fotonİ - kocaeli Üniversitesifotonik.kocaeli.edu.tr/2018/ozetler/fotonik-2018-kitapcik.pdf ·...

FOTONİK 2018

20. Ulusal Optik, Elektro-Optik ve Fotonik Çalıştayı

Bilkent Üniversitesi Mithat Çoruh Konferans Salonu

14 Eylül 2018

FOTONİK 2018 | 20. Ulusal Optik, Elektro-Optik ve Fotonik Çalıştayı

i

İÇİNDEKİLER Amaç.....................................................................................................................................ii Organizasyon.........................................................................................................................iii Bilimsel Program...................................................................................................................iv Davetli Konuşmacı Bildirileri Listesi...................................................................................v Poster Bildirileri Listesi.........................................................................................................vi Davetli Konuşmacı Bildiri Özetleri........................................................................................1 Poster Bildiri Özetleri.............................................................................................................10


ii

AMAÇ Bu toplantı, ulusal boyutta optik, elektro-optik ve fotonik konularına yönelik yıllık tek bilimsel toplantı serisi olan Ulusal Optik, Elektro-Optik ve Fotonik Çalıştaylarının 20.'sini oluşturmaktadır. Optik, elektro-optik ve fotonik alanlarının yüksek teknoloji dahilinde ekonomik katkısı büyük, savunma ve sağlık gibi stratejik sanayilerde uygulamaları geniştir. Bu nedenlerden dolayı, bu konularda ulusal düzeyde gelişmemizle birlikte bulunduğumuz düzeyin bilinmesi ve ilerletilmesi önemlidir.

Bu toplantıda, ülke çapında optik, elektro-optik ve fotonik konularında akademide ve endüstride araştırma ve geliştirme çalışması yapan gruplar (bilim insanları, yöneticiler, mühendisler, lisansüstü öğrencileri vs.) bir araya gelecek ve çalışmalarını birbirlerine sunup, tanışma, görüşme ve tartışma olanağı bulacaklardır. Bu, gruplar arası ortak çalışmaların başlatılmasına, karşılıklı destek ve fikir alışverişinde bulunulmasına ve ortak proje başvuruları (örneğin, Avrupa Birliği Çerçeve Programları) için çalışmalar yapılmasına ön ayak olacaktır.

Bu şekilde, bu toplantının optik, elektro-optik ve fotonik konularında ülkemizin bilim ve teknoloji çalışmalarına yarar ve katkı sağlaması beklenmektedir. Toplantı Konuları

✴ Fotoalgılayıcılar ✴ Elektro-Optik Malzeme ve Cihazlar ✴ Lazerler ✴ Doğrusal Olmayan Optik Aygıtlar ✴ Tümleşik Optik ✴ Optik Lifler ✴ Modelleme ve Simulasyon Yöntemleri ✴ Ölçüm ve Değerlendirme Teknikleri ✴ Kuantum Optiği ✴ Nanofotonik Aygıtlar ve Sistemler


iii

ORGANİZASYON

Alpan Bek, ODTÜ Alper Kiraz, Koç Üniversitesi

Alphan Sennaroğlu, Koç Üniversitesi Arda Deniz Yalçınkaya, Boğaziçi Üniversitesi

Arif Demir, Kocaeli Üniversitesi Birol Erentürk, ASELSAN

Ekmel Özbay, Bilkent Üniversitesi Gül Yağlıoğlu, Ankara Üniversitesi

Onur Ferhanoğlu, İstanbul Teknik Üniversitesi


iv

BİLİMSEL PROGRAM

08:30-09:45 Kayıt İşlemleri

09:45-10:00 Açılış Konuşmaları

10:00-10:45 Celal Sami Tüfekçi, Savunma Sanayi Başkanlığı

10:45-11:15 Kahve Arası

11:15-12:00 12:00-12:30

Koray Aydın, Northwestern Üniversitesi Hamza Kurt, TOBB-ETÜ

12:30-14:00 Yemek Arası ve Poster Sunumları

14:00-14:30 14:30-15:00 15:00-15:30

Mehmet Umut Demirçin, ASELSAN A.Ş. Serhat Tozburun, Dokuz Eylül Üniversitesi Muhammed Fatih Toy, İstanbul Medipol Üniversitesi

15:30-16:00 Kahve Arası

16:00-16:30 16:30-17:00 17:00-17:30

Erhan Akman, Kocaeli Üniversitesi Okan Esentürk, Orta Doğu Teknik Üniversitesi Serap Aksu, Bilkent Üniversitesi

17:30 Resepsiyon


v

DAVETLİ KONUŞMACI BİLDİRİLERİ LİSTESİ

Sayfa No Başlık

Ana (Plenary) Konuşmacı Celal Sami Tüfekçi (Savunma Sanayi Başkanlığı) Koray Aydın (Northwestern Üniversitesi)

2 Savunma Sanayii ve Ar-Ge Celal Sami Tüfekçi Savunma Sanayi Başkanlığı

3 Nanophotonics in the Flatland: Engineering Novel Photonic Platforms from 2D Materials to Metadevices and Metamaterials Koray Aydın Northwestern Üniversitesi

4 Optik Görünmezlik için Farklı Yaklaşımlar Hamza Kurt TOBB ETÜ

5 Kritik Tesis, Altyapı ve Hat Güvenliğinde Yıkıcı Bir Teknoloji: Fiber Optik Dağıtık Akustik Algılama Mehmet Umut Demirçin ASELSAN

6 Optik Eş-fazlı Tomografinin Kamera Benzeri Kullanımı Mümkün Mü? Serhat Tozburun Dokuz Eylül Üniversitesi

7 Optik Mikroskopide Nicel Faz Görüntülemesi Muhammed Fatih Toy İstanbul Medipol Üniversitesi

8 Yapıştırma Bağlantılarında Dayanımı Arttırmak için Kompozit Yüzeylerinin Lazer ile İşlenmesi Erhan Akman Kocaeli Üniversitesi

9 Organik Yarı İletkenlerde Yük Dinamiğinin Zaman Alanlı Terahertz Spektroskopi İle İncelenmesi Okan Esentürk Orta Doğu Teknik Üniversitesi

10 Kızılötesinde Proteinleri Görmek: Plazmon-Akışkanlar ve Spektroskopi Serap Aksu Bilkent Üniversitesi


vi

POSTER BİLDİRİLERİ LİSTESİ

Poster Sayfa No Poster Başlığı ve Yazarlar

P-1 12 Investigation of the Production of Sponge Iron with Direct Reduction Method Depending on the Temperature İlker KARA

P-2 13 Optiksel Lens Elemanlarının Maksimum ve Mimimum Verim Limitlerini Belirleyen Paket Tasarım Programı Taner KARATEKE

P-3 14 First-Principles Calculation of Optical Properties of Magnesium Zinc Oxide R. IBRAHEM, P. NARIN, S. B. LISESIVDIN, E. OZBAY

P-4 15 mPosTracker: Multiple Particle Tracking Software Harun Yücel & Sabareesh K. P. Velu

P-5 16 A New Phase-Stable, Swept-Wavelength Laser Design For OCT Hilal Deniz YILMAZ and Serhat TOZBURUN

P-6 17 A New Scanning Protocol for Laser Tissue Surface Scanning Ulas YUKSEL and Serhat TOZBURUN

P-7 18 Computer Simulations of Photothermal Applications Including Tissue Surface Scanning and Subsurface ONS Merve TURKER, Ozan YETIS and Serhat TOZBURUN

P-8 19 Tek Ledli & 4 Ledli Görünür Işık Haberleşme Sistemi Tasarım ve Analizi Mert BAYRAKTAR, Tevfik AĞAR, Cem YAZICIOĞLU

P-9 20 A Compact Multi-Resonance Perfect Absorber for Seira Applications Habibe Durmaz, Arif E. Cetin, Yuyu Li

P-10 21 Compressive Photon Sieve Spectral Imaging Oguzhan Fatih Kar, Ulas Kamaci, Fatih Cagatay Akyon, Figen S. Oktem

P-11 22 Digital Holographic Microscopy of Optically Trapped Bio-Samples Ali-Reza Moradi

P-12 23 Dört ve Sekiz Kesmeli Kubbenin Sürükleme Kuvveti ve Görüntü Üzerine Füze Uygulamalarındaki Etkisi Doğan Uğur Sakarya

P-13 24 Füze Uygulamalarında Işın Yönlendirme Yöntemini Kullanarak MWIR ve Dört Kadran Detektör İçin Optik Tasarımlar Doğan Uğur Sakarya

P-14 25 Hibrit Hacimsel Hetero Eklem Yapılı Oled ve Katmanlı Eklem Yapılı Ofet Uygulamaları Uğur. ÇELİK, Esra. ALVEROĞLU

P-15 26 Tunable Reflection Type Plasmon Induced Transparency Mohsin Habib, Ekmel Ozbay and Humeyra Caglayan

P-16 27 Çok-Modlu, Mikrokanal-Gömülü Mikrodalga Sensörleri ile Kanser Hücrelerinin Gerçek Zamanlı Algılanması H. Aydogmus, A. Secme, H. Sedaghat Pisheh, M. Kelleci, M. Selim Hanay


vii


P-17 28 Optical and Structural Properties of ZnO Grown by Mist CVD Using Different Precursor Molarity P. NARIN, E. KUTLU, S. B. LISESIVDIN

P-18 29 Growth of ZnO Nanostructures on Sapphire by Ultrasonic Spray CVD P. NARIN, E. KUTLU, S. B. LISESIVDIN, E. OZBAY

P-19 30 Effect of Transducer Power on Optical and Structural Properties of ZnO Nanostructures E. KUTLU, P. NARIN, A. YILDIZ, S. B. LISESIVDIN

P-20 31 Structural and Optical Properties of MgxZn1-xO Nanostructures Depending on Growth Temperatures E. KUTLU, P. NARIN, A. YILDIZ, S. B. LISESIVDIN

P-21 32 Investigation of an Ambient Temperature Impact on a Size-Of-Source Effect (SSE) of Radiation Thermometers Semih YURTSEVEN, Ozlem PEHLIVAN YILDIRIM, Humbet NASIBLI

P-22 33 Visible Light Water Oxidation with a Noble Metal-Free Covalently Linked Molecular Sensitizer-Heterogeneous Catalyst Dyad T. Gamze Ulusoy Ghobadi, Elif Akhuseyin Yildiz, Muhammed Buyuktemiz, Sina Sadigh Akbari, Derya Topkaya, Ümit İşci, Yavuz Dede, H. Gul Yaglioglu, Ferdi Karadas

P-23 34 Strategies Towards Enhancing the Efficiency of BODIPY Dyes in Dye Sensitized Solar Cells E. Akhuseyin Yildiz, G.Sevinc, H. G. Yaglioglu, M. Hayvali

P-24 35 Preliminary Measurements of a Variable Temperature Blackbody Radiation by Means of a Double Wavelength Thermometer Semih YURTSEVEN, Humbet NASIBLI

P-25 36 Measurement of Normalized Spectral Responsivity of an InGaAs Detector at Controlled Environmental Conditions Semih YURTSEVEN, Seda Oguz AYTEKIN, Humbet NASIBLI

P-26 37 First Principle Study of ZnO Nanoribbon Passivated with H and Mg J. M. ALL ABBAS, P. NARIN, E. KUTLU, S. B. LISESIVDIN, and E. OZBAY

P-27 38 Multi-Mode Four-Wave Mixing with a Spatially-Structured Pump (Uzamsal Olarak Şekillendirilmiş Pompa Işık Kaynağıyla Beslenmiş Çok Modlu Dört Dalga Karışımı) Onur Danaci, Jon D. Swaim, Erin M. Knutson, Ryan T. Glasser

P-28 39 Yüksek Güçlü Lazer Işıması Altında Borosilikat Teleskop Birincil Aynasının Yüzey Bozulmaları Emine Yasemen KAYA-ÇEKİN, Yavuz ÖZTÜRK, Cevdet BAYAR, Eray Arpa, Aydın YENİAY

P-29 40 Perylene-TEMPO Dyads Showing High Triplet Quantum Yield and Long Lived Triplet State: Radical Enhanced Intersystem Crossing May Become a Better Alternative to Heavy Atom Effect? Z. Wang, S. Richert, J. Zhao, M. Hayvali, Stefan Weber, E. Akhuseyin Yildiz, H. G. Yaglioglu

P-30 41 All-Fiber Er-Doped ASE Source for Fiber Optic Sensors Aylin Yertutanol, Önder Akçaalan, Serdar Öğüt and Ekmel Özbay


viii


P-31 42 Efficient Radical-Enhanced Intersystem Crossing in NDI-TEMPO Dyad: Photophysical Study, Electron Spin Polarization and Application in Photodynamic Therapy Z.Wang, Y. Gao, M. Hussain, S. Kundu, V. Rane, M. Hayvali, E. Akhüseyin Yildiz, J.Zhao, H. G.Yaglioglu, R. Das, L. Luo and J. Li

P-32 43 Optically Switchable Metamaterial Absorber Sub-Terahertz Frequency Region Ahmet Faruk, Cumali Sabah

P-33 44 Fundamental Analysis of Microring Resonator Based BDD Logic Circuits O. Yakar and İ. Ercan

P-34 45 Electro-mechanically Tuned Rod Type Photonic Crystals for Optical Modulation and Impact Sensing O. E. Örsel, S. Kocaman

P-35 46 Wavefront Shaping of Light Through a Chaotic Medium Ş. Kürekci, G. Afshari, M. Tabak and E. Yüce

P-36 47 Halka Tipi Erbiyum Katkılı Fiber Lazerin Spektral Karakterizasyonu Ş. A. Sadık, F. E. Durak, A. Altuncu

P-37 48 Mixture Model for Visible Light Communications Saliha Büyükçorak, Ozan Alp Topal, Doğay Altınel, Onur Ferhanoğlu,and Güneş Karabulut Kurt

P-38 49 Barrier Engineering for nBn Infrared Detectors Fatih UZGUR, Serdar KOCAMAN

P-39 50 Optik Haberleşme Sistemlerinde Farklı Kanal ve Modülasyon Yapıları İçin Performans Analizi G.Durgeci, O.Bekar, N.O.Unverdi

P-40 51 Kablolu ve Kablosuz Optik Haberleşme Sistemlerinde Performans Analizi Gizem Dürgeci, Onur Bekar, N. Özlem Ünverdi

P-41 52 An Improved Piezoelectric Fiber Scanner for Multiple Pattern Generation Miyase Tekpınar, Ramin Khayatzadeh, Onur Ferhanoğlu

P-42 53 Reliablity Testing of 3D-Printed Electromechanical Devices Janset Savaş, Ramin Khayatzadeh, B. Mert Gönültaş, Fehmi Çivitci, Y. Dağhan Gökdel, Mustafa Berke Yelten, Onur Ferhanoğlu

P-43 54 Scanning Fiber Microdisplay Ramin Khayatzadeh, Fehmi Çivitci, Onur Ferhanoğlu, Hakan Ürey

P-44 55 Silikon Fotonik Kristalde Banttan Banda Geçişe Dayalı Entegre Optik Modülatör Alperen Gövdeli, Serdar Kocaman

P-45 56 Mikroimalat İçin Geliştirilmiş, İnovatif Bir Atım Sıkıştırma Tekniğine Sahip, Küme Modlu Ultrahızlı Fiber Lazer Volkan Türker, M. Emre Yağcı, H. Sarper Salman, Önder Akçaalan, Hamit Kalaycıoğlu, Ihor Pavlov, Erşan Tunçkol, C. Mesut Tasalı, S. Koray Eken


ix


P-46 57 Yüksek Verimli İnce Film Kristal Si Güneş Gözesi Üretimi İçin Lazer Kristalizasyon Sistemi Volkan Türker, M. Emre Yağcı, H. Sarper Salman, Y. Ozan Aydın, Erşan Tunçkol, Ramazan Çam, S. Koray Eken

P-47 58 Beyaz Işık Kaynakları İçin Yüksek Verimli Fosfor Karışımlarının İncelenmesi ve Farklı CASN and LuAG Fosfor Karışımlarının Işığın Renk Kalitesi Üzerindeki Etkisinin Araştırılması Burcu Suzan ALSAÇ

P-48 59 Slicing Of Single Crystal Silicon Wafers by Deep Subsurface Laser Process and Selective Etching for Photovoltaic Applications Mona Zolfaghari Borra, Hisham Nasser, Ahmet Turnali, Petro Deminskyi, Tahir Colakoglu, Ihor Pavlov, Onur Tokel, F. Ömer Ilday, Rasit Turan and Alpan Bek

P-49 60 Termal Döngünün GaInP/GaAs/Ge Üç Eklemli Güneş Hücresinin Verimi Üzerine Etkisi Tunç SERTEL, Yunus ÖZEN, Süleyman ÖZÇELİK

P-50 61 A Modified Prism Spectrometer with High Resolution and Spectral Range Ş. Kaan Çetindağ, M. Fatih Toy, Onur Ferhanoğlu, Fehmi Çivitci

P-51 62 High-Density, Large-Volume 3D Holographic Display Ghaith Makey, Özgün Yavuz, Denizhan Koray Kesim, Ahmet Turnalı, Parviz Elahi, Serim Ilday, Onur Tokel, F. Ömer Ilday

P-52 63 Optical Modulator Based on Zero Effective Index in Photonic Crystals A. Şahin, A. Gövdeli, S. Kocaman

P-53 64 Surface Related Dark Current Reduction in Mesa-Type InGaAs Photodetectors by Using Depleted Passivation Layer Kübra Çırçır, M.Halit Dolaş, Serdar Kocaman

P-54 65 Standart Leke Tipleri Üzerinde ns-darbeli Nd:YAG Lazerle Tekstil Temizleme Performans İncelemesi H. Mert Çalıcıoğlu, Zehra Ülger, İzzet Yıldız

P-55 66 Femtosaniye Lazer Etkili Kendiliğinden Birleşen Koloidlerde Dinamik ve Kontrollü İki Boyutlu Bravais Kristalleri, Moire Desenleri ve Yarıkristallerin Oluşturulması R. Ghaffari, S. Galioglu, G. Makey, F. Ö. Ilday, S. Ilday

P-56 67 Orta ve Uzun Dalgaboyu Kızılötesi Görüntüleme Sistemleri İçin Radyometri Tabanlı Menzil Tahmini Berk Berkan TURGUT, Bülent ÖZKAN and Alpan BEK

P-57 68 An Investigation on Lifetime of Hot Phonons in GaN-Based Heterostructures G. Atmaca, P. Narin, E. Kutlu, S. Ardali, E. Tiras, T. Malin, V. G. Mansurov, K. S. Zhuravlev, S. B. Lisesivdin and E. Ozbay

P-58 69 Characteristics of High Performance 640x512, 15μm Pitch Mid-Wave Type-2 Superlattice Sensors Fikri OĞUZ; Özlem ARSLAN; Erkin ÜLKER; Yetkin ARSLAN, Zafer KESGİN, Oğuz ALTUN and Ekmel ÖZBAY

P-59 70 Burkulma Temelli Nanoelektromekanik Kiriş Kontrolü Selçuk Oğuz Erbil, Utku Hatipoğlu, Cenk Yanık, Mahyar Ghavami Kabir, Atakan B. Arı, M. Selim Hanay


x


P-60 71 Kanser Hücrelerinin Metastas Dinamiklerinin Femtosaniye Lazer Kullanarak Termodinamik Dengeden Uzak Koşullarda İncelenmesi S. Galioglu, Ö. Akbulut, R. Ghaffari, T. Özçelik, Ö. Şahin, S. Ilday

