Optical microfluidic waveguides and solution lasers of colloidal semiconductor quantum wells
Koloidal yarıiletken kuantum kuyularının optik mikroakışkan dalgakılavuzu ve sıvı lazerleri
- Tez No: 641355
- Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR, PROF. DR. EMİNE YEGAN ERDEM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
Mikroakışkanlar, bakım-noktası-sistemleri, çip üzerinde laboratuvar (LOC) cihazları ve ilaç dağıtımı ve ayrıştırılması gibi birçok uygulama sunan önemli bir teknoloji platformu haline gelmiştir. Bu teknolojinin tam potansiyeline ulaşması için ve uygulama yelpazesini genişletmek amacıyla birçok bileşen kullanılmakta ve iyileştirilmesi üzerine çalışılmaktadır. Mikroakışkanların önemli uygulamalarından birisi de mikroakışkan lazerlerdir. Mikroakışkan lazerler akış sitometrisinde sensor olarak ve kimyasal ve biyolojik reaksiyonları kontrol ederken ışık kaynağı olarak kullanılmaktadır. Literatürde, florosan boyaların kullanıldığı mikroakışkan sıvı-sıvı dalga kılavuzlarında lazer ışıması ve çoğaltılmış anlık ışıma bildirilmiştir. Bu cihazların performansı lazer için arzu edilen optik özelliklere sahip olan nano-levhalar olarak da bilinen kolloidal yarıiletken kuantum kuyuları kullanılarak önemli ölçüde geliştirilebilir. Bu tez çalışmasında, önceki çalişmalardan farklı olarak, polidimetilsiloksan (PDMS) ile kapsüllenmiş bir mikroakışkan kanalda Fabry-Pérot boşluğu kullanılarak koloidal nano-levhalar ile sıvıda-lazer elde edilmiştir. Mikroakışkan cihazlar yumuşak litografi kullanılarak imal edilmiştir ve nano-levhalardan optik kazancın gözlemlenmesi için bir platform olarak kullanılmıştır. Üretim kolaylığı, çözücü uyumluluğu, şeffaflık ve bulunabilirlik gibi birçok avantajı nedeniyle PDMS mikroakışkan cihazımız için temel malzeme olarak seçilmiştir. PDMS esnek yapısı sayesinde lazer ortamının mikroakışkan ağlara kolay entegrasyonunu sağlayabilir. Rekor seviyede düşük optik kazanç eşikleri kılcal ve basınçla çalışan akışlar kullanılarak elde edilmiştir. Tek modlu kırmızı lazer ışımaları kılcal kuvvetler kullanılarak çip üstü Fabry-Pérot çınlaç yapısında gösterilmiştir. Basınçla çalışan akış kullanılalarak, sıvı-sıvı dalga kılavuzundan optik kazanımın gözlenmiştir. Bu mikro-fabrikasyon yöntemiyle elde edilmiş nano-levha bazlı sıvı lazerler, mikroakışkanlar ve tümleşik optik uygulamaları için kompakt ve ucuz ışık kaynakları olmaya adaydır.
Özet (Çeviri)
Microfluidics has become an important technology platform offering many applications including point-of-care systems, lab-on-a-chip (LOC) devices, and drug delivery and separation. For this technology to reach its full potential, many improvements and components are being heavily researched and utilized to help broaden the range of its applications. One such important application is the implementation of lasers in microfluidic networks. Microfluidic lasers are being employed as sensors and light sources for use in chemical and biological reaction promoting and flow cytometry. Microfluidic amplified spontaneous emission (ASE) and lasing using fluorescent dyes embedded in liquid-liquid waveguides has been previously reported. The performance of these devices may be significantly improved using colloidal semiconductor quantum wells, also known as nanoplatelets (NPLs), which possess optical properties desirable for lasing. In this work, different than previous works, optical microfluidic waveguides and solution lasers of NPLs are proposed and demonstrated. To this end, a Fabry-Pérot cavity is created in a microfluidic channel encapsulated with polydimethylsiloxane (PDMS) to achieve in-solution lasing with NPLs. The microfluidic devices are fabricated using soft lithography and implemented as a platform for observing optical gain from NPLs. Because of its many advantages over other materials for microfluidic devices, such as its ease of fabrication, solvent compatibility, transparency and availability, PDMS is chosen as the base material for our microfluidic device. Combined with the desirable optical properties of the NPLs, PDMS can provide easy integration of laser media into flexible microfluidic networks. Using capillary as well as pressure-driven flows, record low optical gain thresholds were achieved. Using capillary forces, single-mode lasing was demonstrated on an on-chip Fabry-Pérot cavity from red-emitting NPLs. The use of pressure-driven flow allowed for the observation of gain from a liquid-liquid waveguide. These microfabricated NPL solution lasers have the potential to provide compact and inexpensive coherent light sources for applications in microfluidics and integrated optics.
Benzer Tezler
- 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
- Plazmonik ve opto-akışkan platformların teorik, hesaplamalı ve deneysel yöntemlerle incelenmesi
Theoretical, computational and experimental studies on plasmonic and optofluidic platforms
YAĞIZ MOROVA
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELÇUK AKTÜRK
- In-chip devices fabricated with nonlinear laser lithography deep inside silicon
Doğrusal olmayan lazer litografisi ile silisyum içerisinde yonga-içi aygıtların üretilmesi
AHMET TURNALI
Doktora
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR TOKEL
- Reduced hardware complexity for viscosity measurements by optical knife-edge detection on micropillar-based microfluidic chips
Mikrosütun tabanlı mikroakışkan çipler üzerindeki optik bıçak kenarı tespiti ile viskozite ölçümleri için azaltılmış donanım karmaşıklığı
EZGİ ŞENTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET CAN ERTEN
DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU
- Ultrahigh resolution optical spectroscopy of liquid microdroplets using tapered optical fiber waveguides
Süperhidrofobik yüzey üzerinde duran sıvı mikrodamlaların inceltilmiş optik fiber ile ultrayüksek çözünürlükte optik spekstroskopisi
YASİN KARADAĞ
Doktora
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER KİRAZ