Light‒matter interaction in photonic cavities
Fotonik kavitelerde ışık‒madde etkileşimi
- Tez No: 632594
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET NACİ İNCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 204
Özet
Bu tezde, özgün birkaç fotonik platformdaki ışık‒madde etkileşimi, zamana bağlı flüorışıma ömür ölçüm tekniği kullanılarak, teorik ve nümerik analizler göz önünde bulundurularak, araştırılmıştır. Önce, zayıf kuplaj rejimi altında, optik modların baskılanması sağlanarak, CdTe/CdS kuantum noktalarında spontane ışık yayılımının önlenmesi için, yalın sızıntılı modlara imkan veren kama şeklinde fotonik bir nanokavite önerilmiştir. Böylece, ilk kez, düşük Q-faktörlü bir fotonik yapı kullanılarak inhibe edilmiş spontane emisyon oranı elde edilmiştir. İkinci çalışma olarak, flüorışıma ömür görüntüleme tekniği ile, tek bir PEG nanofiber içine ilave edilmiş BODIPY boya moleküllerinin spontane geçiş oranı çalışılmıştır. Nanofiber bağıl neme maruz bırakılarak şişmesi sağlanmış, bunun sonucunda, hapsedilmiş boya moleküllerinin spontane emisyon oranının, tıpkı etkin bir optik anahtarlama mekanizması şeklinde, periyodik olarak arttığı ve azaldığı gözlenmiştir. Üçüncü fotonik platformda ise, kısmen altın nanoparçacıklarla kaplanmış, CdTe kuantum noktaların ilave edildiği bir nanofibere hapsedilmiş hibrit modun, düşük Q-faktörlü fotonik-plazmonik bir nanokavitedeki flüorışıma yayıcıların spontane emisyon dinamiğinin değişimi üzerindeki kritik rolü, bu tezde ilk defa keşfedilmiştir. Bunu takiben, polimer bir mikrofiberin yüzeyinde gömülü duran içi boş silindirik nanokaviteler kimyasal olarak oluşturulmuş, mikrofiberin içi de ışıma yapan perovskit nanotellerle donatılmıştır; mikrofiber tarafından desteklenen fısıldayan galeri modların elektromanyetik alanının, içi boş silindirik nanokavitelerin sınırları ile etkileşimi sonucu elde edilen ışık lokalizasyonu, flüorışıma yayıcıların emisyon dinamiklerini anlamlı bir şekilde değiştirdiği görülmüştür. Son olarak, yoğun ışık lokalizasyonu ile flüorışıma yayıcıların spontane emisyon oranını güçlü bir şekilde arttırmak için, klasik fotonik kavitelere alternatif olarak, polimer bir ortamda rastgele konumlandırılmış hava baloncukları ile oluşturulan, tamamen üç boyutlu düzensiz bir ortamda, ışık dalgalarının enine Anderson lokalizasyonu oluşturması sonucu, optik kavite benzeri bir yapı başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, light‒matter interaction in several novel photonic platforms are investigated by time-resolved fluorescence lifetime measurements along with their theoretical and numerical analyses. Firstly, a simple leaky-mode wedge-type photonic nanocavity is proposed for the inhibition of spontaneous light emission of the CdTe/CdS quantum dots (QDs) by enforcing the suppression of optical modes under the weak coupling regime. Thus, for the first time, the inhibited spontaneous emission rate is achieved using a low Q-factor photonic structure. Secondly, a fluorescence lifetime imaging technique is employed to investigate the spontaneous transition rate of the BODIPY dye molecules, which are doped in a single PEG nanofiber. The spontaneous emission rate of the confined dye molecules is observed to inhibit and enhance periodically upon swelling of the nanofiber through its exposure to relative humidity, suggesting an efficient optical switch mechanism. In the third photonic platform, the critical role of the confined hybrid mode in a CdTe QDs-doped single nanofiber, which is partially decorated by gold nanoparticles, on the modification of the spontaneous emission dynamics of the fluorescent emitters in a low Q-factor photonic-plasmonic nanocavity is explored for the first time. This is followed by chemically growing hollow cylindrical nanocavities on the surface of a single polymer microfiber, which is uniformly doped with perovskite nanowires; the assembly is employed for the localization of light to meaningfully alter the emission rate of the fluorescent nanowires; due to interaction of the electromagnetic field of the whispering gallery modes, supported by the microfiber, with the boundaries of the cylindrical hollow nanocavities. Finally, a quasi-optical cavity, originating from the transverse Anderson localization of the light waves in an entirely three-dimensional disordered medium, formed by polymer medium with randomly positioned air bubbles, is realized as an alternative to conventional photonic cavities for the intense light localization to strongly enhance the spontaneous emission rate of the fluorescent emitters.
Benzer Tezler
- Çizgi kusurlu fotonik kristal dalga kılavuzlarına ışığın bağdaştırılması
Coupling of light into line defect photonic crystal waveguides
OSMAN ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARIŞ AKAOĞLU
- Fotonik yapıların eniyileme algoritması ile tasarımı
Designing photonic structures by using an optimization algorithm
EMRE BOR
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAMZA KURT
YRD. DOÇ. DR. MIRBEK TURDUEV
- Geniş bant haberleşme uygulamaları için fotonik entegre devrelerde kullanılabilecek nano ışık kaynaklarının manyetik purcell etkisi ile tasarımı
Design of nano light sources with magnetic purcell effect that can be used in photonic integrated circuits for wideband communication applications
ŞUANUR KABA
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİskenderun Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAKUP HAMEŞ
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDEM ASLAN
- Fotonik kristal dalga kılavuzları ve yavaş ışık elde edilmesi
Photonic crystal waveguides and slow light generation
FULYA BAĞCI
Doktora
Türkçe
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARIŞ AKAOĞLU
- Implementation of strong light-matter interaction for fabrication and light management of thin crystal silicon solar cells
İnce kristal silisyum güneş hücrelerinde üretim ve ışık yönetimi için yoğun ışık-madde etkileşimi uygulaması
MONA ZOLFAGHARI BORRA
Doktora
İngilizce
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPAN BEK