Bükümlü güneş ışınlarının üretilmesi ve uygulamaları
Generation and application of twisted sunlight
- Tez No: 1017409
- Danışmanlar: PROF. DR. KORAY KÖKSAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Elektrooptik aletler, Lazer optik sistem, Ray-optik tekniği, Electo-optic devices, Laser optic system, Ray-optic technique
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hasan Kalyoncu Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, doğal güneş ışığını bükümlü (vorteks, twisted) ışık formuna dönüştürmeye yönelik özgün bir yöntem geliştirilmiştir. Bükümlü ışık, Yörüngesel Açısal Momentum (OAM) taşıyan, helisel (sarmal) faz yapısına sahip ışık demetlerini ifade eder ve modern optik uygulamalarda, özellikle iletişim, görüntüleme ve mikromanipülasyon gibi alanlarda geniş yer bulmaktadır. Literatürde, monokromatik ve eşfazlı lazer ışınları kullanılarak bükümlü ışık üretimi başarıyla gerçekleştirilmiştir. Güneş ışığı gibi geniş bantlı ve eşfazlı olmayan doğal ışık kaynaklarının bükümlü hale getirilmesi, literatürde az sayıda çalışmada ele alınmış olup, teorik ve deneysel olarak araştırılmaya açık bir konudur. Vortekse dönüştürme işleminde teknik olarak, güneş ışığı pinhole yardımıyla uzaysal olarak eşfazlı hale getirilmelidir. Çift yarık deneyinde de girişim desenlerinin elde edilmesi için eşfazlı olmayan ışık bu yöntemle uzaysal eşfazlı hale getirilmektedir. Tezimizde öncelikli olarak spiral faz plakası, optik vorteks filtresi ve holografi kullanılarak Zemax OpticStudio programı ile beyaz vorteks elde etmek üzere simülasyon çalışmaları yapılmıştır. Özellikle vorteks ışınlarının odaklanması, renklere ayrılması ve elde edilen vortekslerin ışın profil kalitesi gibi detaylar burada incelenmiştir. Vortekslerin üretimi için gerekli olan spiral faz plakalarının tasarımı Mathematica programı ile gerçekleştirilmiştir. Mathematica'da kullandığımız gerekli matematiksel formülasyonlarla her bir farklı mod için yüksek çözünürlükte spiral faz plakaları elde edilmiştir. PMMA, BK7 ve fused silika gibi convensiyonel materyallerin parametreleriyle tasarlanan spiral faz plakaları için gerekli olan“STL”formatında dosyalar oluşturulmuş olup, bunlar Zemax kütüphanesine aktarılmıştır. Tez çalışmamızda kullandığımız diğer bir yöntem ise doğrudan vorteks ışın profilinin matematiksel olarak Zemax kütüphanesine aktarılmasıdır. Kütüphaneye aktarılan bu dosya Thorlabs, Edmund Optics ve Holoir gibi firmaların ürettiği ışın profillerinin eşdeğerini vermektedir. DLL formatında elde ettiğimiz ışın profil dosyamız sayesinde farklı formatlarda vorteks güneş ışın profillerini elde etmeyi başardık. Zemax ve Mathematica sayesinde simülasyonlarını gerçekleştirdiğimiz vorteks optik bileşenleri için, Thorlabs firmasından satın alınmış olan ℓ = 1 ve ℓ = 2 modlar Faraday etkisinda radyal ve azimutal polarize iki farklı optik vorteks filtresi, Holoir firmasından satın alınmış olan ℓ = 1 modunda spiral faz plakası deneylerimizde kullanılmıştır. Deneylerde elde edilen sonuçlar ile simülasyon sonuçları karşılaştırılmıştır. Ayrıca temel alınarak manyeto-optik bir kristal içerisinde eşfazlı ve lineer polarize bir güneş ışığının polarizasyonunda meydana gelen değişimler incelenmiştir. Holografi tekniği ile, Uzaysal Işık Modülatörü kullanılarak güneş ışığının faz ve genliğinde dinamik hologramlar aracılığıyla modülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bükümlü ışıkların optik vorteks özellikleri ortaya konmuştur. Elde edilen sonuçlar, doğal güneş ışığının bükümlü yapıya dönüştürülerek optik açısal momentum kazandırılabileceğini göstermektedir. Bu yönüyle çalışma, hem temel fiziksel araştırmalar hem de ileri düzey optik teknolojiler için önemli bir potansiyel taşımaktadır.
