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
- Tez No: 954448
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR TOKEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 105
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.
Benzer Tezler
- Laser-induced refractive index and birefringence control in silicon with advanced spatial laser modulation
Gelişmiş lazer demeti desenlendirme yöntemleri ile silisyum içerisinde kırıcılık indisi ve çift kırılma kontrolü
ALPEREN SALTIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR TOKEL
- Organik fotonik sistemlerde kullanılabilecek perilendiimit türevlerinin sentezi ve fotofiziksel karakterizasyonu
Synthesis and photophysical characterization of perylenediimide derivatives for organic photonic systems
ERKAN AKSOY
Doktora
Türkçe
2020
Bilim ve TeknolojiEge ÜniversitesiGüneş Enerjisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANAN VARLIKLI
- Fotokatalitik oksidasyon prosesi için uygun ZnO tutuklama yöntemi ve reaktör konfigürasyonunun geliştirilmesi
Development of suitables ZnO deposition method and reactor configuration for photocatalytic oxidation process
ABDURRAHMAN AKYOL
Doktora
Türkçe
2010
Çevre MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT RAHİM BAYRAMOĞLU
- Lanthanide and/or quantum dot doped luminescent glasses/glass nanocomposites as wavelength convertors for advanced opto electronic applications
İleri opto-elektronik uygulamalar için dalga boyu dönüştürücüler olarak lantanit ve/veya kuantum nokta katkılı luminesan cam ve cam nanokompozitler
ORHAN KIBRISLI
Doktora
İngilizce
2022
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ ERÇİN ERSUNDU
- Novel volumetric plasmonic resonator architectures for enhanced absorption in thin-film organic solar cells
İnce-film organik güneş hücrelerinde optik soğrulmayı artırmak için tasarlanmış yeni hacimsel plazmonik rezonatör mimarileri
MUSTAFA AKIN SEFÜNÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR