Surface plasmon enhanced optical forces in nanostructures and waveguides
Yüzey plazmon ile kuvvetlendirilmiş nanoyapılarda ve dalga kılavuzlarında optik kuvvet
- Tez No: 346180
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. KAAN GÜVEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 60
Özet
Mikro ölçekteki parçacıkların optik tuzak ve cımbızlarla başarılı bir şekilde kontrolünü takiben, optik kuvvetlerin nano ölcekte kullanımı da hızla gelişmektedir. Mikro ölçeğin aksine, nano-ölçek dalgaboyu-altı limitinde yer aldığından, geometrik optiğe dayalı formülasyondan yararlanamamaktadır. Buna ek olarak, ışığın dalgaboyu altı yapılarla etkileşimi genelde zayıftır, ancak yüzey plazmonlarının uyarılabildiği metalik özellikleri taşıdığı taktirde bu etkileşim güçlenebilir. Böylece yüzey plazmonlarının uyarılmalarını dikkate alarak yakın alan elektrodinamiği formülasyonu gerekmektedir. Bu başlıca noktalar, nano ölçekte optik kuvvetlerin biyomedikal, kimyasal ve tümleşik fotonik uygulamalarda kullanılmak üzere temel bilimsel ara ?stırmalarına gereksinim oluş. Bu tez calışmasında, iki farklı sistemde optik kuvvetleri araştırıyoruz: (i) Yüzey plazmon ile kuvvetlendirilmiş nano çubuk çifti üzerinde optik kuvvetler, ve (ii) çift dielektrik ve metal şerit dalga kılavuzları arasındaki optik kuvvetler. Maxwell denklemlerinden başlayarak ve Maxwell stress tensöründen yararlanarak optik kuvvetlerin elektrodinamiğini çalışmak için teorik ve numerik yaklaşım kullandık. İlk sistemde, metalin yüzey plazmon resonansının bulunduğu bir aralıkta optik kuvvetin frekans spektrumu belirlendi. Özellikle, oluşan optik kuvvetin ayarlanabilmesi problemi üzerinde duruldu ve değişken kırılma indisine sahip (likit kristal) bir dielektrik ara katman koyarak yapılabileceği gösterildi. Yalıtkanlık sabitinin ve dieletrik katmanın kalınlığının ortak ve relatif kuvvetler üzerindeki etkileri detaylı olarak incelendi. İkincil olarak, çift dielektrik dalga kılavuzlarının modlarını elde ettik. Mod pro- fillerine bağlı dalga kılavuzları üzerindeki yanal stresi belirleyerek dalga kılavuzlarının yapısal deformasyonunu elde ettik. Sonrasında, yüzey plazmonlarının etkilerini araştırmak için plazmonik metal şerit dalgakılavuzları modelini oluşturduk.
Özet (Çeviri)
The utilization of optical forces at the nano-scale is progressing rapidly following their successful employment in controlling micro-scale particles through optical traps and tweezers. Unlike the micro-scale, the nano-scale resides in the deep subwavelength limit, and thus, cannot bene fit from the simple ray-optics based formulations. Furthermore, the interaction of light with subwavelength structures is in general poor, unless the structure possesses metallic behavior to harness surface-plasmons for efficient coupling to light. This, in turn, requires the formulation of near fi eld electrodynamics by taking the surface-plasmon excitations into account. These major points drive the basic research on the physics of optical forces at nanoscale for demanding biomedical, chemical and integrated photonic applications. In this thesis work, we investigate the optical forces in two di fferent systems: (i) The surface-plasmon enhanced optical forces on illuminated nanorod pairs, and (ii) the optical forces between coupled dielectric and metal-strip waveguides. We use a theoretical/numerical framework to study the electrodynamics of optical forces starting from Maxwells equations and the Maxwell Stress Tensor. In the first system, we determine the frequency spectrum of the optical force in a range where the surface plasmon resonance of the metal is present. In particular, we address the problem of tunability of the generated optical force and demonstrate that this is possible by incorporating a dielectric interlayer with tunable index of refraction (e.g. liquid crystal). The e ffect of permittivity and dielectric layer thickness on the common and relative forces are investigated in detail. For the coupled waveguides, we start with the coupled mode theory and obtain the modes of parallel dielectric waveguides. The mode pro files are used to determine the lateral stress on the waveguides. By incorporating a simple mechanical model, the structural deformation of the waveguide is obtained. Next, we set-up the model of plasmonic metal-strip waveguides in order to investigate the eff ect of surface-plasmons.
Benzer Tezler
- Enhancement of plasmonic nonlinear conversion and polarization lifetime via fano resonances
Doğrusal olmayan plazmonik çevirim ve polarizasyon yaşam süresinin fano rezonaslar ile güçlendirilmesi
BİLGE CAN YILDIZ KARAKUL
Doktora
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPAN BEK
DOÇ. DR. MEHMET EMRE TAŞGIN
- Nanostructures for plasmonic biosensors
Plasmonik biyosensörler için nanoyapılar
AYSEL TOMAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Bilim ve TeknolojiGediz ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HADİ M. ZAREİE
- Electrochemical switchable plasmonic surfaces
Elektrokimaysal olarak değiştirilebilen plazmonik yüzeyler
NİHAT SERKAN KARAYALÇIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMüzik Bilimleri Bölümü
YRD. DOÇ. DR. AYKUTLU DANA
- Coupled surface plasmon structures and applications
Çiftlenmiş yüzey plazmon yapıları ve uygulamaları
KEMAL GÜREL
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYKUTLU DANA
YRD. DOÇ. DR. MEHMET BAYINDIR
- Yarıiletken-tiyol-biyomolekül sistemlerinin üretilmesi ve optik özelliklerinin incelenmesi
Manufacture of semiconductor-thiol-biomolecular systems and investigation of their optical properties
ALAADDİN COŞKUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TOFİG MEMMEDLİ