Metasurface microlens focal plane arrays and mirrors
Metayüzey mikrolens odak düzlem matrisleri ve aynaları
- Tez No: 450628
- Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 144
Özet
Mercek, ayna ve odak düzlem matrisleri (ODM) elektro-optik (EO) sistemlerin işlevselliğini, performansını ve maliyetini doğrudan etkileyen önemli bileşenlerdendir. Konvansiyonel mercekler ışığın dalgaönünü faz biriktirme mekanizmasıyla bükerler. Bu mekanizma ve saydam malzemelerin yetersizliği, EO sistemlerin karmaşıklığının, maliyetinin ve ağırlığının artmasına neden olmaktadır. Diğer yandan, konvansiyonel aynalar metallerin temel elektromanyetik özellikleri ile limitlenmişlerdir ve belirli EO sistemlerde kullanılamazlar. Ayrıca, ODM'ler optic çözünürlük ve optik bağlaşımın arasındaki temel ödün nedeniyle performans kaybına uğramaktadır. Metayüzeyler ani faz kaymaları prensibine dayanmaları sayesinde yeni bir optik bileşen çeşidinin geliştirilmesine olanak tanımaktadır. Ancak, metayüzeylerin gerçeklenebilmesi için, tam 0'dan 2π'ye faz değişimini neredeyse tektip genlik değişimi ile sağlayabilen optik rezonatörlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tezde metayüzey optik bileşenleri tasarlamak için, birim hücre optic rezanatör gibi davranan nanoantenler tasarlanmış ve modellenmiştir. Bu metayüzeylerin gerçeklenebilmesi ve optimizasyonu için bir tasarım yöntemi geliştirilmiştir. Daha sonra bu metayüzeyler kullanılarak, orta kızılötesi (OKB) ODM'lerdeki optik bağlaşım ve kontakt aynalardaki zayıf alan lokalizasyonu problemlerine çözüm üretilmiştir. Tam-dalga benzetimleri optik bağlaşımın büyük ölçüde baskılandığını doğrularken, önerilen metayüzey ODM'lerin %1'den az optik bağlaşımının elde edildiğini ve bunun diğer OKB ODM'lerden daha düşük olduğunu göstermiştir. Fakat, metallerin özsel kayıpları yüzünden oldukça düşük verimlilik elde edilebilmiştir (≤ %10). Bu sorunu çözmek için metal nanoantenler dielektrik nanoantenler ile değiştirilmiş ve verimlilik %80'e çıkarılmıştır. Bu ilk yüksek verimlilik, düşük optik bağlaşım metayüzey OKB ODM türüdür. Tam-dalga benzetimleri, metayüzey aynaların kuvvetli alan lokalizasyonunu da doğrulamıştır. Bu tezdeki bulgular, metayüzey ODM ve aynaların gelecek nesil EO sistemlerinin önemi bileşenlerinden olabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Lenses, mirrors and focal plane arrays (FPAs) are among the key components affecting the functionality, performance and cost of electro-optical (EO) systems. Conventional lenses rely on phase accumulation mechanism for bending wavefront of light. This mechanism and the scarcity of transparent materials result in high-complexity, high-cost and bulky EO systems. Conventional mirrors, on the other hand, are limited by the electromagnetic properties of metals and cannot be used in certain EO systems. Also, conventional FPAs suffer the fundamental tradeoff between the optical resolution and optical crosstalk. Metasurfaces, relying on the concept of abrupt phase shifts, can be used to built a new class of optical components. However, for realizing metasurfaces, optical resonators should cover a full 0-to-2π phase shift response with close to uniform amplitude response. In this thesis, to develop these metasurface optical components, nanoantennas that act as unit cell optical resonators were designed and modeled. A design methodology for building and optimizing these metasurfaces using the designed nanoantennas was developed. After obtaining the metasurfaces, we successfully addressed the problems of optical crosstalk in mid-wavelength infrared (MWIR) FPAs and weak field localization in mirror contacts. Full-wave simulations confirmed major crosstalk suppression of the microlens arrays to achieve ≤ 1% optical crosstalk in the proposed metasurface FPAs, which outperforms all other types of MWIR FPAs reported to date. However, due to intrinsic absorption losses in metals, the resulting device efficiency was low (≤ 10%). To solve this problem, metallic nanoantennas were replaced by dielectric nanoantennas and the focusing efficiency was dramatically increased to 80%. This is the first account of high-efficiency low-crosstalk metasurface MWIR FPAs. Full-wave simulations also confirmed the strong field localization of metasurface mirrors that can impose a phase shift response close to 0◦. The findings of this thesis indicate that metasurface FPAs and mirrors are highly promising for future EO systems.
Benzer Tezler
- Active metasurface designs for tunable scattering properties
Ayarlanabilir saçılma özellikleri için aktif metayüzey tasarımları
HASAN ÖNDER YILMAZ
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA AZİZ ALTINKAYA
DOÇ. DR. FATİH YAMAN
- Adaptive metasurface designs for thermal camouflage, radiative cooling, and photodetector applications
Termal kamuflaj, ısınımlı soğutma ve fotodedektör uygulamaları için uyarlanabilir metayüzey tasarımları
EBRU BUHARA
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Reconfigurable ultra-thin acoustic metasurfacefor tunable yet perfect low-frequencyabsorption 同济大
Başlık çevirisi yok
İBRAHİM CANER BAYDUR
- Programlanabilir 2-bit metayüzey ve anten uygulamaları
2-bit programmable metasurface and antenna applications
HASAN YERAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİskenderun Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİN ÜNAL
- Görünür ve kızılötesi spektrumda metayüzey tasarım ve analizi
Design and analysis of metasurface at visible and infraredspectrum
AHMET ÖZER
Doktora
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAMZA KURT