Novel methods in modulation and detection of terahertz waves for imaging applications
Görüntüleme uygulamaları için özgün terahertz modülasyon ve algılama yöntemleri
- Tez No: 506099
- Danışmanlar: PROF. DR. HAKAN ALTAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 134
Özet
Terahertz radyasyonu, özgün nitelikleri sayesinde, güvenlik ve savunma, iletişim, malzeme karakterizasyonu, kalite kontrol ve tıbbi görüntüleme gibi çeşitli alanlarda uygulama olanakları sunmaktadır. Tüm bu alanlarda, maliyet etkin, yüksek çözünürlüklü ve yüksek hızlı terahertz görüntüleme, çok istenen bir teknolojidir. Bununla birlikte, terahertz tespiti ile ilişkili doğal zorluklar nedeniyle, tüm bu şartları yerine getiren bir terahertz görüntüleme sistemi oluşturmak, yeni dedektörlerin, bileşenlerin ve görüntüleme yöntemlerinin geliştirilmesini gerektirmektedir. Bu tez çalışmasında, maliyet etkin, yüksek çözünürlüklü ve yüksek hızlı bir terahertz görüntüleme sisteminin geliştirilmesi amacıyla terahertz dedektörleri, modülatörleri ve görüntüleme yöntemlerini geliştirmek için yapılan çalışmalar sunulmaktadır. Terahertz radyasyonun maliyet-etkin tespiti için, neon gösterge lambalarının parlama deşarj detektörleri olarak kullanımı araştırılmış ve piyasada bulunan yüksek maliyetli dedektörlerle karşılaştırılabilir bir tepki elde edilmiştir. Bir Schottky diyot çarpmalı kaynak ve lock-in teknikleri kullanılarak, parlama deşarj detektörlerinin davranışları, 0.260 THz ila 0.380 THz aralığında, 90 kHz modülasyona kadar incelenmiştir. Ayrıca, bu detektörlerin polarizasyon hassasiyeti ve geçirgenliği de bu aralıkta ölçülmüştür. Genel olarak, bu araştırmalardan elde edilen sonuçlar, modülasyon frekansının 1 kHz ila 90 kHz arasındaki artışıyla saptanan sinyalde iki kat artışa işaret etmektedir. Ayrıca, ölçümler bu dedektörlerin iç geometrisinin terahertz radyasyon ile etkileşimlerini önemli ölçüde etkilediğini ve bazı gösterge lambalarının daha iyi performans gösterdiğini göstermektedir. Terahertz dalgalarının mekansal modülasyonu için grafen ve vanadyum dioksit kullanan cihazlar karakterize edilmiştir. Ayrıca, bu cihazlara meta-malzemelerin ve frekans seçici yüzeylerin bağlanması incelenmiştir. 0.370 THz'de % 98 modülasyonu sağlayan grafen tabanlı ayarlanabilir bir THz kavitesi için deney sonuçları sunulmaktadır. Bunun yanında, THZ dalgalarının şekli seçilebilir ve voltaj kontrollü geniş bant modülasyonunu mümkün kılan grafen bazlı bir uzaysal ışık modülatörü araştırılmıştır. Bunlara ilaveten, uzamsal ışık modülatöründe frekans seçiciliği frekans seçici yüzeyler ve meta-malzemeler grafene bağlanarak elde edilmiştir. Ayrıca, sıcaklık kontrollü terahertz modülasyonu yapabilen ve frekans seçiciliğine sahip olan bir vanadyum dioksit esaslı meta-malzeme, deneysel olarak gösterilmektedir. Son olarak, duvarların arkasına veya diğer görünür spektrumda görüşe izin vermeyen engellerin arkasına gizlenmiş nesneleri görüntülemek için bir terahertz görüntüleme sistemi kurulmuştur. Sıkıştırılmış algılama yöntemiyle, geleneksel piksel tarama yöntemlerine kıyasla iki kattan fazla hız artışı gösterilmiştir. Ayrıca, boyut olarak on kat azaltılarak hız artışı sağlayan yeni bir uzamsal ışık modülatörü sunulmuştur. Bunların yanında, grafen bazlı uzamsal ışık modülatörünü kullanan, elektrik kontrollü terahertz görüntüleme sistemi de gösterilmektedir.
