Near-field inter-coupled cell-less metasurface fabrics and their applications
Yakın-alan komşu-bağlaşımlı hücresiz metayüzey doku ve uygulamaları
- Tez No: 685324
- Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- 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
Metayüzeyler, doğal alanda mevcut olmayan, isteğe bağlı işlevsellikleri gerçeklemek için tasarlanmış, dalgaboyu-altı kalınlığında yapay yapılardır. Hem işlevsellik hem de çalışma aralıkları bakımından farklılık gösterebilirler ve buna dayalı olarak geniş bir uygulama alanında tasarlanmaya elverişlidirler. İşlevsellikleri ve çalışma aralıkları fark etmeksizin metayüzeylerin arkasındaki temel amaç, üstün hassasiyet ve verimliliğe sahip cihazlar oluşturmak için çevreleyen elektromanyetik manzarayı işlemektir. Geleneksel tasarım rutinleri ve mevcut yüksek indeksli malzemelerle bu, geçtiğimiz on yılda uzun dalgaboyu limitinde elde edilmiştir. Bununla birlikte, daha yüksek frekanslarda uygun özelliklere sahip doğal malzemelerin olmaması, talep edilen faz cephesinin birbirinden bağımsız olarak oluşturulmuş“meta-hücreler”veya alternatif olarak“meta-atomlar”olarak adlandırılan nanoyapılar tarafından örneklenmesini prensip edinmiş ana akım yaklaşımlar için tasarım alanını sınırlar. Artan frekanslarla, ideal olarak ulaşılmaya çalışılan kesintisiz-değişimli etkin kırıcılık indisi yüzeyi ile ayrık noktalarda örneklenmiş basamaklı-değişen indis yüzeyi arasındaki tutarsızlık artar ve istenmeyen saçılmalara sebebiyet verir. Ek olarak, tasarımlarda kullanılan ölçeklerin küçülmesi ile, istenen yüzeylerin oluşumu için kullanılan meta-atomların birbirlerinden bağımsız cevaplara sahip olmasına dayanan tasarım yöntemleri geçerliliklerini kaybetmekte ve üretilen faz yüzeylerinde oluşan örgüsel kaynaklı hatalar giderilememektedir. Bu tezde, yeni bir metayüzey sınıfı olarak kesintisiz bir doku olarak tasarlanmış özdeş saçıcıların yakın alan bağlaşımına dayanan yüksek verimli meta-yüzeyler önerilmiştir. Hücreler arası etkileşmeleri faz bozunumu olarak gören geleneksel yaklaşımın aksine, önerdiğimiz metodoloji en yakın komşular arasında yakın alan bağlaşımını kullanır ve topolojik hatalara karşı duyarsız, geniş ölçeklerde uygulanabilir örgü oluşturma şemalarını mümkün kılar. Bu özellikleri sayesinde, önerdiğimiz metodoloji optik tüketim ürünlerinin daha da küçültülmesine yönelik fırsatlar sunar. Kontakt lens ve akıllı telefon kameraları gibi ticarileştirmeye yatkın alanlarda yüksek talep gören ve meta-yüzeylerle yaratılmaya çalışılan işlevlerden biri, görünür dalgaboylarında verimli ve akromatik odaklamadır. Ancak literatürdeki örnekler ne geniş bant performansı ne de verimlilik açısından yeterli değildir. Önerdiğimiz faz edinim yaklaşımımız homojen olmayan saçılmaları etkin bir şekilde ortadan kaldırırken, istenilen işlevselliğin tasarım prosedürünü, kesintisiz bir dokudaki yakın-komşu uzaklıklarını gereken faz yüzeyine göre belirlemeye indirgemektedir. Burada, önerdiğimiz metodoloji ile tasarladığımız, tüm görünür spektrum boyunca çalışan, kırınım-sınırına-yakın odaklanmaya sahip bir silindirik ve bir dairesel akromatik metayüzey lens (metalens), örnek uygulama ve yaklaşımın geçerliliğinin kanıtı olarak ortaya çıkarılmıştır. Kullanılan yaklaşımın geçerliliği hem dalga kılavuzu çözümleri hem de tam elektromanyetik hesaplamalar ile doğrulanmıştır. Tasarlanan iki yapının da üstün verimliğe sahip oldukları görülürken, dairesel metalensimiz polarizasyondan bağımsız bir şekilde, silindirik metalens tasarımımız ise tasarım polarizasyonunda artırılmış olarak üstün verimliliğe sahiptir. Bu bulgular, yakın-alan komşu-bağlaşımlı hücresiz metayüzey dokularımızın bir küçültülmüş ve verimli optik cihaz oluşturma taslağı olarak uygulanabilirliğini kanıtlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Metasurfaces are subwavelength-thick artificial structures with engineered responses, designed to provide functionalities that do not exist in the natural domain. Their application areas are broad and vary in both