Universally polarization-insensitive achromatic metasurfaces
Evrensel polarizasyon-bağımsız akromatik metayüzeyler
- Tez No: 565472
- Danışmanlar: PROF. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- 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: 70
Özet
Şeffaf optik elemanlar, optik sensörler, ekranlar ve görüntüleme sistemleri gibi birçok modern elektro-optik sistemin anahtar bileşenlerini oluşturur. Geleneksel şeffaf optik elemanların çalışma prensibi faz biriktirmeye dayanır. Çalışma prensiplerinin doğrudan sonucu olarak, bu optik elemanlar belirli alt limitlerin altına inemez. Metayüzeyler, dalga boyundan küçük kalınlıklarda dalga yüzünün tam kontrolüne imkân sağladıkları için, geleneksel optik elemanların yerini alabilir ve onların maruz kaldığı boyut sınırlandırmalarını aşabilir. Metayüzey kavramının ilk örnekleri metal nanoyapılar kullanan plazmonik metayüzeylerdi. Ancak, plazmonik metayüzeyler temel omik kayıplara maruz kaldıkları için şeffaf optik parçalar olarak kullanıldıklarında düşük verimle çalışırlar. Bu durum araştırmacıları elektriksel olarak yalıtkan yapıları kullanmaya yönlendiriyor. Bu yalıtkan malzemelerin kullanıldığı çalışmalar şimdiye kadar genel olarak rezonans ayarlama ve Pancharatnam-Berry (PB) fazı, diğer adıyla geometrik faz, yaklaşımlarına dayanıyor. Verim üzerindeki kısıtlamaları aşmış olsalar da, bu çalışmalarda önerilen ve gösterilen metayüzeyler, ya polarizasyon-bağımlılığından ya da dar bant genişliğinden muzdariptir. Biz bu tezde bu problemlere çözüm olarak iki yeni yaklaşım öneriyoruz. Bu yaklaşımlarımızdan ilkinde, kasıtlı olarak rezonanslardan uzakta silindirik dalga kılavuzları olarak çalıştırılan nanosütunlar kullanılarak polarizasyon-bağımsız akromatik dalga yüzeyi kontrolü başarıldı. Yaklaşımın başarısını ispatlamak için orta kızılötesi bantta çalışan bir metalens tasarlandı. Geniş bir frekans bandında çalışan yüksek verimli polarizasyon-bağımsız odaklama elektromanyetik simülasyonlar aracılığıyla gösterildi. İkinci yaklaşımımızda, ulaşılan bant genişliğini daha da ileriye taşımak ve performansı artırmak için özgün bir mimaride faz elemanları önerildi. Bu faz elemanları kullanılarak dalga yüzeyinin tam faz kontrolü sağlandı. Örnek uygulama ve yaklaşımın geçerliliğinin ispatı olarak birisi orta kızılötesinde diğeri görünür ışıkta çalışan iki adet metalens tasarlandı. Elektromanyetik simülasyonlara dayanarak, önerilen metayüzey ile polarizasyon-bağımsız akromatik odaklama bir kez daha, ama bu defa çok daha geniş frekans bantlarında ve daha yüksek performans değerlerine sahip olarak gösterildi.
Özet (Çeviri)
Transparent optical components constitute the key elements of many modern electro-optical systems including optical sensors, displays and imaging systems. The working principle of conventional transparent optical components rely on gradual phase accumulation. As a direct result of their working principle, these conventional optical components suffer from fundamental limitations on size. Metasurfaces, enabling full wavefront engineering in subwavelength thicknesses, are promising candidates to replace conventional optics and overcome size limitations. Early examples of this concept include plasmonic metasurfaces containing sub-wavelength metallic structures. However, these plasmonic metasurfaces cannot typically reach practically sufficient efficiency levels in transmission mode due to fundamental ohmic losses. This strongly motivates high-efficiency all-dielectric alternatives. These dielectric solutions have thus far been reported to rely on either the resonance tuning or the geometrical (Pancharatnam–Berry) phase. Though remedying the efficiency limitation, unfortunately, these approaches additionally either are impaired with ultra-narrow operation bands or suffer polarization dependency. In this thesis, we propose and demonstrate two new approaches to address these problems. In the first approach of ours, polarization-insensitive achromatic wavefront control is achieved using dielectric nanopillars operated as step-index cylindrical waveguides intentionally away from the scattering resonances. A metalens operating in the mid-wave infrared region of electromagnetic spectrum is shown using these off-resonance waveguiding unit cells as a proof-of-concept demonstration. Polarization-insensitive diffraction-limited focusing over a broad spectral band of operation is confirmed by full electromagnetic simulations. In our second approach, to further increase the performance and bandwidth of dielectric metasurfaces, a novel architecture of these phase elements is proposed. Full phase control of wavefront is achieved using these unit cells. Such metalenses operating in the mid-wave infrared and visible regions are designed as proof-of-concept demonstrations. Full electromagnetic solutions confirmed entirely polarization-insensitive achromatic focusing of the proposed metasurfaces with significantly increased operation bandwidth.
Benzer Tezler
- Üst gelir gruplarının kentte değişen yerseçimi davranışları üzerine bir araştırma: İstanbul örneği
The Changing locational behaviour of high income groups in the city: Case of İstanbul
LAÇİN ERGENEKON
Doktora
Türkçe
2003
Şehircilik ve Bölge PlanlamaDokuz Eylül ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜLYA KOÇ
- Kültür-siyaset ilişkisi: Türk basınında Orhan Pamuk'un nobel ödülü'nü kazanmasının sunumu
Relationship between culture and politics: Presentation of Orhan Pamuk's nobel award in Turkish press
BARIŞ ENGİN AKSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Radyo-TelevizyonAnkara ÜniversitesiRadyo Televizyon ve Sinema Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. D. BEYBİN KEJANLIOĞLU
- Evrensel ekstra boyut ve diğer bazı yeni fizik senaryolarında hadronik FCNC geçişlerinin araştırılması
Investigation of the hadronic FCNC transitions in universal extra dimension and some other new physics scenario
ZEYNEP TAVUKOĞLU
Doktora
Türkçe
2014
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEHBAN KARTAL
DOÇ. DR. KAZEM AZIZI