Nonlinear dynamical aspects of the dielectric waveguide surface plasmon josephson junction
Dielektrik dalga kılavuz-yüzey plazmonu Josephson ekleminin doğrusal olmayan dinamik özellikleri
- Tez No: 297791
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KAAN GÜVEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 105
Özet
Bu tez çalışmasında, nonlineer dielektrik dalga kılavuzundaki optik soliton ile metal yüzeyboyunca yer alan yüzey plasmonlarının oluşturduğu optik-plazmonikbağlı sistemin dinamik özelliklerini, klasik çerçevede formüle ederek araştırdık. Busisteme özgü olarak, bağlama parametresi solitonun genliği ile değişmektedir ve busebeple sabit bir değerden çok dinamik bir parametre olarak düşünülmelidir. Budurum, iki seviyeli sistemi diğer sistemlerden ayıran esas özelliktir. Sistemin dinamiğini, fraksiyonel popülasyon oransızlığı ile soliton ve plazmon modlar arasındakibağıl faz terimini kullanarak formüle ettik. Burada fraksiyonel popülasyon oransızlığı,toplam elektrik alan şiddetinin (veya foton sayısının) soliton ve yüzey plazmon modlararasında nasıl bölündüğünü ölçmektedir. Bu formülasyon ile atomik fizikteki çokdüşük sıcaklıklarda zayıf etkileşen Bose-Einstein yoğuşmasının Bozonik Josephson eklemi(BJJ) dinamiğine şaşırtıcı bir benzerlik ortaya koymaktadır. BJJ sistemlerinde,atomlar (bozonlar) çift kuyu optik tuzaklama ile oluşturulmuş iki seviyeli sistemeyerleşirler. Bu kuyular, iki seviye arasında tünellenmeye izin veren ince bir bariyer(jonksiyon) ile ayrılmaktadır. Ancak, bu seviyeler arasındaki bağlama sabit ya dadışarıdan ayarlanabilen bir değer alan bariyere bağlıdır. Klasik mekanik sistemlerdekimomentumu kısaltılan sarkaç sistemini ele alarak benzerlik kurulabilmektedir. Modelintemel parametreleri; yüzey plazmon ilerleme sabiti, ortamın nonlineer dielektriksabiti ve soliton ile metal yüzey arasındaki uzaklıktan oluşur. Biz bu modelde belirliparametreler için faz uzayının dinamik özelliklerini anlamak amacıyla lineer stabiliteanalizi metodunu ele aldık. Burada sabit noktalar bulunarak bunlara karşılık gelenJacobi matrisinin özdeğerleri hesaplandı. Faz uzayının yörüngeleri tanımlanarakBJJ sistemi ile karşılaştırıldı. Sistemdeki dağılma etkileri, faz-hız sönümlenme terimi(sarkacın açısal hızının sönümlenmesine karşılık gelir) dinamik denklemlerdekullanılarak araştırıldı. Son olarak, Shapiro rezonanlarını gözlemleyebilmek için sistemimizizayıf sönümlenme ve dış sürücü etkisi altında ele aldık. Sistemi, stroboskopikfaz uzayında inceledik. Yüzey plazmonlar ve optik solitonlar arasındakiuzaklığın değerinin Shapiro rezonanslarına etkisini tartıştık. Buna ek olarak, sistemdesönümlenme teriminin değerini artırarak Shapiro rezonanslarını inceledik.
Özet (Çeviri)
In this thesis, we formulate and investigate the dynamical properties of a coupledoptic-plasmonic system based on classical treatment, which consists of an optical solitonin a nonlinear dielectric waveguide and a surface-plasmon along a metal surface.Particular to this system, the coupling parameter depends on the soliton amplitude,and thus becomes an inherent dynamical parameter rather than being a couplingconstant. This is an essential property that differentiates this two-level system fromothers. We formulate the dynamics of the system by the fractional population imbalance,and the relative phase between the soliton and surface-plasmon modes. Thefractional population imbalance is a measure of how the total electric field intensity(or the number of photons) is divided between the soliton and surface plasmonmodes. Remarkably, this formulation reveals a surprising analogy to the dynamicsof Bosonic Josephson junction (BJJ) of weakly coupled Bose-Einstein condensates ofatomic physics at very low temperatures. In the BJJ, the atoms (bosons) populatea two level system formed by a double-well optical trap. The wells are separatedby a thin barrier (junction) which allows tunneling between the two levels. There,however, the coupling between the levels depends on the barrier, which is constantor tunable externally. A further analogy is established with a classical mechanicalsystem known as the momentum shortened pendulum. The main model parametersconsists of the surface-plasmon propagation constant, the nonlinearity of the dielectricmedium, and the distance between the soliton and the metal surface. We employ thelinear stability analysis method to exploit the dynamical features in the phase-spacefor certain regimes of these model parameters. Fixed points are determined and theeigenvalues of the respective Jacobian matrix are calculated. Phase space trajectoriesare determined and compared to that of the BJJ system.The dissipation effects areinvestigated by introducing a phase-velocity damping term (which correspondsto a damping to the angular velocity of the pendulum in the mechanical analogue).Finally, we investigated damped-driven system to observe Shapiro-resonances in thestroboscopic phase portrait, under weak damping. The effect of the values of the distancebetween surface plasmon and optical soliton on Shapiro resonances is discussed.In addition to this, the Shapiro resonances are investigated by increasing the value ofthe damping in the system.
Benzer Tezler
- Femtosaniye lazer ile işlenen yapıların katıhal lazerlerde uygulamaları ve üst çevrim pompalı Tm3+:KY3F10 lazerleri
Solid-state laser applications of femtosecond laser written structures and upconversion pumped Tm3+:KY3F10 lasers
YAĞIZ MOROVA
Doktora
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA AKSOY ESİNOĞLU
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- Enerji iletim hatlarında yorulma olayları
Fatigue phenomenon on electric power transmission lines
NİHAT İNANÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
1992
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. NESRİN TARKAN
- Dynamical aspects of tearing mode suppression by electron cyclotron heating and current drive in tokamak plasmas
Başlık çevirisi yok
BİRCAN AYTEN
- Kaotik sistemlerle güvenli haberleşme uygulaması
Secure communication application with chaotic systems
GÖZDE KARGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBilecik Şeyh Edebali ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET KOÇ
- Adi ve kısmi diferansiyel denklemlerin tekillik analizleri ve integre edilebilirlikleri
Singularity analysis and integrability of the ordinary and partial di̇fferential equations
ABDULLAH TOPÇU
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Matematikİstanbul Teknik ÜniversitesiMatematik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET CAN
