Tümleşik devre modelli optik cımbızlar
Optical tweezers with integrated circuit model
Yazar: ADEM KOÇYİĞİT
Danışman: DOÇ. DR. KENAN ÇİÇEK
Iğdır Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Optik manipülasyon amaçlı çalışmalarda OAM (orbital açısal momentum) demetlerinin büyük çaplı optik malzemeler kullanılarak üretimi yapılmaktadır. Bu tür OAM üretim teknikleri daha çok laboratuvar tabanlı, farklı teknolojilerle uyumsuz, yapısal olarak büyük ve kompleks olmak gibi olumsuz yanlarından dolayı gelecek teknolojiler için ümit vadetmemektedir. Buna karşın, tümleşik fotonik devre (TFD) tabanlı teknolojiler diğer teknolojilerle uyumluluk, dayanıklılık ve güvenilir üretim gibi faydalar sunmaktadır. Bu çalışmada, TFD tabanlı OAM ışık demetleri üretilerek mikroskobik parçacıkların manipülasyonu nümerik olarak yapılmıştır. Mikro-halka rezonator ve düz bir dalga kılavuzundan oluşan TFD tabanlı bir yapı kullanılarak optik manipülasyon gerçekleştirilmiştir. Tümleşik optik devre teknolojisi ile parçacık manipülasyonu FDTD (Finite Difference Time Domain) nümerik analiz tekniği kullanılmıştır. Bu teknik için Lumerical yazılımı kullanılmıştır. Böylece TFD tabanlı optik yapılar kullanarak mikroskobik parçacıkların optiksel olarak manipülasyonlarının daha etkin, daha dayanıklı, gelecek vadeden ve farklı teknolojilerle uyumlu bir düzeyde rahatlıkla yapılabileceği gösterilmiştir. Böylece ilerleyen zamanlarda lazer kalemler gibi portatif optik manipülasyon cihazları için gerekli teorik alt yapı ede edilmiştir. Buna ek olarak, çalışılan yapının OAM demeti yayınım verimi üzerinde de çalışmalar yapılmıştır. Yayınım verimi üzerindeki çalışmalar sayesinde yalnızca kullanılacak olan aygıtın daha geniş bir parçacık boyut aralığında etkin olmasının sağlanması değil haberleşme ya da görüntü işleme gibi alanlar içinde bu çalışma önemli bir referans olacağı düşünülmektedir.

Abstract:
The OAM (orbital angular momentum) bundles are produced using large-diameter optical materials for optical manipulation studies. These OAM production techniques are not promising for future technologies due to their negative aspects such as laboratory-based, incompatible with different technologies and being large. However, integrated photonic circuit (IPC) based technologies offer benefits such as reliability, durability and compatibility production with other technologies. In this study, IPC-based OAM light beams were produced, and optically manipulation of microscopic particles was done numerically. Optical manipulation was performed using a IPC-based structure consisting of a micro-ring resonator and a flat waveguide. Particle manipulation with integrated optical circuit technology FDTD (Finite Difference Time Domain) numerical analysis technique was used. Licensed Lumerical software was used for this technique. Thus, it has been shown that the optical manipulation of microscopic particles can be performed more effectively, more durable, promising and compatible with different technologies by using IPC-based optical structures. In this way, the necessary theoretical infrastructure for portable optical manipulation devices such as laser pens was achieved. In addition, the OAM beam diffusion efficiency of the studied was investigated. The obtained results highlight that this study will be an important reference not only for the device to be used effectively in a wider particle size range, but also in areas such as communication or image processing.