Özet (Çeviri)
Terahertz radiation, due to its unique properties offers a plethora of possibilities of applications in various domains including security & defense, communications, material characterization, product inspection and medical imaging. In all these fields, cost-effective, high-resolution, and high-speed terahertz imaging is a greatly desired technology. However due the inherent challenges associated with terahertz detection, building a terahertz imaging system that satisfies all these requirements necessitates the development of novel detectors, components, and imaging methods. In this thesis, we present the work done to advance terahertz detectors, modulators and imaging methods, towards the aim of developing a cost-effective, high-resolution, and high-speed terahertz imaging system. For the cost-effective detection of terahertz radiation, we investigate the use of neon indicator lamps as glow discharge detectors and achieve response comparable to commercially available high-cost detectors. Using a Schottky diode multiplied source and lock-in techniques behavior of glow discharge detectors up to 90 kHz modulation is investigated in the range from 0.260 THz to 0.380 THz. Besides, polarization sensitivity and transmittance of these detectors are also measured in this range. Overall, results obtained from these investigations suggest up to a twofold increase in detected signal as the modulation frequency increases from 1 kHz to 90 kHz. Furthermore, the measurements show that internal geometry of these detectors influences their interaction with terahertz radiation significantly and certain types of indicator lamps perform much better. For spatial modulation of terahertz waves, devices utilizing graphene and vanadium dioxide are characterized. Also, the coupling of metamaterials and frequency selective surfaces to these devices are studied. We present the experimental results for a graphene-based tunable THz cavity that provides %98 modulation at 0.370 THz. Also, a graphene-based spatial light modulator, capable of enabling broadband modulation of THz waves with voltage controlled patterns is investigated. Besides, we achieved frequency selectivity in the spatial light modulator by coupling it to frequency selective surfaces and metamaterials. Furthermore, a vanadium dioxide based metamaterial is shown experimentally to have frequency selectivity and temperature controlled transmissivity. Finally, we give experimental results of four different terahertz imaging systems which were set up to see objects hidden behind and inside walls and other visibly opaque obstructions. We show more than two times increase in speed compared to conventional pixel scanning methods, through the use of compressed sensing. Besides, we present a novel superimposed spatial light modulator that enables up to ten times reduction in size and increase in speed. Furthermore, by using the graphene-based spatial light modulator, we demonstrate an electrically controlled terahertz imaging system.
Benzer Tezler
- Functional nanoplasmonic devices and novel photonic materials
İşlevsel nanoplazmonik aygıtlar ve yeni fotonik malzemeler
ENES BATTAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ KEMAL OKYAY
- Radar pulse repetition interval recognition and real-time detection under non-gaussian noise
Darbe tekrarlama aralığı tanıması ve gauss olmayan gürültü altında gerçek zamanlı tespiti
BORA COŞKUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET EMRE ÇEK
- Deep learning aided data detectionfor future wireless communication systems
Gelecek nesil telsiz haberleşme sistemleri içinderin öğrenme yardımıyla data tespiti
MERVE TURHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN
- Bilişsel radyoda özdeğer tabanlı spektrum sezme yöntemleri
Eigenvalue based spectrum sensing techniques for cognitive radio
SERDAR İNGÖK
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. ERTUĞRUL ÇELEBİ
- A robust framework covering measures developed using EVM metric against jamming attacks in next-generation communication systems
Yeni nesil haberleşme sistemlerinde karıştırma saldırılarına karşı EVM metriği kullanılarak geliştirilen önlemleri kapsayan güçlü bir çerçeve
CEM ÖRNEK
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT KARTAL