P-61 72 Thulium All-Fiber Laser Delivering Femtosecond Bursts Of Pulses At 1-GHz Intra-Burst Repetition Rate Parviz Elahi, Hamit Kalaycıoğlu, Önder Akçaalan, Çağrı Şenel and F. Ömer Ilday

P-62 73 150 Femtosaniyeye Sıkıştırılabilen 13 Mikrojül Atımlar Üreten Tümleşik Fiber Lazer Sistemi Önder Akçaalan, Hamit Kalaycıoğlu, Fatih Ömer Ilday

P-63 74 Reversible Energy Transfer Between A Single Quantum Emitter In Hexagonal Boron Nitride And Graphene Elif Ozceri, Ozan Arı, Sinan Balcı, Coşkun Kocabaş and Serkan Ateş

P-64 75 Raman Spectroscopy As A Diagnostic Method For Endometriosis Disease M.Tuna Pesen, Günay Başar, Uğur Parlatan, Bahar Yüksel, Engin Oral, Ercan Baştu, Mehmet Burçin Ünlü

P-65 76 Girişimsel Tıbbi Cihazlar için Fiber Optik Tümleşik Algılayıcı Mikrosistem Geliştirilmesi Oğuz Kaan ERDEN, Arda Deniz YALÇINKAYA

P-66 77 Halka Anten ile Uyarılan, PDMS Mikrokanal Ekli Çift Yarık Tınlayıcı Algıçlar B. Çamlı, E. Altınağaç, H. Kızıl, H. Torun, G. Dündar, A. D. Yalçınkaya

P-67 78 The Optical Properties of Group-III Nitrides with LDA-1/2 Approximation O. OMEROGLU, S. B. LISESIVDIN, E. OZBAY

P-68 79 Yarıiletken Kazanç Temelli 18 GHz’de Düşük Faz Gürültülü Kip Kilitlemeli Lazer Abdullah ORAN, Sarper ÖZHARAR ve İbrahim ÖZDÜR

P-69 80 Statistics of Rayleigh Backscattered Signal in the Presence of Amplified Spontaneous Emission Noise Faruk Uyar, Tolga Kartaloğlu, Ekmel Özbay ve İbrahim Özdür

P-70 81 Linear Scaling Of Ablation Depth In The Ablation-Cooled Regime Jan Szczepanek, Parviz Elahi, Hamit Kalaycıoğlu, Denizhan Koray Kesim, Önder Akçaalan and Fatih Ömer İlday

P-71 82 Field Tests of a Distributed Acoustic Sensor System over a 50 km-long Fiber Faruk Uyar, Talha Onat, M. Umut Demirçin, Tolga Kartaloğlu, İbrahim Özdür ve Ekmel Özbay

P-72 83 Amplification of Super Wide Bursts with GHz Pulse-To-Pulse Repetition Rate Denizhan Koray Kesim, P. Elahi, H. Kalaycıoğlu, Ö. Akçaalan, F. Ö. Ilday

P-73 84 Üç Boyutlu Eş Odaklı Görüntüleme İçin Lazer İşleme İle Üretilmiş Mikro Tarayıcı H. A.Oyman, M. A. İçel, B. C. Efe, Y. D. Gökdel, O. Ferhanoğlu, A. D. Yalçınkaya

P-74 85 Surface Enhanced Raman Scattering with Photochemically Roughened Silicon Surfaces Tuba Önder, Mona Zolfaghari Borra, Hisham Nasser, Özge Demirtaş, Yıldız Menteşe, Ihor Pavlov, Alpan Bek


xi


P-75 86 Fizik Perspektifinden Yaşamın Kökeni: Ultra-Hızlı Lazer Destekli Öz-Örgütlenmeden Canlı Sisteme Gülce Kardeş, Serim İlday

P-76 87 Investigation of the Ultrafast Response and Saturable Absorption of Voltage- Controlled Graphene I. Baylam, M.N. Cizmeciyan, N. Kakenov, C. Kocabas, and A. Sennaroglu

P-77 88 Broadband Spectral Splitting of Light Using Wavefront Shaping Y. Başay, B.N. Gün and E. Yüce

P-78 89 Digital Light Processing: 3D Active Imaging for LIDAR Applications Ç.A.Yüksel, S. İçli, V.Ertürk M.S. Dal and E. Yüce

P-79 90 How Are The Symmetries of Self-Organised Structures Related To The Symmetries of Interactions That Produce Them? Ö. Yavuz, G. Makey, S. Ilday, O. Tokel and F. Ö. Ilday

P-80 91 Switching Between Parallel and Perpendicular Periodic Surface Structures with Nonlinear Laser Lithography Ö. Yavuz, I. Pavlov, G. Makey, O. Tokel and F. Ö. Ilday

P-81 92 A Fundamental Analogy Between The Doppler Shift and Laser-Induced Periodic Surface Structures Ö. Yavuz, G. Makey, S. Ilday, O. Tokel and F. Ö. Ilday

P-82 93 1 kW Sürekli Dalga (CW) Yb-Katkılı Tümleşik Fiber Lazer A. Cansu Ertek, M. Emre Yağcı, Erşan Tunçkol, C. Mesut Tasalı, Koray Eken

P-83 94 Laser-Written Low-Loss Depressed Cladding Waveguides Deep İnside Bulk Silicon A. Turnalı, M. Han, O. Tokel

P-84 95 Subsurface Processing of GaAs by Nanosecond Pulses A. Turnalı, P. Deminsky, S. Ilday, F. Ömer Ilday, O. Tokel

P-85 96 Karbon Nanotüp Doyabilen Soğurucular Kullanılarak Cr:LiSAF Lazerinden 55 Femtosaniye Darbe Üretilmesi G. Tanısalı, F. Canbaz, Ü. Demirbaş, F. Rotermund, A. Sennaroğlu

P-86 97 Kullan At Optik Sensör İle Tam Kan Kuagülasyon Ölçümü Yusuf Samet Yaras, Ali Bars Gunduz, Gokhan Saglam, Selim Olcer,Fehmi Civitci, Ibrahim Baris, Goksen Goksenin Yaralioglu and Hakan Urey

P-87 98 MOCVD Yöntemi ile UV-Algılayıcı GaN-PIN Epitaksiyel Yapısının Geliştirilmesi Ömer Ahmet KAYAL, Sertaç URAL, Ahmet TOPRAK, Mustafa ÖZTÜRK, Bayram BÜTÜN, Sema Bilge OCAK, Ekmel ÖZBAY

P-88 99 Sub-100 fs Pulse Generation From A Passively Mode-Locked Multipass-Cavity Alexandrite Laser C. Cihan, A. Muti, I. Baylam, A. Kocabas, C. Kocabas, U. Demirbas and A. Sennaroglu

P-89 100 Application of Biocompatible Type II Quantum Dots to LEDs Onuralp Karatüm, Houman Bahmani Jalali, Sadra Sadeghi, Sedat Nizamoğlu

P-90 101 Süperparamanyetik Demir Oksit Nanoparçacıkların Fototermal Özelliklerinin 730-840 nm Aralığında İncelenmesi A. Muti, K. Bilici, F. Demir Duman, A. Sennaroğlu, H. Yağcı Acar


xii


P-91 102 Computation of Raman Enhancement Factor of Isolated Plasmonic Nanostructures İbrahim Murat Öztürk, Nasim Seyedpour, Özge Demirtaş and Alpan Bek

P-92 103 Sadece Bizmut Kullanılarak Litografisiz Ultra Geniş Bantlı Soğurucu Elde Edilmesi Soydan, Mahmut Can. Özbay, Ekmel.

P-93 104 Metasurfaces for Enhanced Light Transmission and Directional Beaming Zeinab Eftekhari, Neval Cinel, Ekmel Özbay

P-94 105 Thin Film Magnetooptical Spatial Light Modulators with Full Modulation Capability S. Kharratian, H. Urey, M. C. Onbaşlı

P-95 106 Gözle Görülmeyen Kızılötesinde Algılanabilen Görüntüler G. Bakan, S. Ayas, M. Serhatlioglu, C. Elbuken, A. Dana

P-96 107 Full-Color Interactive Holographic Head-Mounted Display Seyedmahdi Kazempourradi, Koray Kavakli, Erdem Ulusoy, Hakan Urey

P-97 108 Bilgisayara Bağlı CMOS Kameranın Belirli Dalga Boyu Işığı Takip Etmesi Alaattin Tamer Cengiz

P-98 109 Ge Optik Pencerenin Sıcaklık Bağımlı KÖ Geçirgenliği Yunus ÇAT ve Süleyman ÖZÇELİK

P-99 110 Industrial Tunable Diode Lasers, Market Place. The Know How Of Design Technology, Applications And Challenges Hesham Enshasy

P-100 111 The Key to Robust and Precious Metal-Free Dye-Sensitized Photoelectrochemical Water Oxidation: A Cyanide-based Chromophore- Catalyst Assembly TURKAN GAMZE ULUSOY GHOBADI, AMIR GHOBADI, MUHAMMED BUYUKTEMIZ, YAVUZ DEDE, EKMEL OZBAY, FERDI KARADAS

P-101 112 Tuning the Metal Filling Fraction in Metal-Insulator-Metal Ultra-Broadband Perfect Absorbers to Maximize the Absorption Bandwidth Amir Ghobadi, Hodjat Hajian, Bayram Butun, and Ekmel Ozbay

P-102 113 NaF Ara Katmanlarına Sahip Cu2ZnSnS4 Soğurucu Filmlerin Yapısal, Morfolojik, Optık Ve Elektriksel Özelliklerinin İncelenmesi N. Akçay and S. Özçelik

P-103 114 Investigation of A-CVD Growth MWCNTS on Sapphire Substrate G. Gahramanova, Y. Cat, U.C. Baskose, B. Comert, R. Jabbarov and S. Ozcelik

P-104 115 Gümüş Nanotel Folyoların Yüzeyde Güçlendirilmiş Raman Saçılması Ö. Demirtaş, O. Akdemir, İ. M. Öztürk, Ş. Coşkun, H. E. Ünalan, A. Bek

P-105 116 Laser İşleme Yöntemiyle Yarı İletken Malzemelerin Yüzeyinde ve Yüzeyin Altında Mikrometre Ölçeğinde Yapıların Oluşturulması Fırat İdikut, Yıldız Doğa Menteşe, Mona Zolfaghari Borra, Alpan Bek

P-106 117 V2O5/Ti/V2O5 Çok Katmanlı Yapısının Derinlik Profil Analizi M. Dönmez, N. Akın Sönmez, M. Çakmak ve S. Özçelik

P-107 118 Tunable, Omnidirectional, and Nearly Perfect Resonant Absorptions By A Graphene-hBN-Based Hole Array Metamaterial H. Hajian, A. Ghobadi, B. Bütün and E. Özbay

P-108 119 Design and Setup of Optical Tweezer System for Yeast Cell Trapping Yasemin Karademirci, Necla Kenar, Esra Öztürk, Elif Kaçar


xiii


P-109 120 Lazerle Metallerde Farklı Yüzey Uygulamaları Ersin KAYAHAN, Levent CANDAN, Mustafa ARAS, Mohamad ALHAJ HAMOUD and Özcan GÜNDOĞDU

P-110 121 Fiber Lazerle Biyometallerin Yüzey Modifikasyonu Emre AYKAÇ, Mustafa TÜRKMEN, Ersin KAYAHAN ve Levent CANDAN

P-111 122 Hedef-Öncelikli Algoritma İle Fotonik Ortamların Tersine Tasarımı D. Yılmaz, M. Tutgun, Y. A. Yılmaz, A. M. Alpkılıç, H. Kurt

P-112 123 Görünür Spektrumda Metayüzey Tabanlı Optik ve Fotonik Uygulamalar A. Ozer, N. Yılmaz, T. Yıldırım, H. Koçer ve H. Kurt


1

DAVETLİ KONUŞMACI BİLDİRİ ÖZETLERİ


2

Savunma Sanayii ve Ar-Ge

Celal Sami Tüfekçi Savunma Sanayi Başkanlığı


3

Nanophotonics in the Flatland: Engineering Novel Photonic Platforms from 2D Materials to Metadevices and Metamaterials

Koray Aydın

Northwestern Üniversitesi Nanophotonic materials and devices facilitate strong light-matter interactions at subwavelength scales, thus providing unique opportunities to control and manipulate photons. In this talk, I will present novel approaches in controlling light-matter interactions at the nanoscale. I will discuss visible frequency metasurfaces broadband phase control and anomalous reflection, spectrum splitting using metallic metasurfaces enabled by phase engineering at the subwavelength scale. I will also present two different approaches for obtaining narrow-band resonant absorption filters at visible wavelengths. First structure is based on the surface lattice resonances in periodic nanowire and nanoring arrays fabricated on a reflecting metallic substrate. Enhanced photoluminescence enhancement from a single monolayer MoS2 via plasmonic nanostructures will also be discussed. 2D layered materials received great attention due to their unique optical, electrical and mechanical properties however, due to their thickness light-matter interactions is rather weak. We utilize plasmonic nanostructures to strongly enhance electric fields locally at subwavelength scales therefore facilitating increased light emission and absorption in 2D semiconducting materials. Finally, I will present inverse-designed broadband electromagnetic metadevices that can bend and focus light using thin polymeric structured metamaterials at millimeter-wave and optical frequencies. Short Biography Dr. Koray Aydin is an Assistant Professor in the Electrical Engineering and Computer Science Department at Northwestern University and leading the Metamaterials and Nanophotonic Devices Laboratory. He has received his B.S. and Ph.D. degrees in Physics from the Bilkent University in 2002 and 2008, respectively. He worked as a postdoctoral researcher between 2008-2010 and a research scientist between 2010-2011 at the California Institute of Technology under the supervision of Prof. Harry Atwater. His research interests are in the general area of nanophotonics, with a specific focus towards the realization of nanophotonic devices for use in energy conversion, optoelectronic device and sensing applications. Dr. Aydin received the prestigious 2017 ONR Young Investigator Program Award. He is an Associate Member of the Turkish Academy of Sciences and also the recipient of the SPIE Educational Scholarship in 2007.


4

Optik Görünmezlik için Farklı Yaklaşımlar

Hamza Kurt TOBB ETÜ

H. Kurt1,*, Z. Hayran1, R. Herrero2, M. Botey2, and K. Staliunas2,3

1Department of Electrical and Electronics Engineering, TOBB University of Economics and Technology, Ankara 06560, Turkey

2Departament de Física, Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), Colom 11, E-08222 Terrassa, Barcelona, Spain

3Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA), Passeig Lluís Companys 23, E-08010, Barcelona, Spain

*e-mail: [email protected] Özet Işığın (daha genel olarak herhangi bir dalganın) nesnelerle etkileşimi neticesinde saçılma, yansıma, kırılma veya soğurulma olaylarını kontrol ederek ilgili nesnelerin görünmez kılınması veya algılanmalarının önüne geçilmesi mümkün olabilmektedir. Nanosensörlerin görünmezliği, nano görüntülemeden optik haberleşmeye kadar pek çok alanda yeniliğe yol açabilir [1]. Literaturde bu alanda yapılan çalışmalarda, daha çok küre ve silindir gibi standart şekillere sahip nesnelerin görünmezliği üzerinde yoğunlaşılmıştır [2]. Ancak nanosensör uçları karmaşık yapıda olabilmektedir ve karmaşık bir şekle sahip nesnelerin görünmezliğini sağlama konusu literatürde henüz kapsamlı bir şekilde incelenmemiştir. Diğer taraftan Hermitian-olmayan optik, tek taraflı yansımasız görünmezlik yönteminin ortaya çıkmasını sağlamıştır [3]. Bu yöntem, bir objenin bir yönden bakıldığında görünmez, diğer taraftan bakıldığında görünür olması prensibine dayanır. Daha yakın bir zamanda ise, optik potansiyellerin uzamsal alanda Kramers-Kronig bağıntılarını sağlaması durumunda, benzer şekilde tek taraflı yansımasız görünmezlik etkisi oluşturabildiği gözlemlenmiştir [4].

Şekil 1: Nesnenin (a) başlanıç durumundaki kırıcılık indisinin gerçel kısmı ve modifiye edilmiş haldeki kırıcılık indis dağılımının (b) gerçel ve (c) sanal kısımları verilmiştir. Nesnenin (d) başlangıç ve (e) son durumdaki saçılım potansiyelleri verilmiştir. (f) Saçılım potansiyelindeki yerel filtreleme saçılım engellenmesine yol açabilir.

Bu çalışmada, daha önce yapılan çalışmalarda önerilen Hermitian-olmayan görünmezlik yöntemlerini genelleştirmek adına "isteğe bağlı görünmezlik" [5] konseptini sunuyoruz. Şekil 1’de özetlendiği gibi, bu yöntemde herhangi bir şekle sahip nesnenin, evrik uzaydaki saçılım potansiyeli modifiye edilerek belirlenmiş frekanslarda ve yönlerde yansımasızlık özelliği getirilmesi sağlanabilmektedir. Evrik uzayda oluşan asimetreden ötürü ortaya çıkan kazanç ortamını ortadan kaldırmak adına bir yineleme metodu öneriyoruz. Bu özellikten faydanılarak, "kendiliğinden görünmez" dielektrik nesneler konsepti sunulup mikrodalga frekanslarında gerçeklenmiştir [6]. Ayrıca bu yöntem ile herhangi bir şekle sahip bir nesnenin etrafına tasarlanan bir dielektrik yüzey kaplaması ile nesnenin tamamen görünmez olması sağlanabilmektedir. Önerilen optik görünmezlik yöntemleri özellikle yakın-alan optik görüntüleme sistemlerinde önemli gelişmeler doğurabilir.

Anahtar kelimeler: görünmezlik, saçılım engelleme, Hermitian-olmayan optik Teşekkür: NATO SPS Proje No 985048 ve Türkiye Bilimler Akademisi. Kaynakça [1] Alù, A., and Engheta, N. "Cloaking a sensor." Physical Review Letters 102.23 (2009): 233901. [2] Chen, Pai‐Yen, Jason Soric, and Alù, A. "Invisibility and cloaking based on scattering cancellation." Advanced Materials 24.44 (2012). [3] Feng, Liang, et al. "Experimental demonstration of a unidirectional reflectionless parity-time metamaterial at optical frequencies." Nature Materials 12.2 (2013): 108. [4] Horsley, S. A. R., M. Artoni, and La Rocca, G. C. "Spatial Kramers–Kronig relations and the reflection of waves." Nature Photonics 9.7 (2015): 436. [5] Hayran, Z, Herrero, R., Botey, B., Kurt, H., and Staliunas, K."Invisibility on demand based on a generalized Hilbert transform." arXiv preprint arXiv:1703.09490 (2017). [6] Hayran, Z, Herrero, R., Botey, B., Kurt, H., and Staliunas, K." All-dielectric self-cloaked structures." arXiv preprint arXiv:1708.00637v2 (2017).


