Applications in broadband THz spectroscopy towards material studies
Geniş bantlı THz spektroskopisinin maddeler üzerindeki uygulamaları
- Tez No: 286175
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. HAKAN ALTAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Bu çalışmanın amacı, THz üretimi için atım başına nanojul enerjiye sahip ultra hızlı lazer (osilator için yükseltilmemiş ultra hızlı lazer) kaynağı kullanarak zamana dayalı THz spektroskopi (THz-TDS) sistemi kurmak ve incelemektir. Öncelikle bu tür sistemlerin çalışma prensiplerini anlamak için, fotoiletken anten (PCA) metodu kullanan bir THz-TDS sistemi kurulmuştur. Üretim için PCA ve algılama için 2 mm kalınlığında kesimli ZnTe kristali kullanan bu sistem, 1 THz'e kadar bant genişliğine ve 1000:1 sinyal gürültü oranına (S/N) sahiptir. Elde edilen bant genişliğinin kullanışlılığını öğrenmek için, bu sistem kullanılarak çeşitli maddeler incelenmiştir. Örnek maddelerin soğurma katsayısı ve kırılma indisi hesaplanmıştır. Sonuçlar şunu göstermiştir; sistemin bant genişliği bu maddelerin parmak izi özelliklerini elde etmek için yeterli değildir. Sistemi geliştirmek için THz üretimi için optiksel doğrultma yöntemi kullanılmıştır. Doğrusal olmayan THz üretim yöntemi için 1 mm kalınlığında ve kesimli ZnTe kristali kullanılarak farklı bir THz-TDS sistemi kurulmuştur. Beklenen bant genişliğini incelemek için, yayılan radyasyonun şiddeti ve elektrik alanı teorik olarak hesaplanmıştır. Sonuçlar, üretim ve algılama kristal kalınlıklarının sistemde elde edilen bant genişliğini etkilediğini ve bant genişliğini limitleyen faktorün ultra hızlı lazerin atım süresi değil kristal kılınlığı olduğunu göstermiştir. Özellikle algılamada, 1mm ve 2 mm kalınlığa sahip kesimli ZnTe kristalleri ile alınan ölçümlerin sonuçları teoride öngörüldüğü gibi bant genişliğinde fazla değişim göstermemektedir. Ayrıca, sinyal gürültü oranını arttırmak için sistemde kullanılan optikler iyileştirilmiştir. Odaklama ve toplama için aynı odak uzaklığına sahip optikler ve kısa odak uzaklığına sahip parabolik ayna kullanıldığında S/N oranının arttırılabildiği görülmüştür. Bu iyileştirmelerden sonra üretim için optiksel doğrultma ve algılama için electro-optik yöntemini kullanan bu THz-TDS sistemi daha geniş bir bant genişliği olan 3 THz'e kadar çıkmış fakat daha düşük olan 100:1 sinyal gürültü oranına sahip olmuştur.
Özet (Çeviri)
The purpose of this work was to construct and analyze a THz time domain spectroscopy (THz-TDS) system by using a nanojoule energy per pulse ultrafast laser (non-amplified ultrafast laser or oscillator) source and a non-linear optical generation method for THz generation. First a THz-TDS system, which uses photoconductive antenna (PCA) method for THz generation, was built to understand the working principles of these types of systems. This THz-TDS system which used PCA for generation and a 2mm thick ZnTe crystal for detection had a bandwidth up to 1 THz with a 1000:1 signal to noise ratio (S/N). Using this system, various materials were investigated to study the usefulness of the obtained bandwidth. Absorption coefficient and refractive indices of the sample materials were calculated. Results showed that the bandwidth of the system was not sufficient to obtain fingerprint properties of these materials. In order to improve the system, optical rectification method was used for THz generation. A different THz-TDS system was built with a 1mm thick ZnTe crystal used for the method of non-linear generation of THz radiation. Theoretical calculations of radiated intensity and electric field were done to analyze the expected bandwidth of the system. Results showed that the generation and the detection crystal thicknesses affect the obtained bandwidth of the system in that the bandwidth limiting factor is the crystal thickness and not the ultrafast laser pulse duration. Especially for detection, measurements obtained with both a 1mm thick and 2mm thick ZnTe crystal showed that there was not much difference in bandwidth as was predicted by theory. Also in order to increase the signal to noise ratio, the optics used in the system were optimized. It was found that by using same focal lengths for focusing and collimating optics around the generation crystal and by using a short focal length parabolic mirror, S/N could be improved. After these improvements this THz-TDS system which uses optical rectification for THz generation and electro-optic method for THz detection had a larger bandwidth up to 3 THz but with a lower 100:1 signal to noise ratio.
Benzer Tezler
- Galyum arsenik tabanlı fotoiletken terahertz anten üretim ve iyileştirme çalışmaları
Galium arsenic based photoconductive terahertz antenna production and improvement studies
HASAN MERT BOZACI
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
- 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
- Investigation of TiAlV as absorber and WO3-VxOy as active material for terahertz microbolometers
Soğurucu TiAlV ve aktif malzeme WO3-VxOy'ni̇n terahertz mi̇krobolometreler i̇çi̇n i̇ncelenmesi̇
BAHAR EROĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OKAN ESENTÜRK
- Design, fabrication and characterization of micromachined THz absorbers
Mikro ̇ıslenmis THz emicilerin tasarımı, Üretimi ve karakterizasyonu
AYDA MAMAGHANİ
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARDA DENİZ YALÇINKAYA
- A new approach to satellite communication: Harnessing the power of reconfigurable intelligent surfaces
Uydu iletisimine yeni bir yaklaşım: Yeniden yapılandırılabı̇lı̇r akıllı yüzeylerden faydalanma
KÜRŞAT TEKBIYIK
Doktora
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT