Elastic light scattering, fluorescence, and Raman spectroscopy of a diamond microsphere
Elmas mikroyuvarın elastik ışık saçılması, fotoışıma ve Raman izge ölçümleri
- Tez No: 473019
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ SERPENGÜZEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Science and Technology, Electrical and Electronics Engineering, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Optoelektronik ve Fotonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 100
Özet
Geçtiğimiz yıllarda ışık ve çeşitli gereçlerden üretilmiş mikroyuvarlar arasındaki etkileşim, yapıya bağlı optik çınlamalar (MDR) olarak adlandırılmış ve incelenmiştir. Mikroçınlaçlar, yüksek nitelik katsayıları (Q-factor) ve dar optik sıklık bantlarına yüksek sayıda ışık kipi sığdırmalarından ötürü çeşitli uygulamalarda kullanılmışlardır. Elektromanyetik dalgaların mikroyuvarlarda yerelleşmesi tam iç yansımayla (TIR) gerçekleşir. Bu mikroyuvarlar ışığın yuvar çevresinde dönmesini, içbükey yüzeyleri ile gerçekleştirerek, fısıldayan geçit kiplerinin (WGM) oluşmasını sağlarlar. Değişik atom örgüsü, güçlü fiziksel özellikleri ve çeşitlilik yaratan optik özelliklerinden dolayı, çeşitli elmas örnekler çeşitli uygulamalarda kullanılmak üzere incelenmiştir. Bilindiği gibi, elmas örgüsünün içine yerleşmiş azot boşluk özekleri (NV), yan yana bulunan iki kömür atomunu elmas örgüsünden çıkartarak oluşurlar, böylece NV- özeğinde bir fazla elektron bulunur. Bu tezde, çeşitli elmas örnekler ve bir elmas mikroyuvar ile Raman ve fotoışıma izgeölçümleri yapılmıştır. İki tür izgeölçümü için kullanılan deney düzenekleri sunulmuştur. NV0 ve NV- özeklerinden 575 nm ve 637 nm olmak üzere, iki sıfır fonon çizgisi ışıması ile bunları izleyen fonon yanbant ışımaları gözlemlenmiştir. 532 nm lazer kaynağı kullanılarak gözlemlenen Raman saçılmasından ise 572 nm (1332.25 cm-1) de esnek olmayan saçılma görülmüştür. Bu Raman kayması sp3 düzeninde bağ yapan C-C atomlarınca oluşur. sp2 düzenindeki C-C bağları ise 576 nm'de Raman kayması (1444.56 cm 1) yapar. Fotoışıma izgeölçümü kullanılarak elmas içindeki safsızlık, elmasın türü ve C-C bağlarının durumu bulunabilir. Elmas mikroyuvardan 90º'de esnek saçılma yapan WGM çınlaması kızılaltı uzakiletim (Telekom) dalgaboyu olan 1426,1 - 1427,42 nm arasında enine elektrik (TE) ve enine manyetik (TM) kutuplu bir lazerle ölçülmüştür. Gözlemlenen en yüksek nitelik katsayısı Q factor 104 ve ölçülen kip aralığı 0,332 nm'dir. Dalgaboyu değiştirilebilen sürekli uyarma lazeri ile elmas küre arasındaki bağlaşma, bir optik lif yarı bağlaştırıcıyla (OFHC) gerçekleştirilir. Sonuçta, elmas kendisine özgü optik özelliklerinden dolayı eşi benzeri olmayan değerli bir taştır. Bu eşsiz özellikleri küre yapısında kullanmak farklı uygulamalara yol açabilir. Bu bağlamda, 1 mm çapındaki elmas mikroyuvarının etrafında dönen ışık yardımıyla oluşan fısıldayan geçit kiplerinin, kip aralığı ve nitelik faktörü gibi özelliklerinin incelenmesi büyük bir önem taşır. Böyle bir elmas mikroçınlaç optik sıklık tarağı üreticisi veya NV lazer mikroçınlacı olarak kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
Over the past decades, morphology dependent resonances, the optical resonances occurring by the interaction of light with microspheres of various materials, were vastly investigated. Spherical microcavities have diverse applications due to their high concentration of modes in small volumes at optical frequencies and high Q factors. The localization of the electromagnetic waves inside the microsphere is realized by total internal reflection. Microspheres provide the concave surface for light to circumnavigate around the microcavity, giving rise to whispering gallery modes. Because of