5

Kritik Tesis, Altyapı ve Hat Güvenliğinde Yıkıcı Bir Teknoloji: Fiber Optik Dağıtık Akustik Algılama

Mehmet Umut Demirçin

ASELSAN A.Ş. Ulaşım, Güvenlik, Enerji ve Otomasyon Sistemleri Sektör Başkanlığı (UGES), Ankara

[email protected] Uzunlukları binlerce kilometreyi bulan ulaşım, enerji ve sınır hatlarının izlenmesinde güvenlik kameraları ve hareket algılayıcılar gibi konvansiyonel teknolojilerin kullanımı kurulum ve işletme maliyetinden dolayı sınırlıdır. Petrol ve doğalgaz boru hatları sabotaj, hırsızlık ve izinsiz kazılar sonucu sıklıkla zarar görmekte, can kayıpları ve maddi hasarlar oluşmaktadır. Demiryollarının güvenliği için heyelan düşmesi, ray kırıkları ve tekerlek düzleşmelerine hızlıca müdahale edilmesi şarttır. Sınırlardan izinsiz geçişlerin ve kaçakçılık olaylarının tespit edilip önlenmesi de ülkelerin güvenliği açısından son derece önemlidir.

Fiber Optik Dağıtık Akustik Sensör (FODAS) teknolojisi uzun hatlar boyunca döşenmiş standart fiber optik kablonun algılayıcı olarak kullanılarak kabloya ulaşan akustik dalgaların yerinin ve kaynağının tespitini sağlar. Bu yönüyle Dağıtık Akustik Algılama yukarda sözü edilen güvenlik uygulamaları için emsalsiz yıkıcı bir teknolojidir. ASELSAN ve Bilkent Nanotam ortak çalışmasıyla geliştirilen MIDAS (Multi-Purpose Distributed Acoustic Sensor) bu alandaki en özgün ürünlerdendir. FODAS özünde optik zamansal yansıma (optical time domain reflectometry, OTDR) tabanlıdır. OTDR cihazından gönderilen ışık fiber optik kablo boyunca ilerlerken Rayleigh geri saçılımı sonucu kablo üzerindeki birçok noktadan geri yansır. Klasik OTDR cihazları geri yansıyan ışığı ölçerek kablodaki kayıpları ve kopuklukları tespit eder. MIDAS faz-OTDR diye adlandırılan bir teknik kullanarak fiber kabloya ulaşan akustik dalgaları algılar. Bu teknikte dar bantlı sürekli dalga bir lazer kaynağından Akustik-optik modülator (AOM) yardımıyla çok kısa optik darbeler üretilir. Optik darbe kablo boyunca ilerlerken Rayleigh geri saçılımı oluşur, darbenin kısa oluşu geri yansımanın kablonun hangi bölümünden kaynaklandığının tespitine olanak sağlar. Kabloya ulaşan akustik titreşimler geri saçılan ışığın fazını modüle eder. Dönen ışık fiber yükseltici ile güçlendirilir ve fotodetektör yardımı ile fazdaki değişimin ışık yoğunluğuna etkisi direkt olarak tespit edilir. MİDAS sistemi akustik kaynakların konumunu 10 metre çözünürlük ve hassasiyetle tespit edebilmektedir. Örneğin 50 kilometre uzunluğundaki bir kablo sorgulandığında 10 metre ara ile yerleştirilmiş, 2 KHz’de örnekleme yapabilen, 5000 akustik sensöre eşdeğer performansa tek cihaz ile erişilir. Lazer kaynağının dar bantlı oluşu ışığın 50 kilometre ve daha uzun mesafelere fazı bozulmadan gönderilmesini, böylece çok uzun menzillerde akustik algılama yapılabilmesini sağlamaktadır.

Algılanan akustik sinyallerin gürültü süzgecinden geçirilmesi ve son kullanıcı açısından anlamlı hale getirilmesi büyük önem taşır. Yanlış tespit ve teşhisler sistemin kullanılabilirliğini azaltan faktörlerdir. Örneğin boru hattı güvenliği uygulamalarında toprağın elle veya iş makineleri ile kazılması olayları güvenlik tehditleridir. Boru hattı yakınındaki rutin insan, hayvan ve araç hareketleri, yer altı suları, rüzgâr ve yağmur gibi doğa olayları risk teşkil etmeyen olaylardır. MIDAS sinyal işleme birimi akustik sinyallerden zaman ve frekans boyutlarında çıkardığı öznitelikleri sinyallerin derin öğrenme ile sınıflandırılmasında kullanmaktadır. Farklı fiber optik kablo döşeme kurgularında (asfalt, toprak, çakıl, plastik/beton kanal vs.) ve derinliklerinde birçok farklı aktiviteye (yürüme, koşma, elle kazı, iş makinesi ile kazı, araç hareketi vs.) ait sinyaller kaydedilmekte ve Evrişimli Sinir Ağlarının eğitilmesinde kullanılmaktadır. Böylece çok gürültülü ortamlarda dahi kullanıcıya sadece ilgilendiği olaylara ait uyarılar verilebilmektedir. Hassas ve uzun menzilli optik sorgulama performansı ve akıllı sinyal işleme birimiyle MIDAS, dağıtık akustik algılama ürünlerinin en ileri örneklerinden biri haline gelmiştir.


6

Optik Eş-fazlı Tomografinin Kamera Benzeri Kullanımı Mümkün mü?

Serhat Tozburun Translational Biophotonics and Optical Imaging Lab (T-BOI Lab)

İzmir Biyotıp ve Genom Merkezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Sağlık Kampüsü, Balçova 35340, İzmir, TÜRKİYE

[email protected] 1991 yılında James G. Fujimoto liderliğinde bir grup bilim insanının ilk olarak ortaya koyduğu yeni görüntüleme yaklaşımlarından birisi Optik Eş-fazlı Tomografi (OCT) tekniğidir. Yeni örselemesiz görüntüleme modeliyle, biyo-görüntüleme boyalarına ihtiyaç duyulmadan yaklaşık 3-mm derinliğe kadar biyolojik dokulardan yüksek çözünürlükte (1-15 μm) 3-boyutlu (3B) görüntü elde edilebilmektedir. Bu özellikleri nedeniyle, OCT tıbbi görüntüleme alanında tanı aracı olarak kullanılabilecek bir cazibe noktası haline gelmektedir. Dalgaboyutarayan-kaynaklı OCT (SS-OCT), bu yeni tekniğin yüksek hassasiyetlerde ve daha hızlı (MHz) görüntüleme sağlayabileceğini göstermektedir. Eksen çözünürlüğü, A-çizgisi tarama hızı, eş-faz boyu, ve hassaslık seviyesi gibi cihazın kritik parametreleri lazer kaynağı ile nitelendirilir. Bu sebeple, aktif araştırma ve geliştirme çalışmalarımızdaki en büyük motivasyonumuz, lazer kaynağında yapılabilecek akılcı yenilikler ile bu görüntüleme modelinin özellikle endoskopi uygulamalarında; kardiyoloji, akış ve perfüzyon, oftalmoloji, ve elastrografi alanlarında olumlu yönde köklü ve derin değişikliklere öncülük edecek olmasıdır. İşte tam bu noktada, araştırma laboratuvarımızda yürütülen projeler ile geliştirilmesine uluslararası düzeyde katkılarda bulunduğumuz optik-bölgesi seyrek örneklemeli OCT metodunu ortaya koymaktayız. Özetle, bu metotta geleneksel SS-OCT’lerden farklı olarak fırça tipi lazer tayfı kullanılmaktadır. Böylelikle, hem mesafeye bağımlı girişim çizgisi azalma oranı düşmekte (>cm), hem de optik veri sıkıştırma ile birlikte uzatılmış derinlikten alınan görüntüler için ihtiyaç duyulan veri sağlama bant aralığı, erişimi kolay günümüz DAQ teknolojisinin sağladığı makul seviyelere (<5 GB/s) çekilmektedir. Ayrıca, geliştirilen lazerin doğası gereği, tetik sinyallerine ya da işleme sonrası faz düzeltme algoritmalarına ihtiyaç duymadan özünde kararlı faz (<20 mrad) yapısına ulaşılmaktadır. Bu özgün değerler ışığında OCT teknolojisi bir adım sonraya taşınarak, kamera benzeri fakat yüksek çözünürlükte 4-boyutlu görüntülemenin uygulanabilirliği örneklerle tartışılacaktır.


7

Optik Mikroskopide Nicel Faz Görüntülemesi

Muhammed Fatih Toy Yenilikçi Mikroskop Teknolojileri Merkezi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, İstanbul

Medipol Üniversitesi 34810, İstanbul, Türkiye [email protected]

Günümüzde optik mikroskoplar üretimden yaşam bilimlerine kadar geniş bir spektrumda yaygınlıkla kullanılmaktadır. Yaşam bilimleri ve klinik uygulamalarında incelenen mikroskobik örnek genellikle bir hücre kültürü veya doku kesiti olmaktadır. Bu iki durumda da örneklerin kalınlıkları ve kimyasal yapıları nedeniyle görünür bantta oldukça geçirgendirler. Bu nedenle ışık geçirgen mikroskop görüntülemesi ile bu tür örneklerden yeterli karşıtlık ve bilgi eldesi mümkün olmamaktadır. Tarihsel olarak bu karşıtlık probleminin çözülebilmesi için faz karşıtlıklı mikroskoplar ilk olarak Frits Zernike tarafından önerilmiştir. Örnek tarafından kırınıma uğratılan dalgalar ile kırınıma uğramayan dalgalar arasında π/2 kadar faz farklı oluşturularak girişim yapmalarına izin verilen bu yaklaşım ile yüksek karşıtlık eldesi mümkün olmaktadır. Fakat hale tipi hata, azalan çözünürlük ve kalınlık – soğurum bilgisinin karışık olması nedeniyle elde edilen görüntüler nicel bilgi vermekten oldukça uzaktır. Diferansiyel girişim karşıtlığı (DIC) prensibi ile çalışan mikroskoplarda elde edilen görüntüler görece daha iyi olsa da doğrusal olmayan faz cevabı ve faz genlik bilgisinin karışmış yapısı bu yaklaşımın kullanımını sadece empirik yorumlamalara sınırlamaktadır. Floresan işaretçilerin kullanımı ile yaşam bilimleri için yüksek kimyasal seçicilik elde edilebilmiştir. Floresan mikroskop görüntülemesi bu seçicilik ve arka plansız yapısı ile en önemli teknik olagelmiştir. Fakat işaretçilerin ağarması nedeniyle nicel veri elde ancak oransal yaklaşımlarla yapılabilmektedir. Ayrıca canlı örneklerin mutasyon veya işaretleme gereksinimi hem zaman alıcı olup hem de klinik uygulama senaryolarını sınırlamaktadır. Tüm bunların yanında yüksek şiddetli uyarım ışığı nedeni ile canlı örneklerde uzun süreli incelemeler foto-toksik etkilere yol açmaktadır.

Nicel faz mikroskop yaklaşımları genel olarak diferansiyel girişim karşıtlığında doğrusal olmayan faz cevabının doğrusallaştırıldığı ve genlik bilgisinden ayrılarak sayısal olarak ifade edilebildiği tekniklerdir. Bu sayede örnek fazı yüksek hassasiyet ile örnek kalınlığı veya kırılma indis değişimine ilintilenebilir. Zamansal kimyasal yapı değişimi (örneğin protein sentezi), veya 3 boyutlu morfolojik değişimler gerçek zamanlı olarak takip edilebilir. Takip edilebilen kalınlık değişim hassasiyeti tipik olarak su içindeki örneklerde <5nm seviyesindedir. Yapısal olarak nicel faz mikroskopları girişim temelli olanlar ve olmayanlar olarak ikiye ayrılabilir. Girişim temelli mikroskoplarda genel olarak örnek kırınımı dalga alanı ile bilinen bir dalga alanı girişime uğrayarak kamera üzerinde görüntülenir. Yaygınlıkla dijital holografi prensibi kullanılarak bu girişim deseninden örnek faz ve genlik bilgisi ayrık ve nicel olarak elde edilebilir. Girişim temelli olmayan tekniklerde ışık şiddetinin iletimi veya kromatik aberasyon değişimi gibi yaklaşımlar kullanılmaktadır. Nicel faz mikroskoplarından elde edilen faz ve genlik bilgisi bir karmaşık dalga alanı bilgisine karşılık gelmektedir. Bu alanın Fresnel veya açısal spektrum numerik ilerletim yani dijital netleştirme yapılabilmektir. Bilinen bir örnek kullanımı ile sistem aberasyon kontrolü, karakterizasyonu ve düzeltimi yapılabilmektedir. Mikro üretim teknikleri ile elde edilen bir noktasal obje (çap < /6) yardımı ile karmaşık dekonvolüsyon yapılabilir. Klasik ışık şiddeti temelli dekonvolüsyon ters problem çözümü gerektirirken, karmaşık dalga ifadeli dekonvolüsyon ile buna gerek kalmadan kolaylıkla Abbe limitinde görüntü elde edilebilir. Bunun yanında aydınlatma açısal taranması ile açıklık sentezlemeli süper çözünürlük eldesi mümkündür ve deneysel olarak /4’den daha iyi sonuçlar elde edilmiştir. Açıklık sentezleme, dalgaboyu sentezleme veya örnek yeniden konumlandırılması ile karmaşık dalga bilgileri optik kırınım tomografisi prensibi ile 3 boyutlu uzaya geri yayılabilir. Geri yayılım sonucunda tomografik 3 boyutlu kırılma indisi görüntülemesi mümkün olmaktadır. Takip edilen yaklaşıma bağlı olarak frekans uzayında kayıp koni veya elma merkezi şeklinde eksik hacimler oluşmaktadır. Tümüyle özel tasarlanmış görüntüleme sistemlerinin yanında ticari mikroskoplara eklenebilir modül formunda yaklaşımlar da mevcuttur. Bu yaklaşımlarda genel olarak örnek kırınımına uğrayan dalgadan bilinen dalga formları oluşturularak ortak yol girişimölçerleri oluşturulur. Bu konuşmada nicel faz numerik geri yayılımı, kırınım tomografisi ve kompakt nicel faz mikroskopları alanında yaptığımız çalışmaların genel bir özeti sunulacaktır.


8

Yapıştırma Bağlantılarında Dayanımı Arttırmak için Kompozit Yüzeylerinin Lazer ile İşlenmesi

Erhan Akman

Kocaeli Üniversitesi, Havacılık ve Uzay Bilimleri Fakültesi Havacılık Malzemeleri Araştırma ve Geliştirme Laboratuvarı, 41285 Arslanbey, Kocaeli, Türkiye

[email protected] Özet Karbon fiber katkılı kompozitler (CFRC-Carbon Fiber Reinforced Composites) olağanüstü dayanıklılıkları, düşük yoğunlukları gibi özeliklerinin getirdiği avantajlar sebebiyle havacılık veya otomotiv sektöründe çok fazla tercih edilen malzemeler arasındadır. Günümüzde bu malzemeler Airbus A380’in uçak gövdesi gibi temel yapılarının %20’sini oluşturmaktadır. Bu durum, benzer uçaklara göre yolcu başına %17 oranında daha az yakıt kullanılmasını sağlamıştır. Ancak kompozit malzemelerin arzu edilen miktarlarda kullanılması için bu malzemeler ile üretilecek yapıların yenilikçi tasarım ve üretim teknolojileri ile maliyetlerinin daha aşağıya çekilmesi gerekmektedir. Bir uçak gövdesinde montaj maliyetleri genellikle bir uçağın maliyetinin %50’si olarak hesaplanmaktadır. Karbon fiber katkılı kompozitleri yapıştırma ile birleştirme bu malzemelerin getirdiği avantajları tam anlamıyla kullanabilmek için alternatif bir yöntem olarak karşımıza çıkmaktadır. Yapıştırma ile birleştirme işleminde bağlanma kalitesini belirleyen belki de en önemli faktör malzeme yüzeyidir. İleri malzeme işleme yöntemlerinden biri olan lazer ile yüzey işleme, karbon fiber katkılı kompozitlerin işlenmesinde kullanım potansiyeli olan bir tekniktir. Günümüz lazer teknolojilerinin geldiği noktada lazer demetinin yüzeye aktardığı ısı miktarı atım süresi, atım enerjisi ve tekrarlama oranı olmak üzere birçok farklı parametre ile control edilebilmektedir. Bunlara ek olarak malzemelerin lazer dalgaboyuna verdiği tepkide farklılık göstermektedir. Bu durum yüzeylerin başka hiçbir teknik ile mümkün olamayacak hassaslıkta işlenebilmesine imkân sağlamaktadır. Bu çalışmada, farklı özeliklerde ve parametrelerde lazerler kullanarak (atımlı CO2 ve Nd:YAG) CFRC malzemelerin yapıştırılması için en uygun yüzey topogrofisi dolayısıyla elde edilebilecek maksimum yapışma mukavemeti belirlendi. Yüzeylerin karakterizasyonunda, X-ışını Fotoelektron Spekroskopisi, yüzey pürüzlülüğü ölçümleri, temas açısı ölçümleri ve elektron mikroskobu görüntüleri kullanıldı. ASTM D5868-01 standartlarına göre hazırlanan örneklere yine aynı standartlara göre çekme testleri uygulandı. Anahtar kelimeler: Lazer ile yüzey işleme, kompozit malzemeler, yapıştırma ile birleştirme


9

Organik Yarı İletkenlerde Yük Dinamiğinin Zaman Alanlı Terahertz Spektroskopi ile İncelenmesi

Okan Esentürk

Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kimya Bölümü [email protected]

Terahertz spektroskopinin lazer teknolojileri ve/veya hızlı elektroniklerin gelişimi ile birlikte günlük hayatımızda kullanılabilecek uygulamalara yönelik gelişimi hızla artmaktadır. Düşük enerjisi, moleküllerin parmak izlerini takip edebilmesi, güvenli olmasının yanında malzemelerin statik ve dinamik özelliklerini spektroskopik yöntemler ile inceleyebilmesi istenilen özelliklerindendir. Günümüzde Terahertz spektroskopinin tarımdan ilaç sektörüne, güvenlik alanından polimer sanayiine birçok alanda geliştirilen teknikler/metotlar ile yaşamımıza etki eden uygulamalarda kullanılmaya başlanmıştır. Spektroskopi teknikleri uygulama alanına göre temel olarak iki grupta toplanabilir; statik ve dinamik özelliklerin incelenmesi. Zaman alanlı Terahertz spektroskopi malzemelerin parmak izlerini ve dielektrik özelliklerini inceleyerek malzemelerin karakterizasyonuna imkan sunar iken zaman çözülümlü Terahertz spektroskopi ise dinamik özelliklerinin incelenmesine olanak vermektedir. Terahertz frekanslarının yüklerin saçılma frekansları ile olan uyumu spektroskopik yöntemle yük oluşumu ve saçılmasının pikosaniye çözünürlükle takibine olanak vermekte ve malzemenin iletkenliğinin direk olarak ölçülebilmesini sağlamaktadır. Devre yapma ihtiyacı olmadan direk olarak malzemenin yarı-iletkenlik özelliklerini farklı koşul ve şartlarda ölçerek karşılaştırılabilme avantajını sağlamaktadır. Bu konuşmada Terahertz spektroskopi tekniklerinin temel özellikleri ve statik uygulama örneklerine kısaca değindikten sonra tekniğin pikosaniye çözünürlüğünden faydalanılarak, içerik analizi ve organik yarı iletkenlerde yük dinamiği ve uygulamaları üzerine yaptığımız çalışmaların sonuçları sunulacaktır. Petrol ürünlerinde yakıt cinsi ve kullanılan etanol miktarının hassas olarak belirlenmesi, polimer uzunluğu ve konjuge yapının yarı-iletkenlik özelliği ile olan ilişkisi, güneş enerjisi dönüşüm hücrelerinde karışım ve hücre yapısının verimliliğe olan etkisi üzerine yapmış olduğumuz çalışmalar Terahertz spektroskopinin potansiyelini gösteren ve uygulamalarına yönelik örnekler olacaktır. Bunların yanında son çalışmamız olan düşük voltaj koşullarında 100%’e yakın modülasyon sağlayan Terahertz modülatör ölçüm sonuçlarımız da sunulacaktır.


10

Kızılötesinde Proteinleri Görmek: Plazmon-Akışkanlar ve Spektroskopi

Serap Aksu

Bilkent Üniversitesi Orta-kızılötesi (mid-IR) emilim spektroskopisi birçok diğer biyoalgılama metodundan farklı olarak moleküler bağların özel titreşim modları sayesinde, herhangi bir kütle aktarımının olmadığı durumlarda bile, moleküllerde yapısal değişikliklerin izlenebilmesine izin verir. Böylece bu teknik, özellikle hastalıkların ilerlemesi ve tedavisine yönelik çalışmalarda temel biyolojik fonksiyonu ve moleküler etkileşimleri anlamak için değerli bir araçtır. Bu çekici özelliklere rağmen IR emilim spektroskopisinde elde edilen sinyal moleküler bağların içsel absorpsiyon kesitine ve yol uzunluğuna (Beers Law) bağlı olduğundan moleküllerin yoğunluğuyla sınırlıdır ve bu, tek tabakalı biyo-moleküllerin araştırılmasına izin vermez. Duyarlılık sorunları nedenle IR spektroskopi uygulamaları güçlü emilim bantlarının olduğu dalga boylarında veya göreceli olarak kalın örneklerle (minimum 40 mikrometre) sınırlıdır. Ek olarak, kızılötesi frekanslarda suyun güçlü emilimi nedeniyle, sıvı içerisindeki biyo-örneklerin spektroskopik ölçümü özel donanım ve son derece yüksek örnek yoğunluğu gerekmektedir. Mid-IR dalga-boylarında rezonans gösteren plazmonik antenler bu sınırlamaların çoğunun üstesinden gelmek için çekici bir yaklaşım sunmaktadır. Özellikle rezonans dalga-boyunda nanoyapıların yakınındaki elektrik alanın yükseltgenmesi moleküllerin emilim sinyalini önemli ölçüde arttırarak 3nm kalınlığında protein tabakasının bile incelenmesine olanak sağlar. Bu kavram SEIRA (Yüzey Geliştirilmiş Kızılötesi Absorpsiyon Spektroskopisi) olarak adlandırılmaktadır. Bu araştırmada moleküler mono-tabakalara duyarlı SEIRA ölçümlerini sağlamak için dar-bant IR-rezonanslı plazmonik antenlerin kullanılmasına odaklanmaktadır. Kullandığımız plazmonik antenler normalden yüksek yakın elektrik alan sağlamakla beraber, çeşitli titreşim bantlarını eşzamanlı olarak gösterebilir ve bir çok kimyasal bağın aynı anda takip edilmesine olanak verir. Ayrıca bu plazmonik antenlerin dar bantta rezonans vermeleri farklı protein bantlarının ayrı ayrı ve detaylı incelenebilmesine ve proteinlerin ikincil yapılarının daha detaylı belirlenmesine olanak verir. Böylece plazmonik antenlerin kullanımı proteinin yoğunluğunun belirlenmesine ek olarak proteinin yapısının ne olduğu, ve kullanılan örneğin bilinmediği durumlarda proteinin tanımlanmasını sağlar. Bu araştırmada örnek sistem olarak bağışıklık hücresi sinyalleşmesinde önemli rol alan bir hücre duvarı proteinine (Protein A/G) bağlanan ilgili antikorun (IgG) proteinlerde nasıl bir yapısal değişikliğe neden olduğunu tek tabaka protein sistemlerinde (toplam 10nm kalınlıkta) gözlemledik.


11

POSTER BİLDİRİ ÖZETLERİ


12

Investigation of the Production of Sponge Iron with Direct Reduction Method Depending on the Temperature

Dr. İlker KARA

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Ana Bilim Dalı e-posta: [email protected]

Özet The rapid increase in the demand for iron-steel products every passing day leads to decrease in raw material reserves all over the world, increase in environmental and economic concerns and seek for alternative methods for metallic iron production. The production of metallic iron with direct reduction method is a good alternative method. In this study, sponge iron pellets were produced by mixing solid waste scale, coal powder as reductant and 3% sodium bentonite as binder. The pellets produced were examined for changes in their structure depending on the temperature increase. The analysis results showed that the metalization of pellets depends strongly on the temperature. In the SEM-EDS analysis, it was observed that the sponge iron obtained was satisfactory with intended purity. It was found that microstructures of pellets also contain impurities caused by some raw materials and contamination as well as some unreduced iron oxide at low reduction temperatures. Anahtar kelimeler: Direct Reduction, Solid Waste, Reduction, Iron oxides, Sponge iron, Recycling. Kaynakça Mookherjee, S., Ray, H. S. and Mukherjee, A., 1986. Isothermal reduction of iron ore fines surrounded by coal or char fines, Ironmaking and Steelmaking, 13, 229-235. Aydin, S. (1990). Dünya sünger demir üretiminin bugünkü durumu. Metalurji Dergisi, TMMOB Metalurji Mühendisleri Odası,(67-68), 41-45. German, R. (1994). Powder Metallurgy Science” second edition, metal powder industries federation. Selan, M., Lehrhofer, J., Friedrich, K., Kordesch, K., & Simader, G. (1996). Sponge iron: economic, ecological, technical and process-specific aspects. Journal of power sources, 61(1-2), 247-253. Leshchenko, I. P., Tereshchenko, V. T., Martynov, O. V., Trakhimovich, V. I., & Borzenkov, D. V. (1973). The use of sponge iron in steel smelting. Metallurgist, 17(7), 491-494. Mazurov, E. F., Gnuchev, S. M., Skripchuk, V. S., Markin, A. A., & Lyalin, E. S. (1964). Sponge iron as a charge material. Metallurgist, 8(11), 602-604.


13

Optiksel Lens Elemanlarının Maksimum ve Mimimum Verim Limitlerini Belirleyen Paket Tasarım Programı

Taner KARATEKE Beykoz Üniversitesi

[email protected]

Özet Bu çalışmanın amacı tasarımı planlanan optiksel elemanının limit değerlerinde maksimum ve minimum verimin belirlenmesine bağlı olarak tasarımın yapılmasını sağlayacak algoritma ve program paketinin yapılmasıdır.Optik tasarım programları özellikle bir sensör yada detektör için limit değerlerinde verimin belirlenmesinde kullanışlı değildir.Program simülasyon olarak çalışacaktır ve verilen input değerleri için (ilgili uzaklık optiksel elemanın odak uzaklığına yakın olacak şekilde) lense başlangıç uzaklığı değeri verilecek simülasyon programı çalıştığı zaman bu uzaklıkta bulunan nesnenin çok uzak bir konuma gittiğinde MTF (Modülasyon Transfer Fonksiyonu) ve PSF (Nokta Dağılım Fonksiyonu) fiziksel değişkenlerinin uzaklığa bağlı olarak değişimi ile ışık şiddet dağılımı ve enerji dağılımını ifade eden fonksiyonlarla maksimum ve minimum kırınım limitleri belirlenmeye çalışılacaktır.Simülasyon programı çalıştığında öncelikle belirli bir skala ölçeğinde uzaklaşan nesne radyal uzaklığa bağlı değişim ile belirli bir konum değerinden sonra optiksel verim aniden sıfıra düşecek.Bu süreçte MTF ve PSF değişimlerine bağlı olarak ışık şiddet dağılımı ve enerji dağılımı hakkında Fresnel Yaklaşımı kullanılabilir.İlgili programın optiksel veri girişlerine bağlı olarak tasarımı planlanan optiksel elemanın hangi uzaklık limitlerinde maksimum ve minimum verimin oluştuğu belirlenmeye çalışılacaktır. Anahtar kelimeler: PSF, MTF, Maksimum ve Minimum Kırınım Limiti, Fresnel Yaklaşımı


14

First-Principles Calculation of Optical Properties of Magnesium Zinc Oxide

R. IBRAHEM1*, P. NARIN1, S. B. LISESIVDIN1, E. OZBAY2,3,4

1 Department of Physics, Faculty of Science Gazi University, 06500 Teknikokullar Ankara, Turkey 2 Nanotechnology Research Center, Bilkent University, Bilkent, 06800 Ankara, Turkey

3 Department of Physics, Bilkent University, Bilkent, 06800 Ankara, Turkey 4 Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, Bilkent, 06800 Ankara,

Turkey

Abstract In this study, the effect of magnesium (Mg) mole fraction on the optical properties including dielectric function, refractive index, extinction coefficient and absorption spectrum for wurtzite bulk MgZnO has been investigated using density functional theory (DFT). The calculations were performed using the hybrid-generalized gradient approximation (GGA+U) formalism to describe the electronic interactions. The Hubbard parameters (U) are applied to Zn-3d and O-2p electrons of ZnO. The results show that the absorption edges of studied structures move toward the higher energies region (i.e. toward the lower wavelengths) as Mg mole fraction of MgZnO increases. The static dielectric constant of MgZnO decreases as Mg mole fraction increases. The dielectric constants of the high frequency of MgZnO are found to be very similar the experimental results.

Keywords: Optical properties, Density functional theory, Magnesium zinc oxide, MgZnO, GGA+U

*Corresponding Author: Rokaia Ibrahem, E-mail: [email protected] Acknowledgement: This work was supported by both of Turkish scholarships and TUBITAK under Project No. 116F197. E.O. acknowledges partial support from the Turkish Academy of Sciences. S. B. L was supported in part by the Distinguished Young Scientist Award of Turkish Academy of Sciences (TUBA-GEBIP 2016).


15

mPosTracker: Multiple Particle Tracking Software

Harun Yücela* & Sabareesh K. P. Velub

a Bayburt University, Bayburt, Turkey b University of Information Science and Technology, Ohrid, Macedonia

* [email protected]

Abstract

We develop a comprehensive particle tracking software named “mPosTracker” to be used by scientists and researchers working in the field of soft matter physics particularly in colloidal science. The software can detect two-dimensionally (2D) imaged isotropic (spherical) particles by digital video microscopy and track their trajectories over time. Moreover, the software can detect and track multiple particles and able to classify a maximum of three particle species (differed by size and material) if required. The software is scripted in MATLAB and has the graphical user interface (GUI) allowing users to use easily without any programming skills. mPosTracker detects the particle positions based on three methods namely; a well-known the centroid algorithm , recently proposed the radial symmetry algorithm [1, 2] and partial radial symmetry algorithm for the particles that are close in contact [3]. mPosTracker can also perform few basic analyses such as no. of particles, voronoi diagram, six-fold bond parameter, and pair correlation function etc. to reveal the physics of investigated samples. Figure 1 shows a screenshot of the software while operating on the synthetic digital video images of three species of particles differed by size. Key Words: Particle Tracking and Classification, Image Processing Referances [1] R. Parthasarathy, “Rapid, accurate particle tracking by calculation of radial symmetry centers”, Nat. Methods, c. 9, sy 7, ss. 724-726, Haz. 2012. [2] H. Ma, F. Long, S. Zeng, ve Z.-L. Huang, “Fast and precise algorithm based on maximum radial symmetry for single molecule localization”, Opt. Lett., c. 37, sy 13, ss. 2481–2483, 2012. [3] H. Yücel ve N. T. Okumuşoğlu, “A new tracking algorithm for multiple colloidal particles close to contact”, J. Phys. Condens. Matter, c. 29, sy 46, s. 465101, 2017.

Figure 1: A Screenshot of the software while operating on the synthetic digital video

images of three species of particles differed by size.


16

A New Phase-Stable, Swept-Wavelength Laser Design For OCT

Hilal Deniz YILMAZ1,2 and Serhat TOZBURUN1,2 1 Izmir Biomedicine and Genome Center, Izmir, TURKEY

2 International Biomedicine and Genome Institute, Dokuz Eylul University, Izmir, TURKEY [email protected]

Abstract Objective: In this work, we aim to develop a phase-stable laser source design capable of scanning a wavelength bandwidth of more than 100 nm at a few MHz. Background: Several different laser designs have been shown recently for use in Optical Coherence

Tomography (OCT)1. In these studies, various technologies such as rotating polygon mirror scanners, scanned grating filters, Fabry-Perot tunable filters, and the dispersion tuning, were used to sweep laser light wavelengths. Many leading research groups in the field are still conducting intensive scientific studies on the designs of light sources that provide rapid wavelength sweeping. Methods: Figure 1 shows the schematics of the design. The laser system is based on two opposite chromatically dispersive elements for stretching and compressing optical pulses in time along with a 10 GHz intensity modulator. In the design, a broadband semiconductor optical amplifier (SOA) is used as a laser gain medium. The first dispersive element temporally separates the optical wavelengths at the SOA to avoid gain saturation effects that would narrow the lasing bandwidth and the second dispersive element temporally realigns the pulses at the intensity modulator. The intensity modulator is driven by electrical pulses generated by a bit pattern generator.

Figure 1: The schematics of the laser design.

Results: Figure 2A shows the spectrum of the broadband SOA producing laser radiation in the spontaneous emission at the 1.25-μm center wavelength. The electric current applied to the semiconductor chip is changed between 400 mA and 900 mA. SOA provides 110 nm optical band at 3-dB optical gain for 900mA.

For the successful operation of the proposed design, the accuracy of the electrical impulses (generated from the bit pattern generator) driving the optical intensity modulation is critical. The jitter of the signal device was measured to be approximately 32 ps (Figure 2B).

Figure 2: A) The spectrum output of an SOA laser at a center wavelength of 1250 nm for

different electrical currents. B) Jitter value of the RF signal generator. Blue bars: Histogram.

Red curve: Gaussian fit.

Conclusions: Development of a phase-stable and rapid wavelength-swept laser source may be important in intraoperative 4D angiography applications. Acknowledgements: This work was supported by TUBITAK grant: 166F192. Keywords: Laser, wavelength-swept laser source, optical coherence tomography, fiber optics References 1. Thomas Klein and Robert Huber, "High-speed OCT light sources and systems," Biomed. Opt. Express 8, 828-859 (2017).


17

A New Scanning Protocol for Laser Tissue Surface Scanning

Ulas YUKSEL1 and Serhat TOZBURUN2, 3 1 The Graduate School of Natural and Applied Sciences, Dokuz Eylul University, Izmir,

TURKEY 2 Izmir Biomedicine and Genome Center, Izmir, TURKEY

3 International Biomedicine and Genome Institute, Dokuz Eylul University, Izmir, TURKEY

[email protected]

Abstract Objective: The aim of the study is to develop a new scanning protocol to acquire wide-dynamic range variations between B- scans in single-shot. Background: Dynamic range of the angiography measurements is determined by the maximum (shorter intervals for the faster flows) and minimum (longer intervals for the slower flows) resolvable time difference. To extend the dynamic range, it is suggested to perform multiple measurements at different time

intervals1,2. However, a wide-range single-shot flow measurement is still challenging. Methods: Two approaches were explored to extend the time interval between B- scans. In the first approach, the repetition rate of the sine wave that drives the slow axis (B-scan) was constantly increased as a function of a ramp signal. Second, the repetition rate of the sine wave was slowly modulated using another sine wave. Computer simulations of the scanning protocol were developed in Matlab.

Figure 1: A representative of the time difference between successive frames.

Figure 2: Changing the time difference between frames via frequency modulated B-scan.

Results:

Figure 3: A comparison of time differences between a fixed frequency sinusoidal signal and frequency modulated sinusoidal signals.

Conclusions: The frequency modulation based scanning protocol, which provides wide dynamic range flow measurement in single shot, can be further developed for wide-range angiography of the microvasculature structure.

References:

1. Meemon P, Rolland Jannick P et al. Swept-source based, single-shot, multi-detectable velocity range Doppler optical coherence tomography. Biomed. Opt. Express, 1(3), 955–966, 2010. 2. Park T, Jang SJ et al. Wide dynamic range high- speed three-dimensional quantitative OCT angiography with a hybrid-beam scan. Opt. Letters, 43(10), 2237-2240, 2018.


18

Computer Simulations of Photothermal Applications Including Tissue Surface Scanning and Subsurface ONS

Merve TURKER1,2, Ozan YETIS1,2 and Serhat TOZBURUN1,2

1Izmir Biomedicine & Genome Center, Izmir, TURKEY 2Izmir International Biomedicine & Genome Institute, Dokuz Eylul University, Izmir, TURKEY

[email protected]

Abstract Objective: In this study, we aim to develop Monte Carlo based computer simulations of the laser-tissue interaction such as surface scanning laser-skin, and laser-subsurface neural tissue. Background: The laser parameters and the laser-tissue interaction (scattering and absorption events) provide a wide variable matrix that must be solved together. Based on a statistical random sampling of a physical quantity, the Monte Carlo simulation

technique1 has become the gold standard for analyzing light propagation in biological tissues. This numerical modeling

technique has also been shown to be applicable to multi-layered biological tissues2. In addition, the photothermal dynamics of pulsed and continuous-wave spot light sources within the tissue, including thermal damage, are examined numerically. Methods: Using the Monte Carlo simulation technique, two laser tissue interaction models were simulated in this study. First, the thermal damage caused by the fiber optic-based probe moving at a constant speed on the single axis of the skin model was investigated. The laser wavelength was set at 700 nm, which is commonly used in subsurface photothermal applications in dermatology. Second, the temperature distribution within the prostate during the sub-surface optical cavernous nerve stimulation (ONS) for 1 sec was explored. The laser wavelength was 1490 nm.

Results:

Figure 1: Simulation results of the temperature distribution at 1 W and the tissue damage profile of a fiber optic based probe moving along a single axis of skin tissue. Surface scanning was set to be 0, 0.5, and 1 mm/s, respectively. The area within the black contours represents the damaged tissue corresponding to 0.4, 0.6, 0.8, 1 W of laser power.

Figure 2: Thermal simulation results of subsurface optical cavernous nerve simulation for 1 sec laser radiation. White dashed lines separate the fascia, cavernous nerve and prostate tissue layers, respectively.

Conclusions: The development of Monte Carlo-based computer simulations for surface scanning and sub-surface neural stimulation models may provide detailed information about laser tissue interactions.

Keywords: Monte Carlo, photothermal effect, optical nerve stimulation

Acknowledgements: This work was supported by TUBITAK grant: 117E985. References: 1. Wilson, B.C., Adam, G. A Monte Carlo model for the absorption and flux distributions of light in tissue, Medical Physics, 10:6, p. 824–830, 1983. 2. Wang, L.H., Jacques, S.L., Zheng, Z. MCML - Monte - Carlo modeling of light transport in multilayered tissues, Computer Methods and Programs in Biomedicine, 47:2, p. 131–146, 1995.


19

Tek Ledli & 4 Ledli Görünür Işık Haberleşme Sistemi Tasarım ve Analizi

Mert BAYRAKTAR (a), Tevfik AĞAR (b) , Cem YAZICIOĞLU (c) (a) Kurucu Ortak, Lazersan Elektronik ve Çankaya Üniversitesi araştırma görevlisi, Adres,

[email protected], [email protected] (b) Kurucu Ortak, Lazersan Elektronik ve Sistem Mühendisi, Fotoniks A.Ş.