functionality and operation regime. Across all functionalities and regimes, the fundamental purpose behind the metasurfaces is to manipulate the surrounding electromagnetic landscape to form devices with superior sensitivity and efficiency. With conventional design routines and available high-index materials, this was achieved across longer wavelengths in the past decade. However, the lack of suitable materials in the higher frequencies limit the design space for the mainstream approaches that discretize the phase surface with the help of independent nanostructures, dubbed as“meta-cells”or alternatively“meta-atoms”. With increasing frequencies, the discrepancy between a smoothly-changing effective index surface and a discretized step-index surface increase, resulting in unwanted scattering. Additionally, the methodology behind the uncoupled scatterers breaks up as the meta-atoms act collectively in sufficiently small scales, resulting in topology-induced errors in the generated phase response. In this thesis, a new class of highly efficient metasurfaces relying on the near-field coupling of identical scatterers in a continuous fabric is proposed. Contrary to the conventional approach, which sees the inter-cell coupling as phase distortions, our proposed methodology utilizes near-field coupling between the nearest neighbors, enabling lattice generation schemes applicable at broad scales that are insusceptible to topological errors. Owing to these, this methodology offers opportunities in further miniaturization of optical consumer products. One of the functionalities high in demand from metasurfaces is efficient and achromatic focusing with compact devices in the visible range, core to contact lenses and smartphone cameras. However, the examples in the literature are not sufficient in terms of either broadband performance or efficiency. Our proposed phase acquisition scheme effectively eliminates inhomogeneous scattering while reducing the design procedure to the tiling of the phase surface, subject to a function of the nearest-neighbor distances. Here, with this methodology, one cylindrical and one circular achromatic metasurface lenses (metalenses) with near-diffraction-limit focusing operating across the whole visible spectrum are demonstrated as a proof of concept. The validity of the utilized approach is confirmed via both waveguide solutions and full electromagnetic computations. Both structures proved to be highly efficient, with the cylindrical one having superior efficiency in its preferred polarization, whereas the circular one is highly efficient while operating independent of polarization. These findings prove the applicability of our near-field inter-coupled cell-less metasurface fabrics as a compact and efficient optical device generation framework.
Benzer Tezler
- Anadolu adaçayı türlerinin vitamin-b2 içeriklerinin kapiler elektroforez lazer indüklenmiş florasans dedektör ile saptanması
Determination of ri̇boflavin content in anatolian sage samples using capillary electrophoresis laser induced fluorescence detector
GÖRKEM GEZEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA BEDİA ERİM BERKER
- Tabakalar arası çiftlenme ve kuantum faz dalgalanmalarının josephson-bağlı tabakalı süper iletkenlerin fiziksel özelliklerine etkisi
Başlık çevirisi yok
METİN HÜNER
Doktora
Türkçe
1998
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENVER NAKHMEDOV
- Otomasyon yönetiminde insan faktörü ve Türk Otomotiv Sektöründe bir uygulama
Human factors in automation management and an application in Turkish Automative Industry
HALUK KÜÇÜK
- Propulsion-airframe integration for low-boom supersonic aircraft
Düşük gürültülü sesüstü hava araçlarında itki-gövde entegrasyonu
RUMED İMRAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE NİKBAY
- Dikey dairesel silindirik açık su havuzlarında hidrodinamik kuvvetler
Hydrodynamic forces for vertical axis circular cylinder containing a concertric cylindrical hole in finite depth
MÜKERREM ERTEN(İLKIŞIK)