Geri Dön

Volumetric photonics: Exploiting the talbot effect and laser-ınduced nano-voids for ıntegrated silicon devices

Hacimsel fotonik: Entegre silisyum cihazlar i̇çin talbot etkisi ve lazerle oluşturulan nano-boşluklarin kullanimi

  1. Tez No: 954448
  2. Yazar: MEHMET BÜTÜN
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR TOKEL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Doğrusal olmayan optik, Optik, Optik fizik, Nonlinear optics, Optic, Optical physics
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Fotonik aygıtlar modern teknoloji için kritik önem taşır. Silisyum tabanlı aygıtların mevcut işlevselliği, yoğunluğu ve karmaşıklığı geleneksel üretim tekniklerine dayanır; bu da yakın zamana dek yüzey seviyesinde, iki boyutlu litografi ile sınırlıydı. Bu tez,“hacimsel fotonik”paradigması kapsamında yenilikçi çok katmanlı optikleri tanıtmakta ve ayrıntılı biçimde incelemektedir. Silisyum için çok katmanlı fotonik (yonga-içi) ve doğrudan nano-üretim (yonga-üstü) yaklaşımlarıyla önemli üretim ve optik mimari sınırlamalarını aşıyoruz. Hacimsel fotonik yaklaşımımız, Silisyumun iç yapısını üç boyutta değiştirmek üzere nanosaniye darbeli lazerler kullanarak nanometre ölçeklerine kadar kırılma indisi değişimleri oluşturur. Tez, Talbot etkisinden yararlanarak Silisyumun derinliklerinde hassas ızgara konumlandırması ve mimarisi sayesinde yüksek kırınım verimliliği ve gelişmiş spektral filtreleme sağlayan çok katmanlı kırınım ızgaralarının geliştirilmesiyle başlamaktadır. Mikro ölçekteki bu ilerlemelerin ardından, demet şekillendirme ile yonga içerisinde son teknoloji lazer nano-üretiminin mümkün olduğunu gösterdik. Özellikle, Bessel ışınları biçimindeki yapısal lazer darbeleri, Silisyum içinde hassas kontrol ve nano-desenleme elde etmemizi sağladı. Alt yüzey nanoyapıların oluşumunda uzamsal modülasyonun ve lazer polarizasyonunun etkisini analiz ettik. Ayrıca, gömülü meta-optiklere yönelik potansiyelini göstermek üzere bu yeni nano-üretim tekniğine dayalı bir simülasyon iş akışı geliştirdik. Son olarak, önceki gelişmeleri temel alarak, silikon yüzeyinde serbest-form yazım yeteneğine sahip yenilikçi doğrudan lazer nano-üretimini tanıttık.

Özet (Çeviri)

Photonics devices are critical for modern technology. The available functionality, density, and complexity of silicon-based devices all rely on conventional fabrication techniques. Until recently this corresponded to surface-level, two-dimensional lithography. This thesis introduces and thoroughly investigates novel multilevel optics within the“volumetric photonics”paradigm. We overcome significant fabrication and optical architecture limitations by introducing multilevel photonics (in-chip) and direct nano-fabrication (on-chip) for silicon. Our approach to volumetric photonics involves pulsed nanosecond lasers to modify the internal structure of silicon in three dimensions, creating refractive index changes, reaching down to the nanoscale. The thesis starts with developing multilevel diffraction gratings utilizing the Talbot effect, resulting in high diffraction efficiency and improved spectral filtering through precise grating positioning and architecture deep inside silicon. While the preceding advances are at the microscale, we find that state-of-the-art laser nanofabrication inside the chip is possible with beam structuring. Specifically, structured laser pulses in the form of Bessel beams allowed us to achieve precise control and nanopatterning inside silicon. We analyse the influence of spatial modulation and laser polarization on the formation of subsurface nanostructures. We further developed a simulation workflow based on the emerging nanofabrication technique, in order to demonstrate its potential toward buried meta-optics. Finally, building on the preceding advances, we introduced novel direct laser nano-fabrication with freeform writing capability on the surface of silicon.

Geri Dön