Adres, [email protected], [email protected] (c) Genel Müdür, Fotoniks A.Ş., Adres, [email protected]

ÖZET Görünür ışık haberleşme sistemleri ile ilgili örnek bir tasarım bu bildiride sunulmuştur. Bilgisayar ile arayüz devresi olarak evrensel asenkron alıcı verici (UART) seri haberleşme veri yolu kullanılmıştır. Vericide led sayısının nasıl arttırıldığına ilişkin tasarlanan devre yapısı ile ilgili bilgi verilmiştir. Alıcıda tasarlanan yükseltici ve filtre sonrası sinyaller gösterilmiştir. Son olarak da 4 ledli ve tek ledli verici tarafından laboratuvar ortamında gönderilen sinyaller alıcı tarafında karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Görünür ışık haberleşmesi, Li-Fi, Optik Haberleşme ABSTRACT It is presented an example design of visible light communication in the paper. It is used universal asynchronous receiver-transmitter (UART) serial bus as an interface circuit with computer. It is informed how we increase the number of LEDs with the circuit structure. It is showed signals after amplifier and filter designed. Finally, the signals sent in the laboratory environment by the 4 LED and single LED transmitter are compared on the receiver side. Keywords: Visible light communication, Li-Fi, Optical Communication. KAYNAKÇA [1] Zanyang Dong,Tao Shang, Yan Gao ve Qian Li, (2017), “Study on VLC Channel Modeling Under Random Shadowing”, IEEE Photonics Journal, 9, 6. [2] Liang Wu, Julian Cheng, Zaichen Zhang, Jian Dang ve Huaping Liu (2017), “Channel Estimation for Optical-OFDM-Based Multiuser MISO Visible Light Communication”, IEEE Photonics Technology Letters, 29, 20,1727-1730. [3] Zabih Gassemlooy, Wasiu Popoola, Sukhsampti Rai Bhandari, (2013), “Optical Wireless Communication System and Channel Modelling with Matlab”, CRC Press, 77-97. [4] Siu-Wai Ho, Abdullah A. Saed, Lifeng Lai ve Chi Wan Sung (2018), “Coding and Bounds for Channel Estimation in Visible Light Communications and Positioning”, IEEE Journal On Selected Areas In Communıcatıons, 36, 1, 34-44. [5] He Wan ve Sunghwan Kim, (2017), “Dimming Control Systems With Polar Codes in Visible Light Communication”, IEEE Photonıcs Technology Letters, 29, 19, 1651-1654. [6] Nuo Huang, Xiaodong Wang ve Ming Chen, (2018), “Transceiver Design for MIMO VLC Systems With Integer-Forcing Receivers”, IEEE Journal On Selected Areas In Communıcatıons, 36, 1, 66-77. [7] Roser Viñals, Olga Muñoz, Adrián Agustín, and Josep Vidal, (2017), “Cooperative Linear Precoding for Multi-User MISO Visible Light Communications”, IEEE , 978-1-5090-5019-2/17. [8] Zhen Feng, Caili Guo, Yang Yang_ and Chunyan Feng, (2017), “A Spatial Dimming Scheme Based on Transmit Antenna Selection for Multiuser MISO VLC Systems”, IEEE , 978-1-5090-1525-2/17. [9] Di He, (2014), “LEDs Location Optimization in the Indoor MISO VLC System”, IEEE , 978-1-4673-5225-3/14 [10] https://www.youtube.com/watch?v=emrZoCWc9As


20

A Compact Multi-Resonance Perfect Absorber for Seira Applications

Habibe Durmaz†, Arif E. Cetin‡, Yuyu Li* †Department of Electrical and Electronics Engineering, Karamanoglu Mehmetbey University,

Karaman 70100, TURKEY ‡ Izmir Biomedicine and Genome Center, Dokuz Eylul University, 35340, Izmir, TURKEY

*Department of Electrical and Computer Engineering and Photonics Center, Boston University, 8 Saint Mary’s Street, Boston, Massachusetts 02215, USA

E-mail: [email protected]

Özet Recently perfect absorbers (PAs) have spurred interest in different fields including e.g., superlens [1], bio-sensing [2], and invisibility cloaking [3] due to their characteristics of complex electric permittivity (ε) and magnetic permeability (μ). By rationally designing these artificial structures typically consists of a tri-layer system with top metallic layer structured at sub-wavelength, the impedance of the perfect absorber can be matched to free space with an independent adjustment in the electric and magnetic resonance, so that this structure can lead to strong absorption from mid- to near-IR wavelength. In this work, we introduced a metametarial based plasmonic platform, possessing tunable multi-resonances. Our plasmonic system based on U-bar-shaped antenna arrays has 3 well-defined resonances, which can be independently tuned. The physical origin of these multi-band resonances, arising due to the superposition of constituting antenna elements, was investigated through finite-difference time-domain analyses. Experimentally, we demonstrated our proposed PA platform simultaneously operates with a near unity absorption at each resonance. We theoretically demonstrated the surface enhanced infrared absorption (SEIRA) capability of our perfect absorber platform by studying its optical response with a thin protein bilayer and a polymethyl-methacrylate (PMMA) film. Also, numerically we analyzed the fine-tuning mechanism of our PA platform. Our initial experimental results showed that our PA platform is capable of detection of vibrational modes of a thin PMMA film. We believe our findings could open new avenues for reliable SERIA platforms through providing multiple vibrational finger print information compared to its conventional counterparts relying only on a single sensing data. Anahtar kelimeler: perfect absorber, SEIRA, plasmonics, metamaterials Kaynakça [1] V.M. Shalaev, Optical negative-index metamaterials, Nat. Photonics 1 (2007) 41-48. DOI: 10.1038/nphoton.2006.49.

[2] [30] C.K. Chen, M.H. Chang, H.T. Wu, Y.C. Lee, T.J. Yen, Enhanced Vibrational Spectroscopy, Intracellular Refractive Indexing

for Label-Free Biosensing and Bioimaging by Multiband Plasmonic- Antenna Array, Biosens Bioelectron. 60 (2014) 343−350. DOI:

10.1016/j.bios.2014.04.019.

[3] T. Ergin, N. Stenger, P. Brenner, J.B. Pendry, M. Wegener, Three-Dimensional Invisibility Cloak at Optical Wavelengths, Science

328 (2010) 337−339. DOI: 10.1126/science.1186351.


21

Compressive Photon Sieve Spectral Imaging

Oguzhan Fatih Kar1,4, Ulas Kamaci2, Fatih Cagatay Akyon3, Figen S. Oktem1

1Electrical and Electronics Engineering Department, METU, 06800 Ankara, Turkey 2Electrical and Computer Engineering Department, University of Illinois, 61801 IL, USA

3Electrical and Electronics Engineering Department, Bilkent University, 06800 Ankara, Turkey 4ASELSAN Research Center, 06370 Ankara, Turkey

[email protected]

Özet Compressive spectral imaging is a rapidly growing area offering higher performance novel spectral imagers than conventional ones. Inspired by compressed sensing theory, compressive spectral imagers aim to reconstruct spectral images from compressive measurements using sparse signal recovery algorithms. Here we present a new compressive spectral imaging modality called compressive photon-sieve spectral imaging (CPSSI). CPSSI utilizes a coded aperture to modulate the optical field from a scene, and a diffractive lens (such as a photon-sieve) for dispersion. The coded field passed through the photon sieve is recorded at a few measurement planes using a moving detector. Because of the wavelength-dependent focal length of the photon-sieve, each wavelength component is focused differently on the detector. Hence each resulting measurement is a superposition of coded and differently blurred spectral bands. We develop a fast sparsity-based reconstruction approach to reconstruct the three-dimensional spectral data cube from these compressive measurements. We also analyze the reconstruction performance of the approach using different sparsity priors, as well as different noise and compression settings. Simulation results show promising reconstruction performance with few measurements. Anahtar kelimeler: spectral imaging, compressed sensing, inverse problems, computational imaging, sparsity prior.


22

Digital Holographic Microscopy of Optically Trapped Bio-Samples

Ali-Reza Moradi Department of Physics, Institute for Advanced Studies in Basic Sciences, PO Box

45195-1159, Zanjan, Iran School of Nano Science, Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM), PO Box

19395-5531, Tehran, 19395, Iran [email protected]

Abstract Digital holographic microscopy (DHM) provides a non-invasive and quantitative phase imaging, making it suitable for 3D investigations of a spectrum of micro-objects including living cells. On the other hand, for many applications such as cell and aerosol analysis the immobilization of the sample under study is a crucial task. Optical trap is an elegant candidate to immobilize microscopic objects. Here, we present an integrated system for photo-damage-free 3D visualization and measurement of immobilized cells. The system consists of holographic and blinking optical tweezers combined with DHM. DHM can be performed in various configurations, and amongst, the self-referencing arrangements are the most useful ones due to their immunity against environmental vibrations. We have applied the methodology for several biological investigations. In this talk, we present the application for a single cell study of hypercalcemia. The calcium level in blood affects the morphological and rheological properties of red blood cell (RBC) membranes. By recoding digital holograms, while the concentration of calcium ions in the RBCs buffer is gradually increased, and numerical reconstruction of them, full morphometric data of RBCs were obtained. Morphological changes are expressed in terms of various parameters such as root mean square, skewness, and kurtosis of the cell membrane thickness distribution. We have observed dramatic changes of the cell morphology, which are attributed to the formation of calcium-induced hydrophobic aggregates of phospholipid molecules in the RBC membrane, resulting in a net change in membrane rigidity. Few other proposed experiments will be also mentioned and its prospects will be discussed to demonstrate the broad applicability of the approach. Keywords: Digital holographic microscopy, Optical trapping, diffractive optical elements, Hypercalcemaa, Red blood cell, Morphometric data


23

Dört ve Sekiz Kesmeli Kubbenin Sürükleme Kuvveti ve Görüntü Üzerine Füze Uygulamalarındaki Etkisi

Doğan Uğur Sakarya

ROKETSAN [email protected]

Sürükleme kuvveti etkisi, füze uygulamalarında menzil performansı için önemli bir parametredir. Kubbe geometrisine bağlı olarak, bu etki azaltılabilir.Yarım küre kubbeleri mükemmel görüntü bütünlüğüne sahiptir, ancak daha fazla sürükleme kuvvetinin kubbe üzerinde etkisi vardır. Dört ve sekiz kesmeli kubbe, sürükleme kuvvetini azaltır. Bununla birlikte, ortam yansımaları sistemde gürültüye neden olur. Ayrıca kubbe şekline bağlı olarak, çevrede bulunan güneş ve diğer kaynaklar kesme yüzeylerinde deforme olur ve bu deforme olmuş nesneler görüntüde yanlış hedefe yol açar. Bu çalışmada; yarım küre kubbe, dört ve sekiz kesmeli kubbe, sürükleme kuvvetine göre karşılaştırılmıştır. Ayrıca, üretilmiş kubbeleri kullanarak görüntüler çekilmiştir. Kubbelerin görüntü üzerindeki etkilerini karşılaştırmak için senaryolar üretilmiş ve otomatik hedef tespit algoritması kullanılarak bu görüntüler karşılaştırılmıştır.


24

Füze Uygulamalarında Işın Yönlendirme Yöntemini Kullanarak MWIR ve Dört Kadran Detektör İçin Optik Tasarımlar

Doğan Uğur Sakarya

ROKETSAN [email protected]


25

Hibrit Hacimsel Hetero Eklem Yapılı Oled ve

Katmanlı Eklem Yapılı Ofet Uygulamaları

Uğur. ÇELİK1*, Esra. ALVEROĞLU1 1İstanbul Teknik Üniversitesi, Fizik Mühendisliği, 34469 Maslak, Istanbul, TÜRKİYE.

[email protected], [email protected]

Günümüzde elektronik sektörünün neredeyse tamamı yarı iletkenlere dayanmaktadır. Yarı iletkenler düşünüldüğünde genellikle inorganik kristal materyaller olan silisyum ve germanyum gibi malzemeler aklımıza gelir. Oysa iletken polimerlerin keşfedilmesiyle, tıpkı inorganik yarıiletkenler de olduğu gibi, organik yarıiletkenleri de katı veya ince film formda işlemek ve organik elektronik sektöründe kullanmak mümkün olmuştur. Organik yarı iletkenler hem yarı iletken malzemelerin elektriksel özelliklerini hem de plastiklerin mekanik özelliklerini gösterebildikleri için farklı uygulamalarda çok ilgi çekici malzemeler haline gelmişlerdir. Bu çalışmada yarıiletken nano parçacıklar ve yarıiletken polimerler kullanılarak hibrit yapıda OLED ve OFET inşası ve karakterizasyonu üzerine uygulamalar yapılmıştır. Çalışmanın ilk kısmında ZnO nano parçacıkları sol-jel metodu ile sentezlenmiş [1] ve hazır alınan yarıiletken polimer Polyphenylene Vinylene (PPV) ile bir araya getirilerek OLED hazırlanmıştır. Bu hibrit yapının I-V karakteristiğinden aygıtın diyot karakteristiği gösterdiği ve kırmızı renk ışık yaydığı görülmüştür.[2] Çalışmamızın ikinci kısmında ise OFET yapımı için “pentasan” organik yarı iletken malzeme olarak kullanılmıştır. Aygıt inşasında dielektrik materyal olarak sırasıyla yüksek ve düşük dielektrik katsayılı malzemeler olan Poly (methyl methacrylate) (PMMA) ve polystrene (PS) kullanılmıştır. [3] Fakat bu aygıtta on-off akım oranının çok düşük olduğu gözlemlenmiştir. Bunun sebebinin, OFET yapımı aşamasında tavlama sıcaklıklarının doğru ayarlanamadığı ve yüzey pürüzlülüğünün artması sonucu mobilitenin düşmesi olduğu saptanmıştır. İleriki çalışmalarda bu sorunun tavlama sıcaklıklarının daha iyi ayarlanarak aşılabileceği düşünülmektedir. Anahtar Kelimeler: Organik, Yarı İletken, OLED, OFET, ZnO, PPV, PS, PMMA *ilgili yazar e-mail: [email protected] Kaynakça: [1] Ebadi, A., & Shojael, S. (2017). Synthesis, Characterization and Catalytic Performance in the Selective Oxidation of Alcohols by Metallophthalocyanines Supported on Zinc Oxide Nanoparticles. J Nanostruct, 57-63. [2] Kalyani, N. T., Swart, H., & Dhoble, S. (2017). Principles and Applications of Organic Light Emitting Diodes (OLEDs). United Kingdom: WoodHead Publishing. [3] Wei, S., Yifan, Z., & Junsheng, Y. (2017). Polymer Dielectric in Organic Field‐Effect Transistor. InTech. doi: 10.5772/65916


26

Tunable Reflection Type Plasmon Induced Transparency

Mohsin Habib1,2, Ekmel Ozbay1 and Humeyra Caglayan2 1Nanotechnology Research Center, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey

2Laboratory of Photonics, Tampere University of Technology, 33720, Tampere, Finland email: [email protected]

Electromagnetically induced transparency (EIT) is a phenomenon that can be produced by quantum interference between the two excitation pathways of a laser-activated atomic medium [1]. This can be used for slow light applications [3], optical storage [2]. Recently, this effect has been realized in the transmission mode and tuned by changing the Fermi level (Ef) of graphene. For the first time, we have numerically investigated and experimentally realized the tunable reflection type PIT (RPIT) effect by hybrid metal-graphene metamaterials. The RPIT effect is produced by two parallel strips of gold (Au) and controlled electrically by applying the gate voltage. A total shift of 211.7 nm was achieved by applying only 3V. Commercially available CVD grown graphene on Cu was transferred on metal and insulator layer on top of Si substrates by wet transfer method and spin coated with positive photo resist and aqua save. Coated sample was exposed to E-beam lithography to form strips. The exposed samples were developed. 5/45 nm of Ti/Au were deposited by E-beam evaporator, structures appeared after liftoff process of 24 hours in acetone. Reflection measurement were obtained by Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy. By changing the gate voltage surface carrier concentration of graphene was changed and tuning was observed in RPIT phenomena (Fig. 1 (c)). For the measurement samples were excited by x polarized field. Top gating method was used to tune optical response; schematic is presented in Fig. 1 (a).

REFERENCES [1] K. Boller, a Imamolu, and S. Harris, “Observation of electromagnetically induced transparency,” Phys. Rev. Lett., vol. 66, no. 20,

pp. 2593–2596, 1991. [2 M. Fleischhauer, A. Imamoglu, and J. P. Marangos, “Electromagnetically induced transparency: Optics in coherent media,” Rev. Mod. Phys., vol. 77, no. 2, pp. 633–673, 2005. [3] T. F. Krauss, “Why do we need slow light?,” Nat. Photonics, vol. 2, no. 8, pp. 448–450, 2008.


27

Çok-Modlu, Mikrokanal-Gömülü Mikrodalga Sensörleri ile Kanser Hücrelerinin Gerçek Zamanlı Algılanması

H. Aydogmus1, A. Secme1, H. Sedaghat Pisheh1, M. Kelleci1, M. Selim Hanay1,2

1 Makine Mühendisliği Bölümü, Bilkent Üniversitesi, Ankara, 06800 Türkiye. 2 Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi(UNAM), Bilkent Üniversitesi, Ankara, 06800 Türkiye.

Email: [email protected] Özet Nanoelektromekanik sistemler (NEMS) algılayıcılarında kullanılan çok-modlu ölçüm teknikleri, bu algılayıcılara yeni bir boyut kazandırarak tek-molekül ve tek-parçacık seviyesinde algılama1; konum bulma2, kütle ve sertlik belirleme3 gibi niceliklerin ölçülmesine olanak sağladı. Biz bu çalışmada, çok-modlu ölçüm tekniklerini elektromanyetik alana taşıyarak mikrokanal içerisindeki hücrelerin algılanabileceğini gösteriyoruz. Mikrokanal içerisindeki hücrenin elektriksel ve morfolojik bilgisi, üretilen mikroşerit rezonatörünün, mikrodalga rejiminde, çok modlu sürerek elde edilebilmektedir. Ön deneylerde mikrodamlacıklar kullanılmış ve mikrodamlacığın rezonatörün aktif alanından geçerken rezonatörün dielektrik katsayısının değiştirmesinden, algılayıcının rezonans frekansında kaymalar kaydedilmiştir. İlk iki modda meydana gelen frekans kaymalarından elde edilen bilgi ile mikrodamlacığın pozisyonu ve elektriksel hacmi elde edilerek konseptin elektromanyetik alandaki doğrulaması yapılmıştır. İki modda mikrodamlacıklar için yapılan doğrulamadan sonra hücre deneyleri gerçekleştirilmiştir.4 Bu deneylerde rahim ağzı kanseri hücresi olan HeLa ve meme kanseri hücresi olan MDA-MB-157 kullanılmıştır. İlk iki modu sürerek kaydedilen frekans kaymalarından hücrelerin boyut spektrumu elde edilmiştir. Elde edilen grafiğe göre iki hücre arasında büyüklük farkı ayırt edilebilmektedir. Mikrodalga sensörü ile elde edilen sonuçlar optik mikroskopla alınan ölçümler ile de doğrulanmıştır. Sonuç olarak, daha yüksek modlardan da elde edilecek bilgiler ile analitin görüntüsü elde edilebileceği gösterilmiştir.5 Bu teknik, optik mikroskopun aksine, hücrelerin gerçek zamanlı ve etiketleme gerektirmeyen üç boyutlu şekil özelliklerini verebilecektir. Bu proje Avrupa Araştırma Komisyonu (ERC) Başlangıç Hibesince desteklenmektedir. (REM, 758769). Anahtar kelimeler: Çok modlu rezonatör, mikrodalga, mikrokanal, tek kanser hücresi algılama, gerçek zamanlı Kaynakça [1] Hanay, M. S., Kelber, S., Naik, A. K., Chi, D., Hentz, S., Bullard, E. C., Roukes, M. L. (2012). Single-protein nanomechanical mass spectrometry in real time. Nature Nanotechnology, 7(9), 602-608. doi:10.1038/nnano.2012.119 [2] Dohn, S., Svendsen, W., Boisen, A., & Hansen, O. (2007). Mass and position determination of attached particles on cantilever based mass sensors. Review of Scientific Instruments, 78(10), 103303. doi:10.1063/1.2804074 [3] Gil-Santos, E., Ramos, D., Martínez, J., Fernández-Regúlez, M., García, R., Paulo, Á S., Tamayo, J. (2010). Nanomechanical mass sensing and stiffness spectrometry based on two-dimensional vibrations of resonant nanowires. Nature Nanotechnology, 5(9), 641-645. doi:10.1038/nnano.2010.151 [4] Kelleci, M., Aydogmus, H., Aslanbas, L., Erbil, S. O., & Hanay, M. S. (2018). Correction: Towards microwave imaging of cells. Lab on a Chip, 18(3), 540-540. doi:10.1039/c8lc90005a [5] Elie Sader, John & Hanay, Selim & P. Neumann, Adam & Lee Roukes, Michael. (2018). Mass Spectrometry Using Nanomechanical Systems: Beyond the Point-Mass Approximation. Nano Letters. 18. 10.1021/acs.nanolett.7b04301.


