Chiral resonators: Selected electromagnetic and optomechanic applications in microwave and plasmonics
Kiral rezonatörler: Mikrodalga ve plazmonik dalgaboylarında seçilmiş elektromanyetik ve optomekanik uygulamalar
- Tez No: 492515
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KAAN GÜVEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 80
Özet
Bu tez, kiral bir rezonatör yapısın mikrodalga ve plazmonik (optik) dalgaboylarındaki seçilmiş elektromanyetik ve optomekanik özelliklerinin araştırılması üzerine yapılmıştır. Tezin birinci bölümü, kanonik sarmal adlandırılan kiral bir rezonatör yapısının mikrodalga C-bandında (5-8 GHz) elektromanyetik tepkilerini sistematik araştırılmasından oluşmaktadır. Kanonik sarmal, elektromanyetik metamalzemelerde temel yapı taşı olan yarıklı halka rezonatörlerinin kiral bir uzantısı olarak en basit sarmal yapıdır. Kanonik sarmal yapının tekli ve çiftli olarak farklı konfigürasyonlarının elektromanyetik tepkisi, deneysel ve sayısal olarak çalışılmıştır. Özellikle çift yapıların eş ya da zıt kiral sarmallardan oluşmasına göre elektromanyetik tepkinin nasıl ve neden değiştiği üzerinde durulmuştur. Bunu takiben, eş ya da zıt kiral sarmal çiftlerinin doğrusal evresel sıralanmasıyla oluşan zincir yapılar dalga kılavuzu içine konularak, dalga kılavuzunun geçirgenlik bandında oluşan kiral bağımlı yasak bantların oluşumu incelenmiştir. Deney ve simülasyonlardaki iyi uyuma dayanarak aşağıdaki bulgular vurgulanmaktadır: (i) Aynı frekansta elektrik ve manyetik uyarılma gösteren optimal kanonik sarmal yapılar tasarlanmış ve üretilmiştir. (ii) Çiftli yapıların gösterdiği rezonansın iki farklı moda ayrılması durumunda baskın çiftlerinde düşük (yüksek) frekansta oluştuğu gösterilmiştir. (iii) Kanonik sarmal çiftlerinden oluşan zincirlerin, tek bir sarmal çiftin iki farklı mod frekansında yasak bantlar oluşturduğu gösterilmiştir. Bu yasak bantlar, çiftler arası etkileşen sarmallar aynı kiral yapıda olduğunda yüksek frekans bandında, zıt kiral yapıda olduğunda düşük frekans bandında baskın hale gelmektedirler. Tezin ikinci bölümü optik dalgaboylarında plazmonik rezonans davranışı gösteren kanonik sarmallara etkiyen optik kuvvetlerin araştırılmasını kapsamaktadır. Bu kuvvetlerin kiral seçici optik tuzaklama ve optomekanik bağ oluşturma uygulamaları olabilir. Bu kapsamda, tek ve çift sarmal yapılarında doğrusal polarizasyonda ışık uyarılması altında oluşan optik kuvvetin bileşenleri hesaplanmıştır. Bu hesaplar sarmalların altında düz metal bir yüzey olması durumu için tekrarlanmıştır. Bu çalışmalar kuramsal ve sayısal metotlarla gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ana bulguları, sarmal çifti yapılarında polarizasyona dik yanal yöndeki bağıl kuvvetin kiral seçici olduğunu göstermiştir: Buna göre zıt kiral sarmal çiftleri çekici kuvvet ile bağlanırken, eş kiral çiftleri zıt kuvvet ile birbirini itmektedir. Uyarıcı ışığın yayılım yönünde tekli veya çift sarmal yapıya etkiyen kuvvet kiral özelliklerinden bağımsız bulunmuştur. Metal yüzeyin varlığı, sarmal rezonatör yapılar için yüzeye doğru güçlü bir çekici kuvvet oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis investigates selected electromagnetic and optomechanic properties of chiral resonator structures in the microwave and plasmonic (optic) regime, respectively. The first part of the thesis focuses on the systematic study of the electromagnetic response of canonical spiral shaped chiral resonators in the microwave regime. Canonical spiral provides a chiral extension of the split ring resonator which is a well-known building element of the electromagnetic metamaterials. Various configurations of single and coupled chiral resonators are studied experimentally and computationally. In particular, the role of chirality in coupled configurations consisting of same-handed and opposite handed (enantiomeric) canonical spirals is investigated. Within a waveguide one-dimensional periodic arrays of canonical spirals with same or alternating handedness, that give rise to chirality-dependent band gaps within the transmission band of the fundamental mode of the waveguide are constructed. Based on a good agreement between experiments and simulations the following results are prominent: (i) optimal canonical spirals are fabricated which exhibit both electric and magnetic dipole excitation at the same resonance frequency. (ii) resonance splitting of coupled spirals show that the lower (higher) mode is stronger for spiral pairs of same (opposite) handedness. (iii) chains of spiral pairs exhibit chirality selective stop bands respectively at the lower and upper frequency modes of an individual spiral pair. A chain with uniform helicity opens a gap at the high frequency mode whereas a chain consisting of enantiomer pairs opens a gap at the lower frequency mode. The second study involves the optomechanical effects of canonical spiral chiral plasmonic resonators which can be utilized for chirality selective optical trapping and binding functionalities. The spectra of the optical force components that act on a single or coupled spiral system under plane-wave excitation are computed. We then repeat the calculations in the presence of a planar metal surface in the vicinity of the spirals. This study is based on a theoretical and computational (simulation-based) framework. The major outcomes of this part are that for spiral pair the relative lateral force perpendicular to the incident polarization direction are chirality dependent. The same handed spiral pair tends to bind by an attractive force, whereas the opposite handed pair repel each other. The optical force acting in the direction of the light propagation on the single or coupled spiral pair is independent of the chirality. The presence of the metal substrate generates a strong attractive force towards the metal surface on the spiral resonators.
Benzer Tezler
- Π şekilli metamalzemeler kullanılarak doğal ve yüksek değerlikli bakışımsız ortam elde edilmesi
Realization of natural like and strong chirality by using π shaped resonators
OĞUZ DERİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİskenderun Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHARREM KARAASLAN
- Metamalzeme tabanlı çok amaçlı sensör uygulamaları
Metamaterail based multifunctionnal sensor applications
HATİCE ÜNAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMustafa Kemal ÜniversitesiEnformatik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OĞUZHAN AKGÖL
- Farklı tip bakışımsız metamalzemelerin elektromanyetik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of different type chiral metamaterials' electromagnetic properties
SELVA BAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMustafa Kemal ÜniversitesiEnformatik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUHARREM KARAASLAN
- Bakışımsız metamalzemelerin elektromanyetik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of electromagnetic properties of chi̇ral metamateri̇als
İBRAHİM ÇÖMEZ
Doktora
Türkçe
2016
Fizik ve Fizik MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FARUK KARADAĞ
DOÇ. DR. MUHARREM KARARASLAN
- Investigation of near field effects on retrieval of electromagnetic properties of chiral metamaterials and coupling effects of nearby metamaterials
Kiral metamalzemelerin elektromanyetik özelliklerinin belirlenmesinde sınır etkilerinin ve birbirine komşu olan metamalzemelerde kuplaj etkisinin incelenmesi
MUSA BUTE
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR CEM HASAR