Graphene-based electrically tunable terahertz optoelectronics
Grafen-tabanlı elektrik ayarlı terahertz optoelektroniği
- Tez No: 444582
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. COŞKUN KOCABAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Radyo-frekans elektroniği ile optiğin arasında boşluk olan terahertz (THz) bandı son yıllardaki gelişmelerle birlikte dolmaya başladı. Daha verimli terahertz dalga kontrolü optoelektronik uygulamaları olumlu yönde etkileyecek en önemli parametrelerden biri. Var olan yöntemlerin daha aktif, uygulanabilir, az masraflı, ve verimli hale gelmesi için detaylı çalışmaların sürdürülmesi gerekli. Grafen bu alandaki gelişmeler için en önemli materyal adayı konumunda. Eşsiz elektronik ve optik özelliklere sahip olan grafen terahertz alanında aktif olarak kullanabilme potansiyelini taşımaktadır. Bu çalışmada grafen tabanlı modülatör, resonans kavite, ve THz mekansal ışık modülatorleri geliştirildi. Geliştirilen yeni yöntemler daha verimli yük yoğunluğu yaratmakta, sistemdeki kayıplar (<2 dB) azaltmakta ve aygıt yapılarını kolaylaştırmakta. Grafen elektrodlarının ortak iyoniksel kapılamalarını kullanarak 0.1 ve 2 THz frekans aralığında %50 modülasyon değişikliğini elde etmiş olduk. Yansınma bazlı kavite geliştirerek terahertz dalga absorpsiyonunu 2.8 THz frekansında yaklaşık %100 oranında arttırabildik. Son olarak geniş bantta çalışabilen THz mekansal ışık modülatör aygıtlarını grafen süperkapasitörlerini kullanarak elde ettik. Grafenin aktif olarak terahertz bandında kullanılması, daha verimli ve sofistike THz optoelektronik aygitlarin gelişmesini sağlayabilir.
Özet (Çeviri)
Advances in terahertz (THz) research and technology, has bridged the gap between radio-frequency electronics and optics. More efficient control of THz waves would highly benefit noninvasive, high-resolution imaging and ultra-fast wireless communications. However, lack of active materials in THz, hinders the realization of these technologies. Graphene, 2d-crystal of carbon atoms, is a promising candidate for reconfigurable THz optoelectronics due to its unique electronic band structure which yields gate-tunable optical response. Here, we studied gate-tunable optical properties of graphene in THz frequencies. Using time-domain and continuous wave THz spectroscopy techniques, tunable Drude response of graphene is investigated at very high doping levels with Fermi energies up to 1 eV. Our results show that, transport scattering time decreases significantly with doping. Unlike conventional semiconductors, we observed nearly perfect electron-hole symmetry even at very high doping levels. In the second part, we implemented using these unique tunable properties for novel THz optoelectronic devices such as THz intensity modulators and THz spatial light modulators. These devices are based on various designs of mutually gated capacitive structures consisting of ionic liquid electrolyte sandwiched between graphene and metallic electrodes. Low insertion losses (<2 dB), high modulation depth (>50 %) over a broad spectrum (0.1-2 THz), and the simplicity of the device structure are the key attributes of graphene based THz devices. Furthermore, with the optimized device architectures, gate tunable coherent perfect absorption is observed in THz which yields modulation depth of nearly 100 %. The approaches developed in this work surpass the challenges of generating high carrier densities on graphene, and introduce low-loss devices with practical fabrication methods which we believe can lead to more responsive and sophisticated optoelectronic devices.
Benzer Tezler
- Novel methods in modulation and detection of terahertz waves for imaging applications
Görüntüleme uygulamaları için özgün terahertz modülasyon ve algılama yöntemleri
TAYLAN TAKAN
Doktora
İngilizce
2018
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ALTAN
- Design of metamaterial-based nanostructures for 5G applications & thermal radiation management
5G uygulamaları ve termal radyasyon yonetımı ıcın metamalzeme tabanlı nanoyapı tasarımı
EKİN BİRCAN BOŞDURMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Graphene based optoelectronics in the visible spectrum
Görünür spektrumda grafen tabanlı optoelektronik
EMRE OZAN POLAT
Doktora
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. COŞKUN KOCABAŞ
- Design and fabrication of pressure sensors from thermoplastic elastomer based nanocomposites
Termoplastik elastomer esaslı nanokompozitlerden basınç sensörlerinin tasarım ve üretimi
AYŞE TURGUT
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HATİCE AYLİN KARAHAN TOPRAKÇI
- Development of conductive polymeric materials for sensor applications
Sensör uygulamaları için iletken polimerik malzemelerin geliştirilmesi
DİDEM AYCAN
Doktora
İngilizce
2023
Polimer Bilim ve TeknolojisiMarmara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NESLİHAN ALEMDAR YAYLA
PROF. DR. FATMA KARACA ALBAYRAK