28

Optical and Structural Properties of ZnO Grown by Mist CVD Using Different Precursor Molarity

P. NARIN1*, E. KUTLU2, S. B. LISESIVDIN1

1 Department of Physics, Faculty of Science, Gazi University, Teknikokullar, 06500, Ankara, Turkey 2Department of Energy Systems Engineering, Faculty of Engineering and Natural Sciences, Ankara

Yıldırım Beyazıt University, 06010, Ankara, Turkey *[email protected]

Abstract Zinc oxide (ZnO) have been attracted in recent years because of its wide band gap and large exciton binding energy. In this study, ZnO nanostructures were grown on soda-lime substrates using mist Chemical Vapor Deposition (CVD) system at atmospheric pressure. Effect of different molarity of precursor solution on optical and structural of ZnO were investigated. Grown samples were characterized by means of X-ray diffraction (XRD), Atomic Force Microscopy (AFM) and UV-visible spectrophotometry measurements. Increasing precursor molarity of solution has been affected optical and structural properties. Optical transmittances of samples have been decreased with increasing molarity of precursor. Also, structural and optical parameters have been calculated. It is shown that optical band gap has been closed to experimental ZnO band gap values with increasing precursor molarity. Keywords: ZnO, mist CVD, precursor molarity, optical transmittance Acknowledgement: This work was supported by TUBITAK under Project No. 116F197. S. B. L was supported in part by the Distinguished Young Scientist Award of Turkish Academy of Sciences (TUBA-GEBIP 2016).


29

Growth of ZnO Nanostructures on Sapphire by Ultrasonic Spray CVD

P. NARIN1*, E. KUTLU2, S. B. LISESIVDIN1, E. OZBAY3,4,5

Department of Physics, Faculty of Science, Gazi University, Teknikokullar, 06500, Ankara, Turkey 2Department of Energy Systems Engineering, Faculty of Engineering and Natural Sciences, Ankara

Yıldırım Beyazıt University, 06010, Ankara, Turkey 3 Nanotechnology Research Center, Bilkent University, Bilkent, 06800 Ankara, Turkey


Turkey *[email protected]

Abstract In this study, Zinc oxide (ZnO) nanostructures were grown using Ultrasonic Spray Chemical Vapor Deposition (USCVD) method. ZnO nanostructures grown on Sapphire (c-plane Al2O3) substrates were characterized by X-ray diffraction (XRD), Atomic Force Microscope (AFM) and Scanning Electron Microscope (SEM). Effect of growth temperature in ZnO growths were investigated for growth temperatures changing between 250 and 400 °C. It is obtained that the surface roughness of ZnO samples have been decreased as a function of increasing growth temperatures. Because ZnO nanostructures were grown on hexagonal structures, grown ZnO samples have a strong (0002) diffraction peaks. In addition, annealing effect on surface properties of ZnO samples were studied at 900 °C. As a result of SEM measurements, ZnO nanostructures show 3-dimesional (3-D) crystal growth. Keywords: ZnO, Ultrasonic spray, Annealing effect, CVD Acknowledgements: This work was supported by TUBITAK under Project No. 116F197. E.O. acknowledges partial support from the Turkish Academy of Sciences. S. B. L was supported in part by the Distinguished Young Scientist Award of Turkish Academy of Sciences (TUBA-GEBIP 2016).


30

Effect of Transducer Power on Optical and Structural Properties of ZnO Nanostructures

E. KUTLU2*, P. NARIN1, A. YILDIZ2, S. B. LISESIVDIN1

1Department of Physics, Faculty of Science, Gazi University, Teknikokullar, 06500, Ankara, Turkey

2Department of Energy Systems Engineering, Faculty of Engineering and Natural Sciences, Ankara Yıldırım Beyazıt University, 06010, Ankara, Turkey

*[email protected]

Abstract The growth of ZnO nanostructure was carried out on soda-lime substrates by Ultrasonic Spray Chemical Vapor Deposition (USCVD). Characterization of samples were performed using X-ray diffraction (XRD), Atomic Force Microscope (AFM) and UV-visible spectroscopy. The hexagonal ZnO nanostructures show a polycrystalline characteristic according to XRD results. The peak of (0002) growing direction has become stronger with increasing transducer power. It is shown that, with the increasing power usage of the transducer, the optical transmittance of hexagonal ZnO nanostructures has decreased in the visible area. Keywords: Zinc Oxide, USCVD, XRD, AFM, Optical Properties Acknowledgment: This work was supported by TUBITAK under Project No. 116F197. S. B. L was supported in part by the Distinguished Young Scientist Award of Turkish Academy of Sciences (TUBA-GEBIP 2016).


31

Structural and Optical Properties of MgxZn1-xO Nanostructures Depending on Growth Temperatures

E. KUTLU2*, P. NARIN1, A. YILDIZ2, S. B. LISESIVDIN1

1Department of Physics, Faculty of Science, Gazi University, Teknikokullar, 06500, Ankara, Turkey 2Department of Energy Systems Engineering, Faculty of Engineering and Natural Sciences, Ankara

Yıldırım Beyazıt University, 06010, Ankara, Turkey *[email protected]

Abstract MgxZn1-xO nanostructures with different growth temperature have been grown by Ultrasonic Spray Chemical Vapor Deposition (USCVD) method at atmospheric pressure on the soda lime substrates. The structural and optical properties of grown MgxZn1-xO nanostructures have been investigated for 300, 350 and 400 °C of growth temperatures. It is determined that as growth temperature increases, Mg mole fraction of MgZnO increases. The surface properties of the grown samples have been determined with Atomic Force Microscopy (AFM). Optical band gap values have been calculated using absorption obtained from UV-visible spectrophotometer measurement. Band gap of MgZnO nanostructures have been increased depending on increasing growth temperature. Keywords: Magnesium Zinc Oxide, USCVD, optical and structural properties Acknowledgment: This work was supported by TUBITAK under Project No. 116F197. S. B. L was supported in part by the Distinguished Young Scientist Award of Turkish Academy of Sciences (TUBA-GEBIP 2016).


32

Investigation of an Ambient Temperature Impact on a Size-Of-Source Effect (SSE) of Radiation Thermometers

Semih YURTSEVEN*, Ozlem PEHLIVAN YILDIRIM, Humbet NASIBLI

TUBITAK UME, Kocaeli, Turkey *E-mail (corresponding author): [email protected];

Traceable to the Planck equation optical methods for radiometric temperature measurements have been in use since the beginning of twentieth century. In recent years with the developments in infrared radiation sensing detectors a new type of temperature sensing method namely a double wavelength radiation thermometry (DWT) has been attract more interest in the field. The working principle of the DWT is based on the retrieving of an unknown temperature from the ratio of two radiometric measurements of the radiation emanating from the surface under the test at two different wavelengths. One of the most important instrumental factors affecting the performance of any radiation thermometer including the DWT is the Size-of-Source Effect (SSE) [4]. Any precise radiation thermometer has a nominal target size at its working distance, and this target size (generally, specified in the design stage) is defined by the field of view (FOV) of optical system. Ideally, only all radiant flux emanating from the target spot within the FOV should reach the detector. However, in practice, the radiant flux at the detector contains a radiation from outside the target spot of the thermometer. Besides, some radiation from inside the FOV can be lost due to diffraction and scattering effects inside the radiometer. The dependence of the radiant flux at the detector surface on the size of the source is known as a SSE [5]. In this work we present the behavior of SSE of InGaAs detector based radiation thermometer at different ambient temperatures ranged from +10 °C to +40 °C at various environmental humidity values. The obtained results are compared with those obtained at the laboratory environmental conditions. All measurements were performed by means of an “in-direct” method due to its higher sensitivity among the other available SSE assessment methods. The impact of the measurement results in the frame of the development of DWT are illustrated and discussed. This work was partly funded by the EMPIR project ‘Implementing the new kelvin 2’, coordinated by Graham Machin. The EMPIR is jointly funded by the EMPIR participating countries within EURAMET and the European Union.

Keywords: radiant flux, Planck equation, radiometric measurement, double wavelength radiation thermometry. References: 1. G. Machin, “The kelvin redefined,” Measurement Science and Technology, Vol. 29, N. 2, 2018. 2. The InK 2 website is at www.vtt.fi/sites/ink2 3. A. Prokhorov, V. Sapritsky, B. Khlevnoy, V. Gavrilov, “Alternative Methods of Blackbody Thermodynamic Temperature Measurement Above Silver Point,” Int. J. Thermophys, (2015) 36:252–266. 4. S. Yurtseven, O. Pehlivan and H. Nasibov, “Investigation of SSE effect for Double Wavelength Thermometers,” IMEKO2018, XXII World Congress, Belfast, UK, 3-6 September 2018 (accepted paper). 5. H. Nasibov, A.Diril, O. Pehlivan, M. Kalemci, “Comparative Study of Two InGaAs-Based Reference Radiation Thermometers”, Int. J. Thermophys, Vol. 38, N. 112, 2017.


33

Visible Light Water Oxidation with a Noble Metal-Free Covalently Linked Molecular Sensitizer-Heterogeneous Catalyst Dyad

T. Gamze Ulusoy Ghobadi1,2, Elif Akhuseyin Yildiz3, Muhammed Buyuktemiz4, Sina Sadigh Akbari5, Derya Topkaya6, Ümit İşci6, Yavuz Dede4, H. Gul Yaglioglu3, Ferdi Karadas5

1 UNAM - National Nanotechnology Research Center, Institute of Materials Science and Nanotechnology,

Bilkent University,06800 Ankara, Turkey. 2Department of Energy Engineering, Faculty of Engineering, Ankara University, 06830 Ankara,

Turkey 3Department of Engineering Physics, Faculty of Engineering, Ankara University, 06100 Beşevler,

Ankara, Turkey 4 Department of Chemistry, Faculty of Science, Gazi University, Teknikokullar, 06500 Ankara,

Turkey. 5Department of Chemistry, Faculty of Science, Bilkent University, 06800 Ankara, Turkey.

6 Department of Chemistry, Faculty of Science, Gebze Technical University, 41400 Kocaeli, Turkey. [email protected]

Abstract Synthesis of a noble-metal free chromophore-water oxidation catalyst dyad system, which is robust and efficient, is presented. The synthesis involved coordination of a porphyrin derivative to a bridging Fe(CN)5 group bound to a cobalt based Prussian blue (PB) analogue. Light driven photocatalytic studies were performed to investigate the catalytic activity and stability. Photocatalytic tests confirm that porphyrin and PB structures collaborate for light-assisted water oxidation catalysis, which could be due to an efficient pathway for electron transfer between the chromophore and the catalytic cobalt sites. This mechanism has been investigated by computational and transient absorption (TA) studies. Transient absorption experiments and computational studies show the Fe(CN)5 group to be more than a linker as it takes part in electron-donation and co-operates with porphyrin. Understanding the charge transfer dynamics in dye-sensitized photoelectron chemical cells is of paramount importance for the design of water-oxidation catalyst systems.

Key words: water oxidation, cyanide, prussian blue, porphyrin, water splitting, dyad, dye-sensitized Acknowledgment This work is supported by the Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK), grant number 215Z249. References [1] S. Pintado, S. Goberna-Ferrón, E. C. Escudero-Adán, J. R. Galán-Mascarós, J. Am. Chem. Soc.2013, 135, 13270–13273. [2] E. P. Alsaç, E. Ülker, S. V. K. Nune, Y. Dede, F. Karadas, Chem. - A Eur. J.2018, In Press.


34

Strategies Towards Enhancing the Efficiency of BODIPY Dyes in Dye Sensitized Solar Cells

E. Akhuseyin Yildiza, G.Sevincb, H. G. Yaglioglua, M. Hayvalic

aDepartment of Engineering Physics, Faculty of Engineering, Ankara University, 06100 Beşevler, Ankara, Turkey

bDepartment of Chemistry, Science and Literature Faculty, Bilecik Şeyh Edebali University, 11230, Bilecik, Turkey

cDepartment of Chemistry, Faculty of Science, Ankara University, 06100 Beşevler, Ankara, Turkey

[email protected] Abstract Electron injection dynamics play an important role on the efficiency of Dye Sensitized Solar Cells (DSSC). On the other hand, BODIPY molecules are good candidates for DSSC application due to their strong absorption and fluorescence properties in the visible and near infrared spectral regions, great molar absorption coefficients, and photostability. Diverse modification on the core of BODIPY structure at all positions and with any desired functionality, allows tuning their photophysical properties as well as electron transfer mechanisms. However there are only a few works investigating the relationship between structural modification and electron injection dynamics of BODIPY dyes as well as their effect on the performance of DSSCs . In this work, our goal is to reveal the effect of electron donating and anchoring group of a newly designed and synthesized BODIPY dyes, on the electron injection dynamics and photovoltaic performance of BODIPY dye sensitized solar cells. The effect of electron donating properties was studied by choosing methoxyphenyl or triphenylamine (TPA) as electron donor moieties. Attachment of the dye to TiO2 was studied by altering the number of anchoring groups on the dye molecules and by altering surface morphology of TiO2 with fs laser ablation. We used catechol moiety as an anchoring group of BODIPY for the first time. Anchoring efficiency, light-harvesting capability, and electron injection rate to TiO2 were enhanced about 47% by femtosecond laser ablation treatment of TiO2 surface.

Key words: Borondipyrromethene, Catechol-BODIPY, Ultrafast charge injection, DSSC, Laser ablation Acknowledgment We gratefully acknowledge the financial support by Scientific and Technical Research Council of Turkey (TUBITAK) (No. 115F400)


35

Preliminary Measurements of a Variable Temperature Blackbody Radiation by Means of a Double Wavelength Thermometer

Semih YURTSEVEN, Humbet NASIBLI*.


Nowadays measurement community is witnessing with the redefinition of the SI unit of the temperature - the kelvin, by means of a fixed value of the Boltzmann constant (k) instead of currently used the triple point of water. The new definition will formally come into force on World Metrology Day, 20 May 2019 [1]. Currently TUBITAK UME, in the frame of the EMPIR ‘Implementing the new kelvin 2’ [2] project is developing a new type of a radiation thermometer namely a double-wavelength radiation thermometer (DWT) [3-4], specifically for the radiometric temperature measurements traceable to synchrotron radiation. In contrary to the presently used absolute radiometric methods (where the traceability to the watt via a cryogenic radiometer is required), the DWT method allows the measuring of the thermodynamic temperature only from two relative radiance measurements. In order to retrieve a thermodynamic temperature a DWT uses two spectral channels. Recently, in [5] it was shown theoretically that the accuracy of such as temperature measurement can be increased if one of the measurement channels will has a broadband optical bandwidth, while the other will be very narrow.

In this work we communicate the results of the blackbody radiation sensing by means a DWT. To our best knowledge, this is the first time that a single pyrometer that integrates two channels i) with a broadband optical transmission (from 300 nm to 1100 nm) glass KG-5 (from Schott) and ii) an interference filter with a narrow bandwidth of about 40 nm and peak wavelength of about 900 nm is used for a radiometric temperature measurements. The base optical parameters of the DWT, as well as the measurement principle and the experimental results are presented in this work. This work was partly funded by the EMPIR project ‘Implementing the new kelvin 2’, coordinated by Graham Machin. The EMPIR is jointly funded by the EMPIR participating countries within EURAMET and the European Union.

Keywords: synchrotron radiation, double-wavelength radiation thermometer, optical bandwidth, radiometric measurements. References: 1. G. Machin, “The kelvin redefined,” Measurement Science and Technology, Vol. 29, N. 2, 2018. 2. The InK 2 website is at www.vtt.fi/sites/ink2 3. A. Prokhorov, V. Sapritsky, B. Khlevnoy, V. Gavrilov, “Alternative Methods of Blackbody Thermodynamic Temperature Measurement Above Silver Point,” Int. J. Thermophys, (2015) 36:252–266. 4. S. Yurtseven, O. Pehlivan and H. Nasibov, “Investigation of SSE effect for Double Wavelength Thermometers,” IMEKO2018, XXII World Congress, Belfast, UK, 3-6 September 2018 (accepted paper). 5. P. Saunders “Analysis of the Potential Accuracy of Thermodynamic Measurement Using the Double-Wavelength Technique,” Int. J. Thermophys, Vol. 35, Issue 3–4, pp. 417–437, 2014.


36

Measurement of Normalized Spectral Responsivity of an InGaAs Detector at Controlled Environmental Conditions

Semih YURTSEVEN*, Seda Oguz AYTEKIN, Humbet NASIBLI.


Nowadays noninvasive and nondestructive temperature and humidity measurement sensors are penetrating in many fields ranged from fundamental researches to industrial applications and even in the daily life processes (especially, in the food sector). Along with radiation thermometry the methods such as termography, reflectance based FTIR spectroscopy, hyperspectral imaging etc. are the most widely used techniques in the domain. However, the complexity and high cost of a traceable calibration of these techniques are their main drawbacks. On the other hand, last years the achievements in the manufacturing of high sensitive and short- and long- time stable InGaAs photodiodes has accelerated developments in various measurement methods (based on InGaAs detectors) in the near infrared region of the spectrum. Currently, at TUBITAK UME we are developing two different InGaAs detector based measurement systems: a double wavelength radiation thermometer [1] and a moisture and humidity sensing sensor with an extremely low sensitivity. The development of both systems requires an accurate characterization of the base parameters of utilized InGaAs detectors. In this work we describe the measurement results of the normalized spectral responsivity of an InGaAs photodiode obtained at the controlled environmental conditions. Particularly, the normalized spectral responsivities were recorded at different ambient temperatures ranged from +10 °C to +50 °C at various environmental humidity values. Besides, while many works [2-4] depict that the behavior of InGaAs photodiodes may differ at over-filled and under-filled illumination conditions, in this work we performed the spectral responsivity measurements at both (over- and under -filled) illumination conditions. The impact of the measurement results in the frame of the above mentioned systems are illustrated and discussed. This work was partly funded by the EMPIR project ‘Implementing the new kelvin 2’, coordinated by Graham Machin. The EMPIR is jointly funded by the EMPIR participating countries within EURAMET and the European Union.

