Plasmonic band gap cavities
Plazmon bant aralığı kovukları
- Tez No: 223423
- Danışmanlar: PROF. DR. ATİLLA AYDINLI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2008
- 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: 112
Özet
Yüzey plazmonları, metal ve dielektrik ortamlarının arayüzlerinde hareket eden, metallerde ki serbest elektronlara çiftlenmiş elektromanyetik bir dalgadır. Yüzeyde yerelleşmiş olmalarından ve dalga boyundan daha küçük ölçekte uygulanabilir olmasından dolayı, yüzey plazmonları çeşitli algılayıcı ve nano boyutlu optik uygulamalarda geniş bir şekilde kullanılmaya başlanmıştır. Periyodik şekilde biçimlendirilmis dielektrik ve metal yüzeyler ışığın yayılamayacağı yasaklı bant aralıkları oluşturabilirler. Bu periyodik yapılarda periyodun bozulduğu kusurlu alanlar oluşturularak belirli dalga boylarındaki ışığın bu bölgelerde hapsedilmesi sağlanabilir. Dielektrik tabanlı bu tür yapıların bugüne kadar gösterilmiş olmasına rağmen benzer biçimdeki metal yüzeylerin kırılma sabitinin çok az değişim gostermesi, metal yüzeylerde plazmonlar için kusurlu kovuk elde edilmesini engeller. Bu tez, yüzey plazmonlarını hapsetmek için, çift periyodik yüzeylerin belirli bölgelerinin yüksek dielektrik malzeme ile kaplanması ve ayrıca Moiré yüzeyleri kullanılması ile değişik kovuk yapılarının tasarımını ve deneysel olarak gösterimini içermektedir. İlk metotda hareketli yüzey plazmonlarının optik özellikleri, çift periyoda sahip yüzeylerin yüksek dielektrik sabitli malzemelerle kaplanması sayesinde kontrol edilebilmiş ve bu kontrol plazmon kovuklarının gerçekleştirilmesini sağlamıştır. Bu yapıların oluşumu, deneysel olarak plazmonun yayılımının engellendiği dalga boyu aralığında, hareket edebilen yeni bir yüzey plazmon modunun ölçülmesiyle gösterilmiştir. Yüzey plazmonlarının yüzeye dik doğrultuda yerelleşmiş olmalarının yanısıra, bu yapılar sayesinde plazmonların hareket yönünde de belirli bölgelerde yerelleşirler. Bu çalışmalara ilaveten, bu çift periyotlu yapıların, çeşitli moleküllerin Raman ve fotoışıma sinyallerinin kuvvetlendirilmesi için de kullanıllabilecegi gösterilmiştir. Çalışmalarımızda Raman sinyalinde 105 mertebesinde ve fotoışımada ise 30 kat artış gözlenmiştir. Son olarak Moiré yüzeyleri, plazmonlar için yüksek kalite faktörüne sahip kovuk yapıların elde edilmesi için kullanılmıştır. Moiré yüzeylerinde plazmonların yerelleşip ve yavaşlayabilecekleri gösterilmiştir. Moiré yüzeylerinde faz kayması içeren bölgeler kovuk gibi davrandıkları ve birbirine komşu olan kovukarın aralarında etkileştiği gözlenmiştir. Moiré yüzeylerinin üzerinde ve plazmon bandının merkezinde hareket hızının v =0.44c düştüğü ve bandın kenarlarında ise plazmon hızının sıfıra yaklaştığı gözlemlenmiştir. Moiré yüzeylerinde yüzey geometrisinin sinüs fonksiyonu şeklindeki değişiminden dolayı, kovuk yapılarında oluşan saçılma kaybı azalmış ve kalite faktörü 103 civarında ölçülmüştür.
Özet (Çeviri)
Surface plasmon polaritons (SPP?s) are trapped electromagnetic waves coupled to free electrons in metals that propagate at the metal-dielectric interfaces. Due to their surface confinement and potential in sub-wavelength optics, SPP?s have been extensively studied for sensing and nanophotonic applications. Dielectric structures and metallic surfaces, both periodically modulated, can form photonic band gaps. Creating a defect cavity region in the periodicity of dielectrics allows specific optical modes to localize inside a cavity region. However, despite the demonstration of numerous plasmonic surfaces and unlike its dielectric counterparts, low index modulation in metallic surfaces limits the formation of plasmonic defect cavity structures. This thesis describes new approaches for plasmonic confinement in a cavity through the use of selective loading of grating structures as well as through the use of Moiré surfaces. In our first approach, we demonstrate that a high dielectric superstructure can perturb the optical properties of propagating SPPs dramatically and enable the formation of a plasmonic band gap cavity. Formation of the cavity is confirmed by the observation of a cavity mode in the band gap both in the infrared and the visible wavelengths. In addition to the confinement of SPP?s in the vertical direction, such a cavity localizes the SPP?s in their propagation direction. Additionally, we have demonstrated that such biharmonic grating structures can be used to enhance Raman scattering and photoluminescence (PL). Using biharmonic grating structure 105 times enhancement in Raman signal and 30 times enhancement in PL were measured. Furthermore, we show that metallic Moiré surfaces can also serve as a basis for plasmonic cavities with relatively high quality factors. We have demonstrated localization and slow propagation of surface plasmons on metallic Moiré surfaces. Phase shift at the node of the Moiré surface localizes the propagating surface plasmons in a cavity and adjacent nodes form weakly coupled plasmonic cavities. We demonstrate group velocities around v = 0.44c at the center of the coupled cavity band and almost zero group velocity at the band edges can be achieved. Furthermore, sinusoidally modified amplitude about the node suppresses the radiation losses and reveals a relatively high quality factor for plasmonic cavities.
Benzer Tezler
- Grating based plasmonic cavities
Kırınım ağı tabanlı plazmonik kovuklar
SERVET SEÇKİN ŞENLİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Bölümü
PROF. DR. ATİLLA AYDINLI
- Fabrication, characterization and simulation of plasmonic cavities
Plazmonik kovukların üretimi, karakterizasyonu ve benzetimi
MUSTAFA KARABIYIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATİLLA AYDINLI
- Light matter interaction in plexcitonic crystals and moiré cavities
Pleksitonik kristaller ve moiré kovuklarında ışık madde etkileşimi
ERTUĞRUL KARADEMİR
Doktora
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATİLLA AYDINLI
- Tuning the exciton-plasmon coupling
Eksiton-plazmon çiftlenmesinin akortlanması
SİMGE ATEŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Bölümü
PROF. DR. ATİLLA AYDINLI
- Plazmonik metallerle güçlendirilmiş grafen kuantum nokta nanoyapılarının doğrusal olmayan optik özellikleri
Nonlinear optical properties of graphene quantum dot nanostructures wi̇th enhanced by plasmoni̇c metals
SAADET HANÇE
Doktora
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET KARATAY