Functional nanoplasmonic devices and novel photonic materials
İşlevsel nanoplazmonik aygıtlar ve yeni fotonik malzemeler
- Tez No: 395467
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ALİ KEMAL OKYAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Optoelektronik, Yüzey plazmonları, Optoelectronic, Surface plasmons
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Plasmonik ışık ve madde arasındaki etkiletişimi inceleyen etkin nanofotonik alanlarından birisidir. Uygulama olarak güneş enerjısı, ışık detektörleri, optik iletişim, yüzey geliştirilmiş kızılötesi and Raman spektroskopi, kızılötesi and terahertz görüntüleme gibi alanları kapsamaktadır. Uygulama alanları çok olmasına ragmen plazmonik etkilerin gözlemlendiği yapılar limitlidir. Bu tezde, bilinen bir plazmonik yapı olan metal-yalıtkan-metal rezonatörlerin kızılötesi spektrumda aktif ışık yönlendirme uygulaması incelenecektir. Bu rezonatörlerle oluşturulan faz dizi anten konfigurasyonunun yayılma karakteristikleri incelenecektir. Malzeme özellikleri açısından plazmonik uygulamalarda düşük iç kayıp CMOS fabrikasyon uyumluluğu ve biyo-uygunluk aranan kritik özellikler arasında gelmektedir. Plazmon uyarma malzemesi olarak asil metaller yüksek ışık lokalizasyonu için çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunların arasından altın ve gümüş yüksek iç kayıp ve CMOS fabrikasyon uyumsuzluğu sorunlarını göstermektedir. Bu çalışmada yüksek sayıdaki serbest yük taşımasındasından olayı indiyum-nitratı CMOS fabrikasyonuna uygun kızılötesi plazmonik malzeme olarak incelenmektedir. Indiyum nitratın kızılötesi optik özellikleri, kızılötesi soğurucu uygulaması ve plazmon karakteristikleri incelenecektir. Diğer yandan, çinko-oksit alternatif plazmonik olmayan kızılötesi görüntüleme çalışmalarına uygun yüksek soğurucu özellikler gösteren malzeme olarak incelenecektir. Optik modülatörler entegre optik, biyo-algılama, telekomunikasyon, radio frekansı ve terahertz uygulamaları gibi aktif ışık manipülasyon teknolojilerinin kalbinde bulunmaktadır. Bu uygulamalar için birden fazla optik modülasyon şemaları gerçekleştirilmiş olmasına ragmen altta yatan optik modülasyon mekanizmeleri çok değişmemiştir. En sık kullanılan modülasyon mekanizmaları arasında serbest yük kontrolü, termo-optik yöntem, sıvı kristal, opto-manyetik, lineer olmayan ve yeni ortaya çıkan katı katman faz değişimi malzemeleri yer almaktadır. Burada, direnç değişimi yöntemi yeni bir kızılötesi aktif modülasyon tekniği olarak sunulmaktadır. Al/ZnO/Si yığınının elektriksel direnç değişimi karakteristikleri ve elektrik uygulanması sırasında optik modülasyon karakteristikleri incelenmektedir. Işısal yansıma spektrumunda aktif histeresiz gösteren modülasyon gözlemlenmektedir. Bu çalışmanın yanı sıra, atomik katman kaplama tekniği ile büyütülmüş çinko-oksit malzemenin termo-optik modülasyön karakteristikleri de incelenmiştir. Bu malzeme spektroskopik elipsometre ile incelenmiş ve bununla aktif olarak değiştirilebilen yansıma yüzeyi tasarlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Plasmonics is one of the pillars of nanophotonics involving light matter interactions. Its applications found very wide range covering photovoltaics, photo-detection, optical communication, surface enhanced infrared absorption and Raman spectroscopy, infrared and THz imaging. Although the number of applications is very high, the underlying plasmonic structures are limited. In this thesis, we utilize a common plasmonic resonator structure namely metal-insulator-metal (MIM resonators) to realize active beam steering in the infrared spectrum. We investigate radiation characteristics of a phased array antenna formed by MIM resonators. Materials-wise, low intrinsic loss, CMOS compatibility and bio-compatibility are among the crucial requirements for various applications of plasmonics. Noble metals are the dominant materials used in plasmonics to get high localization of the incident field among which gold and silver face serious challenges due to high intrinsic loss and lack of CMOS compatibility. We introduce InN as a novel plasmonic material thanks to its high concentration of free carriers and investigate its optical characteristics in the IR spectrum. We form a proof-of-concept absorber and investigate its plasmon excitation characteristics. On the other hand, we introduce another material ZnO, non-plasmonic, suitable for infrared imaging purposes with strong absorption characteristics. Optical modulators are at the very heart of active light manipulation technologies such as integrated optics, bio-sensing, telecommunications, radio frequency and terahertz applications. Although various modulation schemes have been realized, the underlying mechanisms providing modulation did not change significantly. The common modulation methods can be listed as free carrier dispersion, thermo-optic method, use of liquid crystals, magneto-optical, optically nonlinear materials and recently introduced solid-state phase-change materials. Here we introduce another mechanism called resistive switching for optical modulation in the infrared spectrum. We investigate electrical resistive switching characteristics of an Al/ZnO/Si stack and optical modulation characteristics under electrical bias. We obtain hysteretic modulation in the reflection spectrum. We also investigate the thermo-optic modulation characteristics of atomic layer deposited ZnO through spectroscopic ellipsometry and realization of actively reconfigurable reflector surface.
Benzer Tezler
- Plasmonic tio2 composites for dye-sensitized solar cells applications
Plazmonik tio2 kompozit malzemeler ve boya duyarlı güneş pillerinde kullanımı
HİLAL YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Metalurji MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiMalzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KOUROUSH SALIMI
- Optical metasurfaces
Başlık çevirisi yok
FATİH BALLI
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUnıversıty Of KentuckyDR. JOSEPH STRALEY
DR. JEFFREY TODD HASTİNGS
- Three dimensional nanoplasmonic surfaces: Modeling, fabrication and characterization
Üç boyutlu plazmonik yüzezler: Modelleme, nanofabrikasyon ve karakterizasyon
KIVANÇ GÜNGÖR
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Peptitlerin kendiliğinden düzenlenmesi ile biyo-esinlenilmiş nanoyapıların rasyonel tasarımı
Rational design of bio-inspired nanostructures from self-assembly of peptides
AYSEL ALIYEVA
- Color generation and enhancement using large-scale compatible metamaterial design architectures
Büyük ölçekli üretime uygun metamalzeme tasarım mimarisi kullanarak renk üretme ve iyileştirmesi
ALİ CAHİT KÖŞGER
Doktora
İngilizce
2022
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