Keywords: spectral responsivity, InGaAs detectors, optical bandwidth, radiometric measurements, under-filled illumination. References:

1. S. Yurtseven, O. Pehlivan and H. Nasibov, “Investigation of SSE effect for Double Wavelength Thermometers,” IMEKO2018, XXII World Congress, Belfast, UK, 3-6 September 2018 (accepted paper).

2. P. Corredera, M. L. Hernanz, M. González-Herráez and J. Campos, “Anomalous non-linear behaviour of InGaAs photodiodes with overfilled illumination,” Metrologia, Vol. 40, N. 1, 2003.

3. H. W. Yoon, J. J. Butler, T. C. Larason and G. P. Eppeldauer, “Linearity of InGaAs photodiodes” Metrologia, Vol. 40, N. 1, 2003.

4. H. Nasibov, A.Diril, O. Pehlivan, M. Kalemci, “Comparative Study of Two InGaAs-Based Reference Radiation Thermometers”, Int. J. Thermophys, Vol. 38, 112, 2017.


37

First Principle Study of ZnO Nanoribbon Passivated with H and Mg

J. M. ALL ABBAS1*, P. NARIN1, E. KUTLU2, S. B. LISESIVDIN1, and E. OZBAY3,4,5, 1Faculty of Science, Department of Physics, Gazi University, Ankara, Turkey

2Department of Energy Systems Engineering, Faculty of Engineering and Natural Sciences, Ankara,Yıldırım Beyazıt University, 06010, Ankara, Turkey

3Nanotechnology Research Center, Bilkent University, Ankara, Turkey 4Department of Physics, Bilkent University, Ankara, Turkey

5Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, Ankara, Turkey * [email protected]

In this study, the electronic properties of ZnO nanoribbons with zigzag edges (ZZnONr) have been investigated with Density Functional Theory (DFT). The electronic band structures, density of states (DOS) and total energy of ZZnONr passivated with Hydrogen (H) and Magnesium (Mg) atoms were calculated. It is shown that the increasing width of ZZnONrs has been decreased the band gap of the studied structures. While ZZnONr passivated with Mg have been shown a spin depedency for different edges of ZZnONr. The energetically stable structure has been determined as ZZnONr passivated with Mg for Zn-rich edge. ZZnONr passivated with Mg atoms for both edges have a graphene-like band structure. This band strucutre of ZZnONrs could be important for the electron transport of ZZnONrs. Keywords: ZnONr, Passivation, DFT, electronic properties Acknowledgment This work was supported by TUBITAK under Project No. 116F197. E.O. acknowledges partial support from the Turkish Academy of Sciences. S. B. L was supported in part by the Distinguished Young Scientist Award of Turkish Academy of Sciences (TUBA-GEBIP 2016). References [1] S.Adachi, Properties of semiconductor alloys: group-IV, III-V, and II-VI semiconductors, Vol. 28. John Wiley & Sons, 2009. [2] D. G.Thomas, The exciton spectrum of zinc oxide, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 15.1-2 (1960) 86-96. [3] V.Srikant, D. R_ Clarke. "On the optical band gap of zinc oxide." Journal of Applied Physics 83.10 (1998) 5447-5451. [4] A.Teke, Ü. Özgür, S. Doğan, X. Gu, H. Morkoç, B. Nemeth, J. Nause, H.O. Everitt, Excitonic fine structure and recombination dynamics in single-crystalline ZnO, Physical Review B. 70.19 (2004) 195207.


38

Multi-Mode Four-Wave Mixing with a Spatially-Structured Pump

(Uzamsal Olarak Şekillendirilmiş Pompa Işık Kaynağıyla Beslenmiş Çok Modlu Dört Dalga Karışımı)

Onur Danaci, Jon D. Swaim, Erin M. Knutson, Ryan T. Glasser

Tulane University [email protected]

Özet Çift-lambda enerji konfigürasyonuna sahip sıcak 85Rb gazında uyarıcı bir “probe” ışık kullanılarak dört-dalga karışımı (4DK) ve bir kavite gerekmediğinden uzamsal olarak çok-modlu sıkıştırılmış ışık elde edilmektedir. 4DK’yi besleyen “Pump” ışık kaynağının uzamsal modu “Gausyen”(LG00) harici bir moda bir apertür yardımıyla şekillendirildiğinde hem frekans hem uzam uzayında kuantum ağlarında kullanılabilecek sıkıştırılmış çok modlu ışık üretilebildiğini gözlemledik. Bu gözlemimizi faz-uyumu vb kuramsal olarak açıkladık. Hesaplama ve benzetim yollarıyla yeniden üreterek yapay-sinir ağları gibi yöntemlerle uzamsal modların ne şekilde kontrol edilip, kuantum ve klasik özelliklerinin optimize edilebileceğini kurguladık. Anahtar kelimeler: Non-linear optics, Doğrusal olmayan optik, Kuantum Optik, Işığın Uzamsal Modları, Kuantum Enformasyon, Kuantum Bilgi Kuramı, Quantum Squeezing, Kuantum Sıkıştırma, Işık Sıkıştırma, Sıcak Atomik Gazlar, Rubidyum Kaynakça [1] R. N. Lanning, Z. Xiao, M. Zhang, I. Novikova, E. E. Mikhailov, and J. P. Dowling, Physical Review A 96, 013830 (2017). [2] Turnbull M T, Petrov P G, Embrey C S, Marino A M and Boyer V 2013, Role of the phase-matching condition in nondegenerate fourwave mixing in hot vapors for the generation of squeezed states of light, Phys. Rev. A 88 033845 [3] McCormick C F, Boyer V, Arimondo E and Lett P D 2007, Strong relative intensity squeezing by four-wave mixing in rubidium vapor, Opt. Lett. 32 178 [4]Powers, Peter E., and Joseph W. Haus. Fundamentals of nonlinear optics. CRC Press, 2017.


39

Yüksek Güçlü Lazer Işıması Altında Borosilikat Teleskop Birincil Aynasının Yüzey Bozulmaları

Emine Yasemen KAYA-ÇEKİN (a), Yavuz ÖZTÜRK (a), Cevdet BAYAR(b), Eray Arpa(a),

Aydın YENİAY (a) TÜBİTAK BİLGEM, Gebze Kocaeli, (b) TÜBİTAK Ulusal Gözlemevi, Antalya.

İletişim emaili: [email protected] Özet Bu bildiride, yüksek güçlü lazer ışınına maruz bırakılan, yüksek yansıtmalı dielektrik kaplamalı 500mm çapında borosilikat tabanlı asiferik bir aynanın lazer soğurma katsayısı ve soğurulan enerjinin yüzeyde meydana getirdiği deformasyon zamana bağlı olarak sonlu elemanlar metodu ile hesaplanmıştır. Bu deformasyon nedeniyle meydana gelen optik bozulmalar Zernike katsayılarının hesaplanması yoluyla çalışılmıştır. Muadillerine kıyasla daha yüksek termal genleşme katsayısına sahip olmasına rağmen düşük maliyetli bir alttaş malzemesi olan borosilikat, oldukça düşük genleşme katsayısına sahip Zerodur® malzeme ile kıyaslanmıştır. Alttaş malzemenin yanı sıra, ayna yüzeyindeki çok katmanlı kaplamanın optik, termal ve mekanik özellikleri analizlere dâhil edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Lazer, Ayna, Borosilikat, Zerodur, Deformasyon, Zernike, Bozulmalar.


40

Perylene-TEMPO Dyads Showing High Triplet Quantum Yield and Long Lived Triplet State: Radical Enhanced Intersystem Crossing

May Become a Better Alternative to Heavy Atom Effect?

Z. Wang a, S. Richert b , J. Zhao a , M. Hayvali c Stefan Weber b, E. Akhuseyin Yildiz d, H. G. Yaglioglu d

a State Key Laboratory of Fine Chemicals, School of Chemical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, PR China

b Institute of Physical Chemistry, Albert-Ludwigs-UniVersität Freiburg, 79104 Freiburg, Germany c Department of Chemistry, Faculty of Science, Ankara University, 06100 Beşevler, Ankara, Turkey. d Department of Engineering Physics, Faculty of Engineering, Ankara University, 06100 Beşevler,

Ankara, Turkey

[email protected]

Abstract

In order to attain a balanced electron spin-spin exchange interaction magnitude between a stable radical (nitroxide radical, NO) and a chromophore, so that the efficient intersystem crossing (ISC) from singlet spin manifold to the triplet state is facilitated, and at the same time, a long-lived triplet state is resulted, herein we prepared a NO radical labeled perylene derivative, a long, flexible linker between the two units was used. The current molecular structure profile is in contrast to a previously reported dyad in which a short, rigid linker between the two units was used. The photophysical properties of the Pery-TEMPO were studied with steady state and time-resolved optical spectroscopies, as well as time-resolved electron paramagnetic resonance spectroscopy (TREPR). Our results are useful for designing of efficient heavy atom-free triplet photosensitizers based on the radical enhanced ISC and the applications of these molecules in photocatalysis, photovoltaics, and photon upconversion.

440 480 520 560 600 640 680 720 760 800-0,15

-0,10

-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15

420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540

-0,10

-0,08

-0,06

-0,04

-0,02

0,00

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800-1,2

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

440 480 520 560 600 640 680 720 760 800-0,15

-0,10

-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540

-0,12

-0,10

-0,08

-0,06

-0,04

-0,02

0,00

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800-1,2

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

a

Wavelength (nm)

0,5 ps 0,687 ps 0,847 ps 1,07 ps 1,35 ps 1,94 ps 24 ps 100 ps 486 ps 1206 ps 3026 ps

b

dc

Pery-TEMPO Theoretical Fit

Nor

mal

ized

Abs

orba

nce

(a.u

.)

Time (ps)

Wavelength (nm)

0,46 ps 0,62 ps 0,713 ps 0,82 ps 0,967 ps 1,17 ps 2,7 ps 8,5 ps 44 ps 806 ps 2186 ps 3146 ps

Nor

mal

ized

Abs

orba

nce

(a.u

.)

Time (ps)

Pery-Br Theoretical Fit

References [1] Zhao, J.; Ji, S.; Guo, H. Triplet–triplet annihilation based upconversion: from triplet sensitizers and triplet acceptors to upconversion

quantum yields. Rsc Advances. 2011, 1, 937-950. [2]Ceroni, P. Energy Up‐Conversion by Low‐Power Excitation: New Applications of an Old Concept. Chemistry-A European Journal.

2011, 17, 9560-9564.


41

All-Fiber Er-Doped ASE Source for Fiber Optic Sensors

Aylin Yertutanol1,2 *, Önder Akçaalan1, Serdar Öğüt1,3 and Ekmel Özbay1,3 1Nanotechnology Research Center-NANOTAM, Bilkent University, Ankara, Turkey

2Department of Nanotechnology and Nanomedicine, Hacettepe University, Ankara, Turkey 3Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, Ankara, Turkey

*[email protected] Abstract The use of Erbium doped fiber amplified spontaneous emission (Er-doped ASE) sources, which are used as an important component in many optical systems, has also gained importance in the field of fiber optic technology in a short time. Due to the optical fiber close to telecom wavelength 1550 nm, many ASE sources are preferred as Er-doped ASE sources. The most important advantage of these sources are light efficiency, low noise, cost effective and wide usage. Rare earth doped fiber sources also are used as sensors such as acoustic, fiber optic gyroscopes [1]. The gain coefficient of the Er-doped ASE fiber amplifier at different temperatures is calculated using the McCumber theory [2]. In this study, we measured the amplified spectrum of the ASE source with Er-doped fiber and these results were compared experimentally with commercial SLED (Super Luminescent Emission Diode) source. ASE source includes, laser diode, hybrid component, and Er-doped fiber. In the range of 40 ° C to 85 °C are performed in a climate chamber as seen in Fig 1(a). Additionally, we examined the comparison of the output spectra of all fiber-doped ASE with a 300 mW SM pump diode and a 50 nm SLED source for seven different temperatures shown in Fig 1(b,c).

Figure 1: (a) Temperature characterization setup of ASE source and SLED, (b) spectrum for all-fiber Er-doped ASE with 300 mW of SM pump diode and (c) spectrum for 50 nm SLED source In summary, in this paper, we analyzed a temperature characterization of the all fiber Er-doped ASE Source and commercial SLED. According to the results, the all fiber ASE source exhibited a more stable behavior between -40 and +85 °C. Even though there is no significant RMS change in total, the noise of the instant RMS varies excessively for SLED source. Because of these large instantaneous RMS changes, it is difficult to make an algorithm to compensate for this fluctuation. Also after +70 ° C the SLED is not a good source for industrial application. For this reason, we offer a stable and algorithmically applied all fiber Er-doped ASE source with a maximum loss of 15% at a total temperature range of 125 °C. Keywords: amplified spontaneous emission (ASE), temperature effect, erbium-doped fiber. References [1] Hanna, David, Rare-earth-doped fiber lasers and amplifiers, 2nd edition: Michel J.F. Digonnet (Ed.); Marcel Dekker Inc., New York, Basel, 2001. [2] TMahran, Osama & Salah Helmy, Mohammed & Hai, Mourad. Temperature Effect on the Emission Cross Section of Er in Al2O3 Fiber Amplifier. Journal of Applied Sciences Research. 5. 2009, pp. 1692-1697.s


42

Efficient Radical-Enhanced Intersystem Crossing in NDI-TEMPO Dyad: Photophysical Study, Electron Spin Polarization and

Application in Photodynamic Therapy

Z.Wanga, Y. Gaob, M. Hussaina, S. Kunduc, V. Raned, M. Hayvalie, E. Akhüseyin Yildizf, J.Zhaoa, H. G.Yagliogluf , R. Dasc, L. Luob and J. Lig

a State Key Laboratory of Fine Chemicals, School of Chemical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, PR China

b National Engineering Research Center for Nanomedicine, College of Life Science and Technology, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China.

cDr. S. Kundu, Prof. R. Das Tata Institute of Fundamental Research, Homi Bhabha Road, Mumbai 400005, India

d Radiochemistry Division, Bhabha Atomic Research Centre, Mumbai 400085, India. eDepartment of Chemistry, Faculty of Science, Ankara University, 06100 Beşevler, Ankara, Turkey fDepartment of Engineering Physics, Faculty of Engineering, Ankara University, 06100 Beşevler,

Ankara, Turkey gCollege of Materials Science and Opto-electronic Technology, University of Chinese Academy of

Sciences, Yanqi Lake, Huairou District, Beijing 101408, China. [email protected]

Abstract

Compact naphthalenediimide (NDI)-2,2,6,6-tetramethyl piperidine N-oxyl (TEMPO) dyad was prepared, with the aim to study the radical-enhanced intersystem crossing (EISC) and the formation of high spin states, as well as the electron spin polarization (ESP) dynamics. Compared to the previously reported radical-visible lightharvesting chromophore dyads, the present molecular system shows the very high triplet state quantum yield (T = 74%), long-lived triplet state (T = 8.7 s), fast EISC (1/kEISC = 338 ps) and absorption in the red region. Time-resolved ERP spectroscopy shows that, on photoexcitation in fluid solution at room temperature, the ESP of the D0 state of TEMPO moiety gives extremely fast strong emissive (E) polarization, owing to the quenching of the excited singlet state of NDI by the radical moiety. The emissive polarization then inverts to absorptive (A) within about 3 s, and then slowly relaxes to thermal equilibrium while quenching the triplet state of NDI. Formation and decay of the quartet state were also observed. The dyad was used as a three spin triplet photosensitizer for triplet-triplet annihilation upconversion (quantum yield UC = 2.6%). Remarkably, when encapsulated into liposomes, the red light absorbing dyad-liposomes show good biocompatibility and excellent photodynamic therapy (PDT) efficiency (phototoxicity EC50 = 3.22 M), serving as a promising candidate for future less-toxic and multi-functional photodynamic anticancer therapy.

References

[1] Z.Wang, Y. Gao, M. Hussain, S. Kundu, V. Rane, M. Hayvali, E. Akhüseyin Yildiz, J.Zhao, H. G.Yaglioglu, R. Das, L. Luo and J. Li, Chem.-Eur. J. Manuscript ID: chem.201804212


43

Optically Switchable Metamaterial Absorber Sub-Terahertz Frequency Region

Ahmet Faruk1, Cumali Sabah2,3

1Sustainable Environment and Energy Systems, Middle East Technical University - Northern Cyprus Campus (METU-NCC), Kalkanlı, Guzelyurt, TRNC / Mersin 10, Turkey

2Department of Electrical and Electronics Engineering, Middle East Technical University – Northern Cyprus Campus, Kalkanli, Guzelyurt, TRNC / Mersin 10, Turkey

3Kalkanli Technology Valley (KALTEV), Middle East Technical University - Northern Cyprus Campus (METU-NCC), Kalkanlı, Guzelyurt, TRNC / Mersin 10, Turkey

[email protected] Abstract Optically switchable metamaterial absorber for sub-terahertz regime is proposed and analyzed in this study. The proposed structure consists of two parts: a square ring with two gaps as an outer resonator and H-shaped metallic structure as an inner resonator. First, the MTM absorber is designed and the absorption response of the absorber structure is analyzed. The perfect absorption is achieved at the resonant frequencies of 0.12 THz and 0.29 THz. To identify the character of the resonances, the electric field and the surface current distributions are analyzed. As a second step, the semiconductor (silicon) is embedded to the gaps of the square ring resonator. Photoconductive characteristic of silicon allows us to modify its optical response through a pump beam. Thus, the conductivity of silicon changes with the pump power. The variation of the conductivity can be used to tune resonance frequency of the proposed absorber. Therefore, the suggested absorber design can be used as a terahertz modulator and switchable device for terahertz regime. Keywords: Metamaterials, Absorber, Switchable, Sub-Terahertz References: 1. Zongcheng Xu, Runmei Gao, Chunfeng Ding, Liang Wu, Yating Zhang, Degang Xu, Jianquan Yao “Photoexited switchable metamaterial absorber at terahertz frequencies”, Opt. Comm. 344, 2015.

2. Xiaopeng Shen and Tie Jun Cui “Photoexcited broadband redshift switch and strength modulation of terahertz metamaterial absorber”, J. Opt. 14, 2012.


44

Fundamental Analysis of Microring Resonator Based BDD Logic Circuits

O. Yakar and İ. Ercan

Boğaziçi University, Electrical and Electrical Engineering Department {ozan.yakar, ilke.ercan}@boun.edu.tr

Abstract Moore’s Law has been the fuel of expansive innovation in computing since 1980s. The chip industry kept the Moore’s law extant for almost four decades. However, the halt of the rapid progress of the silicon technology is incipient by reason of the fundamental physical limitations [1]. Emerging computing proposals suggest several alternatives to current techniques and technologies. The photonic circuitry is one of the most promising candidates with its high operation speed, energy efficient passive components, low crosstalk and appropriateness for parallel computation [2]. In this work, we focus on microring resonator based logic circuits that are built using Binary Decision Diagram (BDD) architecture. We employ the BDD half adder circuit proposed in Ref. [3] and we design a BDD NAND logic gate to provide a basis for comparison. Both circuits are composed of silicon ring resonator based switching nodes. The input states are changed by the third order effects (plasma dispersion effect, thermo-optic effect). The microring resonator structure confines light transversely by the refractive index contrast and longitudinally by the periodic boundary conditions, i.e. the ring size [4]. In order to get a constructive interference the ring circumference should be integer multiples of the wavelength of the incoming photon in the bus-waveguide. This allows us to discretize the signal and use as a 1-bit signal [3]. In addition, this allows us to do a parallel computing by using the same waveguide with signals with various wavelengths. During the transitions from the ring and the bus waveguide, light couples into and out of the ring via evanescent field coupling. Thence, the coupling gap and ring size play the main role in the design of the circuit structure. We focus on the physical structure of the BDD circuits and the dynamics of the information that is processed by them. This allows us to obtain a physical-information-theoretic analysis of both circuits and calculate their fundamental performance efficiency bounds. These preliminary findings allow us to assess limitations imposed by the physical nature of photonic devices in computation, therefore significantly contributing to the strategic development of this technology. Keywords: Binary Decision Diagrams, Ring Resonators, Optical Processing, Photonic Logic References [1] T. Simonite, “Moores law is dead. now what,” MIT Technology Review, 2016. [2] H. J. Caulfield and S. Dolev, “Why future supercomputing requires optics,” Nature Photonics , vol. 4, no. 5, p. 261, 2010. [3] S. Lin, Y. Ishikawa, and K. Wada, “Demonstration of optical computing logics based on binary decision diagram,” Optics Express, vol. 20, no. 2, pp. 1378–1384, 2012. [4] V. Van, Optical Microring Resonators: Theory, Techniques, and Applications . CRC Press, 2016.