Özet (Çeviri)
In this study, a novel method has been developed to convert natural sunlight into twisted (vortex) light. Twisted light refers to light beams carrying Orbital Angular Momentum (OAM) and possessing a helical phase structure. Such beams are widely used in modern optical applications, particularly in fields such as communication, imaging, and micromanipulation. In the literature, the generation of twisted light using monochromatic and coherent laser beams has been successfully demonstrated. However, the transformation of broadband and incoherent natural light sources like sunlight into twisted light has been addressed in only a limited number of studies and remains an open area of theoretical and experimental research. Technically, in the vortex conversion process, sunlight must be made spatially coherent using a pinhole apparatus. Similarly, in the double-slit experiment, incoherent light is rendered spatially coherent using this method to observe interference patterns. In our thesis, simulation studies were initially conducted using the Zemax OpticStudio software to obtain white vortex light through spiral phase plates, optical vortex filters, and holography. Details such as the focusing of vortex beams, their spectral separation, and the beam profile quality of the resulting vortices were specifically examined. The design of spiral phase plates required for the generation of vortices was carried out using Mathematica. With the necessary mathematical formulations employed in Mathematica, high-resolution spiral phase plates were produced for each distinct mode. STL-format files required for spiral phase plates designed using conventional materials such as PMMA, BK7, and fused silica were generated and imported into the Zemax library. Another method used in our thesis involved directly importing the mathematical representation of the vortex beam profile into the Zemax library. This file, added to the library, provides the equivalent of beam profiles produced by companies such as Thorlabs, Edmund Optics, and Holoir. With the DLL-format beam profile file we developed, we successfully obtained vortex sunlight beam profiles in various formats. For the vortex optical components simulated using Zemax and Mathematica, two different optical vortex filters with radial and azimuthal polarization at modes ℓ = 1 and ℓ = 2 were purchased from Thorlabs, and a spiral phase plate at mode ℓ = 1 was obtained from Holoir and used in our experiments. The experimental results were compared with the simulation results. Additionally, based on the Faraday effect, changes in the polarization of spatially coherent and linearly polarized sunlight within a magneto-optical crystal were investigated. vi Through the use of dynamic holograms with a Spatial Light Modulator, modulation of the phase and amplitude of sunlight was achieved using the holography technique. The optical vortex properties of the resulting twisted light were demonstrated. The results obtained show that natural sunlight can be transformed into a twisted structure and endowed with optical angular momentum. In this respect, the study holds significant potential for both fundamental physical research and advanced optical technologies.
Benzer Tezler
- Keban baraj gölü Pertek avlak sahasında bulunan midye populasyonlarının ekolojik özelliklerinin su altı dalış tekniği ile belirlenmesi
Determination of ecological characteristics of mussel population in Keban dam lake Pertek hunting area by underwater diving technique
ZÜHAL TAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Su ÜrünleriMunzur ÜniversitesiSu Ürünleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VOLKAN KIZAK
DOÇ. DR. ÖNDER AKSU
- Ereğli (Konya)-Ulukışla (Niğde) yöresi sölestin oluşumlarının jeolojik, petrografik ve jenetik incelenmesi
Geologic, petrographic and genetic investigation of celestite occurances between the are of Ereğli (Konya)-Ulukışla (Niğde), Turkey
ABDURRAHMAN MURAT
Doktora
Türkçe
1998
Jeoloji MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiJeoloji (hidrejeoloji) Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDAT TEMUR
- CFD simulation and analysis of twisted tape inserted parabolic solar collector thermal performance
Bükümlü bant yerleştirilen parabolik güneş kollektörü termal performansinin CFD simülasyonu ve analizi
NASSEER SABBEEH JARALLEH AL-NUSEEIRY
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELÇUK SELİMLİ
- Investigation of heat transfer enhancement in a tube with twisted tape by using concentrating solar power
Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi kullanılarak içinde bükülmüş levha bulunan bir tüpte ısı transferinin incelenmesi
MOHAMMED FARIS ABBAS ABBAS
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiAltınbaş ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. İBRAHİM KOÇ
PROF. DR. AHMED F. KHUDHEYER ALJANABI
- D-π-A Tipi Heteroaril-Sübstitüe Tiyofen Türevlerinin DSSC Fotoanot ve Katot Malzemesi Olarak Teorik İncelenmesi
Theoretical Investigation of D-π-A Type Heteroaryl-Substituted Thiophene Derivatives as DSSC Photoanode and Cathode Materials
ESİN MUTLU