Optofluidic microlasers based on non-radiative energy transfer in surface-supported liquid microdroplets
Yüzey destekli sıvı mikrodamlacıklarda ışımayan erk dönüşümlü optoakışkan mikrolazerler
- Tez No: 367646
- Danışmanlar: PROF. DR. ALPER KİRAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Engineering Sciences, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Boya lazerleri, Mikroçınlaç, Spektrometri-flüoresans, Dye lasers, Microcavity, Spectrometry-fluorescence
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Optoelektronik ve Fotonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Optoakışkanlık, optik aygıtları oluşturmak için, sıvıları temel yapı parçası olarak içeren, optik ve mikroakışkanları birleştiren bilimsel ve teknolojik araştırma alanıdır. Optoakışkanlık, optik aygıtları oluşturmak için, sıvıları temel yapı parçası olarak içeren ve işlevleri sıvı tarafından tanımlanmış akışkan içindeki parçacıkların analizini geniş bir uygulama alanına dönüştürür. özellikle, optofluidik lazerler, lazer çınlaç ve kazanç ortamında uyarılmış ışımanın yüksek hassasiyeti sayesinde biyolojik algılayıcıların gelişiminde önemli yer tutar. Optofluidik lazerlerde, kazanç ortamı direk boya molekülünün uyarılma izgesinde uyarıldığı gibi, verici molekül darbeli lazer ile direk uyarıldıktan sonra, verici ve alıcı moleküller arasındaki yüksek verimli ışımayan çınlayan erk dönüşümü (FRET) sonucu, alıcının ışıma izgesinde lazer ışıması gözlemlenebilir. FRET'e dayalı optofluidik boya lazerler, ışıma dalgaboyunu artırabilir ve biyolojik algılama için yeni yolları bir araya FRETin yüksek hassasiyeti sayesinde getirebilir. Bu tezde, ilk olarak doygun soğuran boya molekülü ve lazer boyası karışımı kullanılarak oluşturulan kazanç ortamıyla oluşturulan boya lazerinin özellikleri hız denklemleri yöntemi kullanılarak kuramsal olarak incelenmiştir. Hız denklemleri yöntemi, iki aynalı boya lazerinin oluşturduğu çınlaçın nasıl çalıstığını ve çınlaç içindeki nüfus yoğunluğu ve foton yoğunluğu diferansiyel denklemlerini tanımlamaktadır. Burada, lazer darbe özelliklerini ve çıkış gücünün giriş gücüne zaman içinde değişimini gösterdik. İkinci bölümde, FRET kazanç ortamı olarak kullanılarak, su tutmayan yüzeylerde gliserol-su karışımı mikrodamlacıklar, optofluidik mikrolazer olarak çalıştırılmışlardır. Bu mikrodamlacıklar fısıldayan geçit kipleri (FGK) barındıran doğal mikroçınlaç olarak optoakışkanlarla tümleşmiştir. FRET'te iki kromofor boya molekülü arasında gerçekleşen erk dönüşüm olgusu ışımadan, verici ve alıcı moleküller arasında dipol-dipol etkisi üzerinden gerçekleşir. Deneyimizde damlacıklar FRET verici-alıcı molekül çifti Rhodamine 6G (R6G)-Rhodamine 700 (R700) ile katkılanmıştır. Farklı derişimlerdeki verici ve alıcı moleküllerle FRET ışıması incelendiğinde, oldukça düşük lazer eşiği elde edilmiştir. Ayrıca değişkenler üzerinde çalışılarak deneyde erk dönüşümünün türü doğrulanmıştır.
Özet (Çeviri)
Optofluidics is a recently established research field combining the microfluidic chip technology with optics. It allows for a broad range of applications aiming to develop new photonic devices whose functions are defined by the liquid or to build new integrated photonic devices in which light is used for excitation, analysis, or manipulation of the fluid and the particles in the fluid. In particular, optofluidic lasers hold great promise for developing biological sensors thanks to the high sensitivity of stimulated emission to small perturbations in the laser cavity and gain medium. In an optofluidic dye laser, the gain medium can be directly excited by tuning the pump laser into dye absorption band or non-radiative Förster resonance energy transfer (FRET) can be employed exciting donor molecules which transfer their energy efficiently to acceptor molecules. Optofluidic dye lasers based on FRET enable the extension of the lasing wavelength range and provide new ways of biological sensing thanks to the high sensitivity of FRET efficiency to the donor-acceptor pair separation. In this thesis, the behavior of energy-transfer dye lasers using a mixture of saturable absorber and laser dye as an active medium is investigated theoretically by using rate-equation model. The rate equation model describing the working principle of such dye laser consists of coupled differential equations for the population of energy levels of the dye and the absorber and photon density inside the cavity. Here, we study the temporal characteristics and power of the output lasing pulses as a function of the fluence of the pulsed excitation beam. In the second part, we demonstrate optofluidic microlasers using highly efficient non-radiative FRET for pumping of the gain medium placed within glycerol/water microdroplets situated on a superhydrophobic surface. These droplets can serve as natural microcavities hosting whispering gallery modes (WGMs). Droplets are doped with the FRET donor-acceptor dye pair Rhodamine 6G-Rhodamine 700. FRET lasing is characterized for different acceptor and donor concentrations, and low threshold pump fluences of acceptor lasing are demonstrated. We also verify the nature of the energy transfer (non-radiative vs. radiative) for the range of parameters studied in the experiments.
Benzer Tezler
- Potential of microdroplet lasers for optofluidic biosensing applications
Mikrodamla lazerlerin olası opto-akışkan biyoalgılama uygulamaları
MEHDİ AAS
Doktora
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER KİRAZ
- Femtosaniye lazer ile işlenen yapıların katıhal lazerlerde uygulamaları ve üst çevrim pompalı Tm3+:KY3F10 lazerleri
Solid-state laser applications of femtosecond laser written structures and upconversion pumped Tm3+:KY3F10 lasers
YAĞIZ MOROVA
Doktora
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA AKSOY ESİNOĞLU
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- Yüksek enerjili, şekillendirilmiş lazer hüzmeleri ile saydam malzeme işleme ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of transparent materials with high power, shaped laser beams
BERNA MOROVA
Doktora
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALEXANDR JONAS
- Optofluidic sensing with optical microresonators
Optik mikroçınlaçlar ile opto-akışkan algılamaları
MUSTAFA ERYÜREK
Doktora
İngilizce
2018
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER KİRAZ
- Artificial nose: Identification of volatile organic molecules with optofluidic photonic Bragg fibers
Yapay burun: Optofluidic fotonik Bragg fiberleri ile uçucu organik bileşiklerin teşhisi
ABUBAKAR ISA ADAMU
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. AYKUTLU DANA