozisyon kontrol tekniklerine ihtiyaç yoktur. Bu tezde, su tutmayan yüzey üzerinde duran basit gliserol/su mikrodamlacıkları kullanılarak elde edilen su sonuçları sunuyoruz. (i) Su mikrodamlacıklarında genis taranabilir FGKlerin gözlenmesi. 9.6 nm'den büyük tayf taranabilirligine akımla kontrol edilen bir nem odacıgı içinde buharlasma/yogunlasma ile ulasıldı. (ii) Su mikrodamlacıklarının kendi-kontrol mekanizmasıyla hacimlerini femtolitre seviyede sabit tutulabildigi gösterildi. Bu mekanizma, sabit tutulan yogunlasma oranı ile ebada baglı lazer kaynaklı ısıtması arasındaki etkilesime dayanır. Uygulanan lazeri 500 milisaniye engelleyerek, sabit hacimli mikrodamlacıkların hacmini basamaklı olarak da degistirebildik. (iii) Rhodamin B katılmıs yag/su mikrodamlacıkların lazer ısıması gösterildi. Bu deneyde, 532 nm'de çalısan iki kat sıklıklı darbeli bir lazer uyarma aracı olarak kullanıldı. (iv) Aynı uyarıcı kaynak kullanılarak yag/su mikrodamlacıklarında Raman lazer ısıması gözlemlendi. Gözlenen Raman lazer ısıması, devamlı olmak yerine, aralıklı salınımlar seklindeydi. Azot gazı uygulanarak ısıma salınımlarının gözlenme aralıklarında 2.3 sn'den 0.4 sn'ye kadar düsme gözlemlendi. FGKlerin yüksek tayf taranabilirligi; taranabilir filtreler, anahtarlar ve lazerler gibi optik iletisim sistemlerindeki yeni uygulamalara ilham verebilir. Gözlenen Raman ısıması 650 nm civarında kısa mesafeli iletisim sistemleri için çok düzenli, etkili fiyatta ısık kaynakları gelistirilmesine zemin hazırlayabilir. Bunun yanında sonuçlarımız FGKlerin damlacıkların büyüklügüne ve sekline olan duyarlılıgı sayesinde su tutmayan yüzeylerin karakterizasyonu ve sıvı-katı yüzeylerin incelenmesinde de uygulama bulabilir.
Özet (Çeviri)
Optical microcavities confine light into small volumes in high quality resonances. They have found various applications in both fundamental and applied research areas such as cavity quantum electrodynamics, optoelectronics, and biological sensing. Up to date various geometries have been demonstrated to function as optical microcavities. Cylindrical, spherical, spheroidal/toroidal, ring, and other shapes and topologies with various confining principles have been used in these demonstrations. With their specific truncated microsphere geometry, glycerol/water microdroplets standing on a superhydrophobic surface can also provide a three dimensional confinement for light, specifically in the equatorial plane paralel to the substrate. Provided a large contact angle, the whispering gallery modes (WGMs) of these optical microcavities can possess relatively high quality factors. Besides, no additional position control technique such as electrodynamic trapping or optical tweezing is necessary to analyze the optical properties of these microdroplets. In this thesis we present the following results obtained using single glycerol/water microdroplets standing on a superhydrophobic surface. (i) We demonstrate the observation of largely tunable WGMs in water microdroplets. Larger than 9.6 nm spectral tunability was achieved by evaporation/condensation in a current controlled mini humidity chamber. (ii) We demonstrate a self-control mechanism stabilizing the volume of these microdroplets with femtoliter resolution. The mechanism relied on the interplay between the condensation rate that was kept constant and the size dependent laser induced heating. By blocking the laser excitation for 500 msec, we were able to change the stable volume of individual microdroplets stepwise. (iii) We demonstrate lasing in Rhodamine B doped glycerol/water microdroplets. In these experiments, a pulsed, frequency-doubled Nd:YAG laser operating at 532 nm was used as the excitation source. (iv) Using the same pulsed excitation source, we demonstrate Raman lasing in glycerol/water microdroplets. The observed Raman lasing was not sustained; rather, oscillation would occur in temporally separated bursts. Inter-burst separations were determined to decrease from 2.3 sec to 0.4 sec by using nitrogen purging. Large spectral tunability of the WGMs can inspire novel applications in optical communication systems, e.g. tunable filters, switches, and lasers. The observed Raman lasing can also pave way to the development of very compact, cost-effective light sources for short-haul communications systems at around 650 nm. Besides due to the sensitivity of the WGMs to the size and shape of the microdroplets, our results can find applications in characterizing superhydrophobic surfaces and investigating liquid-solid surfaces.
Benzer Tezler
- Differential realizations of the various Lie superalgebra and their applications to the physical problems
Farklı Lie süper cebirlerin differensiyel ifadeleri ve fiziksel problemlerdeki uygulamaları
ESER OLĞAR
Doktora
İngilizce
2006
Fizik ve Fizik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAYRİYE TÜTÜNCÜLER
DOÇ. DR. RAMAZAN KOÇ
- Localization and recognition of text in digital media
Sayısal ortamda bulunan yazıların konumlandırılması ve tanınması
AHMET SARACOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. A. AYDIN ALATAN
- Novel donor-acceptor type polymers towards excellent neutral state green polymeric materials for realization of RGB based electrochromic device applications
RGB temelli elektrokromik cihaz uygulamalarını gercekleştirmek için indirgenmiş halinde yeşil özgün donör akseptör tipi polimerik malzemeler
GÖRKEM EMRULLAH GÜNBAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF.DR. LEVENT TOPPARE
- Al-Fe alaşımlarının hızlı katılaşması
Rapid solidification of AI-Fe alloys
AHMET GÜNER
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. NİYAZİ ERUSLU