its unique lattice structure, robust physical properties, as well as its distinctive optical properties, different forms of diamond were vastly investigated for various applications. As is well known, nitrogen vacancy (NV) centers inside the diamond lattice give rise to such applications by replacing two carbon atoms by one nitrogen atom and a vacancy, that yields a floating electron at the NV- center. In this thesis, Raman and photoluminescence spectroscopy is performed with various diamond samples including a diamond microsphere. The measurement setup is presented for both spectroscopies. NV centers exhibit 575 nm or 637 nm zero phonon lines along with their corresponding phonon side bands depending on the charge state of the point defect, NV0 and NV-, respectively. A 572 nm inelastic Raman scattering (1332.25 cm-1) is observed with 532 nm excitation laser due to the vibrational state of carbon-carbon bonds with sp3 configuration, whereas sp2 hybridization (1444.56 cm-1) yields inelastically scattered photons with 576 nm wavelength. It is possible to identify the main impurities within the diamond lattice, and confirm the carbon-carbon bonds with spectroscopic techniques. In addition, the demonstration of a diamond microsphere whispering gallery modes resonator in the standard telecom wavelengths between 1426.10 nm and 1427.42 nm in the 90° elastic light scattering for both transverse magnetic and transverse electric polarizations is realized. The highest measured whispering gallery mode Q-factor is on the order of 104, and the mode spacing 0.332 nm for both transverse polarizations. The coupling of the continuous wave tunable infrared excitation laser to the diamond microsphere is achieved by a single mode silica optical fiber half coupler. All in all, diamond is a unique material with particular optical properties. Utilizing such properties in a spherical morphology can give rise to distinctive applications. It is essential to observe the aspects of the whispering gallery modes created by the light circumnavigating a diamond microsphere such as mode spacing and Q-factor to classify the properties of a 1 mm synthetically grown spherical diamond microresonator. Such a diamond resonator can further be used as stable optical frequency comb generators or lasing microcavities by exploiting the nitrogen vacancy centers present within the lattice of the diamond.
Benzer Tezler
- Elastic and inelastic scattering enhanced spherical and rectangular silicon photodiodes in amorphous and crystalline liquids
Kristal ve amorf sıvılarda elastik ve elastik olmayan saçılma ile desteklenmiş yuvarlak ve düz yüzeyli silisyum ışık algılayıcıları
Muhammad Hamza Humayun
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiOptoelektronik ve Fotonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. ALİ SERPENGÜZEL
- Floresans yaşam zamanı kullanarak polimerik jellerin şişme mekanizmalarının incelenmesi
Investigation of swelling mechanisms of polymeric gels by using fluorescence lifetime
MATEM ERDOĞAN
Doktora
Türkçe
2003
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖNDER PEKCAN
- Investigation of the molecular level interactions between mucins and food protein: Spectroscopic, tribological and rheological studies
Başlık çevirisi yok
HİLAL YILMAZ ÇELEBİOĞLU
- Elastic light scattering from silica and silicon microresonators
Silis ve silisyum mikroçınlaçlardan esnek ışık saçılımı
ERSİN HÜSEYİNOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ SERPENGÜZEL
- Elastic light scattering and modulation from solid microspheres in liquids
Sıvı içindeki katı mikroyuvarlardan elastik ışık saçılması ve kiplenmesi
HUZEYFE YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ SERPENGÜZEL