Femtosecond laser fabrication and optical characterization of low-loss diamond waveguides
Düşük kayıplı elmas dalga kılavuzlarının femtosaniye lazer ile üretimi ve optik karakterizasyonu
- Tez No: 816792
- Danışmanlar: PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Science and Technology, Physics and Physics Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 57
Özet
Elmas, sıradışı mekanik ve termal özelliklerinin yanısıra, morötesinden kızılötesine kadar geniş bir spektral transparan aralık, yüksek kırılma indisi, ve görece yüksek bir lineer olmayan kırılma indisi gibi birçok faydalı optik özellik barındırmaktadır. Son yıllarda, elmas, yapısında bulundurduğu, oda sıcaklığında yüksek eşevrelilik sürelerine sahip spin-aktif azot-boşluk (NV) merkezleri sayesinde gelecek vaadeden bir kuantum haberleşme platformu olarak gösterilmiştir. Bu NV merkezleri, 532 nm dalga boyunda uyarıldığında spine bağlı ışıma gerçekleştirerek manyetik alan, sıcaklık ve gerilim gibi birçok fiziksel niceliğin oldukça hassas ölçümünü sağlamaktadır. Bu tür quantum ölçüm uygulamalarında, optik dalga kılavuzları; hem birçok NV merkezinin uzamsal olarak bağlanmasını hem de NV merkezlerinin yaydığı ışıma sinyalinin elmas kristali içerisindeki farklı noktalara iletilmesini sağladığı için oldukça önemli rol oynamaktadır. Bu tezde, farklı geometrik konfigürasyonlara ve üretim parametrelerine sahip çeşitli optik dalga kılavuzları, kimyasal buhar yığma (CVD) yöntemi ile büyütülmüş tek kristal elmas içerisine yazılmıştır. Yüzey altına gömülü dairesel kılıflı, yarım dairesel ve çift çizgili olmak üzere üç tür dalga kılavuzu üretilmiştir. Kılavuzlayan çekirdek boyutu ve çizgi sayısı gibi tasarım parametreleri, üretilen dalga kılavuzlarının yayılma kayıplarını azaltmak için geniş bir aralıkta değiştirilmiş ve en uygun değerler deneysel olarak saptanmıştır. Dalga kılavuzlarının optik karakterizasyonu, NV merkezlerinin tepe ışıma dalga boyuna yakın olan 633 nm dalga boyunda He-Ne lazeri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Yayılma kaybının ve kırılma indisi kontrastının tasarım parametrelerine olan bağımlılığını gösteren önemli deneysel sonuçlar elde edilmiştir. Üretilen dalga kılavuzlarında elde edilen en yüksek kırılma indisi kontrastı 22.7x10-5 seviyesinde ölçülmüştür. En düşük kayıplı yüzey altına gömülü dairesel kılıflı ve yarım dairesel dalga kılavuzlarından elde edilen, sırasıyla, 2.05 ve 1.20 dB/cm miktarındaki yayılma kaybı değerleri, bilindiği kadarıyla, şu ana kadar literatürde raporlanan fs lazer ile yazılan elmas dalga kılavuzları arasındaki en düşük kayıp miktarlarıdır. Bu tezde incelenen elmas dalga kılavuzu tabanlı fotonik aygıtların yeni nesil kuantum haberleşme sistemlerinde uygulamalar bulabileceği ön görülmektedir.
Özet (Çeviri)
In addition to its excellent mechanical and thermal properties, diamond also possesses favorable linear and nonlinear optical properties, including a wide spectral transparency window from the ultraviolet to infrared, a high refractive index, and a reasonably high nonlinear refractive index, among others. In recent years, diamond has also been demonstrated as a promising platform for quantum information and sensing applications due to the presence of spin-active nitrogen vacancy centers (NV) with long coherence times at room temperature. These NV centers generate spin-dependent fluorescence when excited at 532 nm and enable the measurement of numerous physical quantities such as strain, magnetic field, and temperature with high sensitivity. In such quantum sensing applications, optical waveguides play a crucial role, since they can be used for addressing and spatially linking NV centers or for guiding fluorescence between different locations inside the diamond crystal. In this thesis, fabrication and optical characterization of femtosecond (fs) laser written waveguides with varying geometries and parameters in a single crystal CVD grown diamond has been demonstrated. Depressed circular cladding, half-ring, and double-line waveguides were fabricated. Design parameters such as core size and number of written tracks were varied to minimize propagation losses. Characterization of the waveguides was performed at 633 nm, which is close to the peak fluorescence wavelength of the nitrogen NV centers in diamond. Important experimental results revealing the dependence of the propagation loss and refractive index contrast on the design parameters were obtained. The maximum refractive index contrast was estimated as 22.7x10-5 for the fabricated waveguides. The measured propagation loss values of 2.05 dB/cm and 1.20 dB/cm, obtained with circular depressed cladding and half-ring waveguides, respectively, are, to the best of our knowledge, the lowest propagation loss values reported so far among fs laser written diamond waveguides. It is forseen that the photonic devices based on the diamond waveguides examined in this thesis can find applications in quantum communication.
Benzer Tezler
- Fabrication and characterization of semiconductor core optical fibers for mid-infrared transmission
Başlık çevirisi yok
MUSTAFA ORDU
- Silindirik odaklı lazer hüzmeleri ile yüzey temizleme ve cam işleme çalışmaları
Surface cleaning and glass processing studies with cylindrical focused laser beam
TUĞBA TUNAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELÇUK AKTÜRK
- Femtosaniye lazer ablasyonu ile ince filmler üzerinde nano-yapılandırma ve karakterizasyon
Generation of nano-structures on thin films through femtosecond laser ablation and characterization
RAMAZAN ŞAHİN
Doktora
Türkçe
2014
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELÇUK AKTÜRK
- Generation of 21-fs pulses from a Cr:LiSAF laser mode locked with a single-walled carbon nanotube saturable absorber
Tek duvarlı karbon nanotüp doyabilen soğurucuları ile kip kilitlenmiş Cr:LiSAF lazerinden 21 fs darbe üretimi
HACI GÖKHAN TANISALI
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- Yüksek enerjili, şekillendirilmiş lazer hüzmeleri ile saydam malzeme işleme ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of transparent materials with high power, shaped laser beams
BERNA MOROVA
Doktora
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALEXANDR JONAS