45

Electro-mechanically Tuned Rod Type Photonic Crystals for Optical Modulation and Impact Sensing

O. E. Örsel, S. Kocaman

Middle East Technical University, Middle East Technical University [email protected], [email protected]

Abstract We propose a novel way of mechanical perturbation of photonic crystal cavities for on-chip applications. Our motivation started with the equivalence of 2D photonic crystals with their 3D counter parts where the top and bottom boundary conditions are replaced with perfect electrical conductors. (PEC boundary condition enables TE waves to acquire the PhC rods as infinite height). In order to change the characteristics of the structure, an air defect between PhC rods and PEC boundary is constituted. The effect of defect is demonstrated by designing band and notch type PhCs with PEC boundaries. Once the height of the defect is changed, the resonant frequencies of the structures changes due to the change in the effective scattering length of the input TE waves. Since, the implementation of the system would be done by gold plates, the electromagnetic analysis of gold plates at telecom wavelengths is being done. Additionally, devices utilizing this phenomenon are designed for telecom wavelengths and PEC boundaries are replaced by gold plates. It is being observed that the resonant frequencies are shifted by 20 THz by the virtue of the gold plates. For 10 nm gold plate displacement that creates the air defect, band-pass and notch filter showed a 2.7 THz and 3 THz shift in the resonant frequency, respectively. By using this phenomena, optical modulator and impact sensor are designed and structure of the system is given in the Fig. 1. Layered nature of these designs allowed electro-mechanical actuation and using that fact efficient mechanical systems that are nonlinear are designed. Non-linear vibration analysis of the mechanical system is accomplished by using the squeeze film air damping. Optical modulation with a 1.3 MHz maximum modulation frequency with a power consumption of 36.81 nW and impact sensing with 20 µs response time (much faster compared to the commercially available ones) are shown to be possible. Our structures are fabricated with multiple e-beam lithography steps on silicon-on-insulator (SOI) wafers followed by metal deposition and selective air-bridged layers for mechanical motion.

Figure 1. Designed structure

Key Words: Tunable Photonic Crystal, Opto-electro-mechanical Interaction, Perturbation of PEC Boundary on Photonic Crystals. References 1. Thompson, J. et al. Strong dispersive coupling of a high-finesse cavity to a micromechanical membrane. Nature 452, 900-900

(2008). 2. Eichenfield, M., Camacho, R. , Chan, J. , Vahala, K. & Painter, O. A picogram- and nanometre-scale photonic-crystal

optomechanical cavity. Nature 459, 550-555 (2009).


46

Wavefront Shaping of Light Through a Chaotic Medium

Ş. Kürekci1*, G. Afshari1, M. Tabak1 and E. Yüce1 1 Programmable Photonics Group, Department of Physics, Middle East Technical University, 06800, Ankara, Turkey

* [email protected] When a light beam passes through a chaotic (or complex) medium it will produce a so-called speckle pattern. Knowing the transmission properties of this chaotic medium one can send a shaped wavefront matching these properties and obtain a focused point after the scattering medium [1, 2]. Here, we demonstrate wavefront shaping of light using Spatial Light Modulator (SLM) as the wavefront synthesizer and focus light through a multi-mode fiber, which acts similar to scattering medium. We excite the modes of a 100 µm diameter fiber via a diode laser at 635 nm and an incorporate a liquid crystal SLM consisting of 1720x980 pixels in order to shape the wavefront of the input field. With the help of a linear “learning” algorithm we managed to focus light at the end of the fiber. We observe that the intensity of the focused light increases by 10.000 times at the target position we decide on. Our method paves the way to high-resolution imaging techniques that can be used in many practical applications such as microendoscopy [3]. Moreover, this technique not only allows us to focus the light at the end of fiber but also can be used to develop an efficient, high-resolution spectrometer by measuring the change in the speckle patterns when the input wavelength is changed. Keywords: wavefront shaping, chaotic medium, scattering of light, imaging, fiber optics, spectroscopy [1] I. M. Vellekoop and A. P. Mosk, “Focusing coherent light through opaque strongly scattering media,” Opt. Lett. 32, 2309-2311 (2007). [2] A. P. Mosk, A. Lagendijk, G. Lerosey and M. Fink, “Controlling waves in space and time for imaging and focusing in complex media,” Nature Photon. 6, 283-292 (2012). [3] A. Descloux, L. V. Amitonova and P. W. H. Pinkse, “Aberrations of the point spread function of a multimode fiber due to partial mode excitation,” Opt. Express 24, 18501-18512 (2016).


47

Halka Tipi Erbiyum Katkılı Fiber Lazerin Spektral Karakterizasyonu

Ş. A. Sadık1, F. E. Durak2, A. Altuncu3 1,2,3Fotonik Teknolojiler Uygulama ve Araştırma Merkezi (FOTAM)

Kütahya Dumlupınar Üniversitesi, Evliya Çelebi Yerleşkesi Tavşanlı Yolu 10.km KÜTAHYA web: http://fotonik.dpu.edu.tr/

[email protected], [email protected], [email protected]

Özet Dalgaboyu ayarlanabilir fiber lazerler, fiber optik sensör sistemleri [1], dalgaboyu bölmeli çoğullamalı (WDM) haberleşme sistemleri [2] ve fiber optik elemanların test ve karakterizasyonu [3] uygulamalarında önemli bir araç haline gelmiştir. Erbiyum katkılı fiber halka lazerler, ultra genişband ( C+L bandı) dalgaboyu ayarlanabilir fiber lazer geliştirme çalışmalarında oldukça ilgi çeken önemli bir alt başlığı oluşturmaktadır [4], [5].

Bu çalışmada mikro-elektro-mekanik sistem (MEMS) tabanlı ayarlanabilir optik bantgeçiren filtre kullanılarak bir dalgaboyu ayarlanabilir halka tipi erbiyum katkılı fiber lazer tasarlanmıştır (Şekil 1(a)). Tasarımda erbiyum katkılı fiber (EDF) uzunluğu, çıkış kuplörü oranı ve pompa güçleri gibi parametreler optimize edilerek kararlı, yüksek güçlü ve geniş dalgaboyu aralığında ayarlanabilir bir fiber lazer elde edilmesi amaçlanmıştır. Gerçekleştirilen karakterizasyon çalışmalarında öncelikle tasarımda kullanılan erbiyum katkılı fiberin uzunluğu değiştirilmiş, ardından çıkış kuplör oranı değiştirilerek bu iki parametrenin lazer çıkış gücüne ve dalgaboyu aralığına etkisi incelenmiştir. Ayrıca pompa güçlerinin lazer çıkış gücüne etkisi de deneysel olarak gözlemlenmiştir.

Şekil 1. (a) Halka tipi erbiyum katkılı fiber lazerin deneysel düzeneği (b) Halka tipi erbiyum katkılı fiber lazerin çıkış

spektrumu (EDF uzunluğu: 6 m, çıkış kuplörü oranı:90/10 pompa güçleri: 120 mW)

Deneysel karakterizasyon çalışmaları sonucunda 6 m EDF uzunluğu, 90:10 çıkış kuplörü oranı ve 120 mW pompa güçleri kullanılarak, 0.08 nm çizgi genişliğine ve ortalama +4.5 dBm çıkış gücüne sahip, C+L bandını kapsayan (1525-1605 nm) halka tipi erbiyum katkılı fiber lazer elde edilmiştir (Şekil 1(b)). Kaynakça [1] Z. Fu, D. Yang, W. Ye, J. Kong, and Y. Shen, “Widely tunable compact erbium-doped fiber ring laser for fiber-optic sensing

applications,” Opt. Laser Technol., vol. 41, no. 4, pp. 392–396, 2009. [2] V. Mizrahi, D. J. DiGiovanni, R. M. Atkins, S. G. Grubb, Y.-K. Park, and J.-M. Delavaux, “Stable single-mode erbium fiber-

grating laser for digital communication,” J. Light. Technol., vol. 11, no. 12, pp. 2021–2025, 1993. [3] P. Kiiveri and S. K. T. Tammela, “Spectral gain and noise measurement system for fiber amplifiers,” Opt. Eng., vol. 34, no.

9, pp. 2592–2596, 1995. [4] S. Yamashita and M. Nishihara, “Widely tunable erbium-doped fiber ring laser covering both C-band and L-band,” IEEE J.

Sel. Top. Quantum Electron., vol. 7, no. 1, pp. 41–43, 2001. [5] X. Dong, P. Shum, N. Q. Ngo, H. Tam, and X. Dong, “Output Power Characteristics of Tunable Erbium Doped Fiber Ring

Lasers,” J. Light. Technol., vol. 23, no. 3, pp. 1334–1341, 2005.


48

Mixture Model for Visible Light Communications

Saliha Büyükçorak, Ozan Alp Topal, Doğay Altınel, Onur Ferhanoğlu, and Güneş Karabulut Kurt İstanbul Teknik Üniversitesi

[email protected] Abstract Visible light communication (VLC) offers connectivity to users while providing illumination. Improving the data rates of VLC systems requires utilization of multiple sources that transmit multiple simultaneous data streams. Here, we study the applicability of mixture model for studying VLC systems, to accurately predict signal levels, leading to better design of such systems. The proposed model is justified with experimental measurements. Keywords: Visible Light Communications, Mixture Models References P. H. Pathak, X. Feng, P. Hu, and P. Mohapatra, “Visible light communication, networking, and sensing: A survey, potential and challenges,” IEEE Commun. Surveys Tuts., vol. 17, no. 4, pp. 2047–2077, 4th Quarter 2015. D. Karunatilaka, F. Zafar, V. Kalavally, and R. Parthiban, “LED based indoor visible light communications: State of the art,” IEEE Commun. Surveys Tuts., vol. 17, no. 3, pp. 1649–1678, 3rd Quarter 2015.


49

Barrier Engineering for nBn Infrared Detectors

Fatih UZGUR1, Serdar KOCAMAN1 1 Middle East Technical University Quantum Devices and Nanophotonics Research Laboratory,

Ankara 06800, TURKEY [email protected]

Abstract Dark current mechanisms are the most important factors limiting the performance of pn detectors. In recent years, nBn type detectors have been shown as alternatives to pn detectors with low dark currents. nBn type detectors were first proposed by A.M. White [1], then it was realized by S. Maimon and G. Wicks [2]. In principle, nBn detector is obtained by placing a high-band-gap semiconductor material in the detector structure, which prevents the flow of majority carriers but permits the flow of minority carriers [3]. Thus, with the barrier detector structure, the cooling requirement is reduced and the detector can be operated at higher temperatures, or the detector can deliver a lower dark current at lower temperatures than pn detectors [2,3]. Although barrier detectors have better performance than pn detectors, the barrier structure may not be applied to many detector material systems. The most critical limitation in these types of detectors is the absence of suitable barrier material for each detector material system. Despite there are some studies in the literature to overcome this limitation, the desired performance has not been achieved [4,5]. In this study, we propose a band-gap engineering method to eliminate the limitations of obtaining a barrier-type detector with materials that band-gap can be changed by composition such as InGaAs and HgCdTe. In the method, the detector barrier layer is obtained by grading the detector material from the low band gap to the high band gap. In this case, however, the detector will have a valence band barrier (Figure 1a), so that the delta-doped n- and p- layers are placed at the beginning and end of the graded layers so as to suppress the quasi-electric field formed in the valence band of the graded layers. Where the n-type delta-doped layer is placed in the low band gap edge of the graded layer and the p-type delta doped layer is located in the high band gap edge of the graded layer. Since, the electric field formed by the n- and p-type delta layers is in the opposite direction of the electric field generated in the valence band of the graded layer, the valence band barrier formed in the graded layer is suppressed. When this method is applied to both sides of the high band gap material, an ideal barrier layer is obtained which allows the flow of minority carriers and prevents the flow of majority carriers (Figure 1b) [4,5]. Keywords: Infrared Photodetector, Barrier structures, nBn

Referances [1] A. M. White, “Infra Red Detectors,” U.S. Patent 4 679 063 A, Jul. 7, 1987. [2] S. Maimon and G. W. Wicks, “nBn detector, an infrared detector with reduced dark current and higher operating temperature,” Appl. Phys. Lett., vol. 89, no. 15, pp. 151109-1–151109-3, Oct. 2006, [3] G. R. Savich, J. R. Pedrazzani, D. E. Sidor, and G. W. Wicks, “Benefits and limitations of unipolar barriers in infrared photodetectors,”Infr. Phys. Technol., vol. 59, pp. 152–155, Jul. 2013 [4] F. Uzgur, U. Karaca, E. Kizilkan, and S. Kocaman, “All InGaAs Unipolar Barrier Infrared Detectors,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 65, no. 4, pp. 1397–1403, 2018. [5] UZGUR, Fatih, and Serdar KOCAMAN. "InGaAs nBn SWIR detector design with lattice matched InAlGaAs barrier."

Figure 1. Schematic band diagram of valence band for (a) uncompensated and (b) adjusted with delta doped layers InGaAs nBn detector [5].


50

Optik Haberleşme Sistemlerinde Farklı Kanal ve Modülasyon Yapıları İçin Performans Analizi

G.Durgeci, O.Bekar, Dr. Öğr. Üyesi N.O.Unverdi

Yıldız Teknik Üniversitesi Elektrik & Elektronik Fakültesi [email protected] / [email protected] / [email protected]

Özet Gelişmekte olan teknoloji ve gün geçtikçe artan nüfus yoğunluğu beraberinde büyük bir haberleşme ihtiyacını doğurmuştur. Yüksek bant genişlikleri, THz’ler seviyesinde frekans karakteristikleri, düşük kayıp ve yüksek güvenlik gibi avantajlarıyla optik haberleşme sistemleri bu ihtiyacın karşılanmasında en önemli çözümlerden biri haline gelmiştir. Yaygınlaşan optik haberleşme teknolojileri optik devre elemanlarının önemini arttırmış ve bu konuda detaylı çalışmalara ihtiyaç duyulmuştur. Bu projede, kablolu ve kablosuz optik haberleşme yapıları, farklı modülasyon teknikleri ve farklı mesafe değerleri için hata oranı, kalite faktörü ve güç tüketimi açısından incelenmiş, mevcut kablolu ve kablosuz ağ teknolojileri için en uygun optik haberleşme önerileri belirlenmiştir. Proje kapsamında OptiSystem 7.0 simülatör yazılımı kullanılarak FSO (Free Space Optical, Serbest Uzay Optik Haberleşmesi), OWC (Optical Wireless Communication, Kablosuz Optik Haberleşme) ve Fiber optik kanallı üç adet referans haberleşme sistemi tasarlanmıştır. Tasarlanan bu sistemler farklı mesafelerde hata oranı, güç tüketimi ve kalite faktörü açısından incelenmiştir. Kablosuz haberleşme yapıları için mesafe değerleri belirlenirken kablosuz ağ teknolojileri referans alınmıştır. OWC kanallı haberleşme yapısı sahip olduğu görünür ışık teknolojisi ile WPAN haberleşme ağları için avantaj sağlamıştır. FSO kanallı haberleşme yapısı kablosuz haberleşme türleri içerisinde uzak mesafelerde en iyi yapı olduğu görülmüş, kablosuz haberleşme için belirlenen uzak mesafe değerlerindeki performansıyla WMAN teknoloji ağlarında ideal sonuçlar vermiştir. WLAN ağları üzerinde yapılan incelemeler sonucunda iki kablosuz haberleşme sistemi performansının da yüksek değerlere sahip olduğu görülmüştür. Fiber optik kanal kullanılarak tasarlanan haberleşme sistemi ise kablolu haberleşme yapısı olarak tercih edilmiştir. Sistemin dış ortamdan etkilenmemesi (düşük kayıp) sebebiyle çok uzak mesafelerde dahi iletilen işarette bozulmalar veya kayıplar oluşmamıştır. Farklı mesafe değerleri için yapılan analizler sonucunda sistemin BER diyagramlarında istenilen göz yapıları ve kalite faktörü eğrileri elde edilmiştir. Bu nedenle yakın veya orta mesafe de kullanılabildiği gibi çok uzak mesafelerde (200 kilometreye kadar) dahi kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Çalışmada uygulanan analog modülasyon türlerinde kalite faktöründe ve BER analizinde en iyi sonuçlar frekans modülasyonunda görülmüştür. PM ile FM karşılaştırıldığında kalite faktöründe küçük bir düşme olduğu izlenmiştir. Genlik modülasyonu için, kalite faktörü ve göz yapısında diğer modülasyonlara oranla bozulmalar meydana gelmiştir. Göz yapısında ikincil, üçüncül sinyaller gözlenmiştir. Ancak modülasyonlar güç tüketimi açısından incelendiğinde, genlik modülasyonunun diğer modülasyonlara oranla çok daha az güç değerlerine ihtiyaç duyduğu görülmüştür. Bu durumda iletim yapılacak haberleşme sistemi için doğruluğun önemli olduğu uygulamalarda frekans ve faz modülasyonları tercih edilmesi, düşük güç tüketiminin öncelik olduğu yapılarda ise genlik modülasyonunun tercih edilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır. Anahtar kelimeler: kablosuz ağ teknolojileri, optik haberleşme, kanal, modülasyon, filtre, BER, FSO , OWC Kaynakça [1] N. Özlem ÜNVERDİ , N. Aydın ÜNVERDİ. OPTİK HABERLEŞME SİSTEMLERİNİN DİZAYNI [Online]. Bağlantı:

http://www.emo.org.tr/ekler/22587e7d4155faa_ek.pdf (Erişim tarihi: 11 Ekim 2017) [2] Sadiku M. N. O., Optical and Wireless Communications, CRC Press, New York, 2002. [3] Murat Uysal, Carlo Capsoni, Zabih Ghassemlooy, Anthony Boucouvalas, Eszter Udvary, Optical Wireless Communications:

An Emerging Technology, Springer, 2016. [4] Michael K. Barnoski, Fundamentals of Optical Fiber Communications Second Edition, Academic Press, California, 1976. [5] Emine Tari, “Optik Modulatorlerde Performans Analizi”,Yuksek Lisans,Elektronik ve Haberlesme Muhendisligi,Yildiz

Teknik Universitesi,Istanbul,2010. (Erişim tarihi: 03 Ekim 2017) [6] HABERLEŞME TEKNİKLERİ .( Ankara, 2013). T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞ [Online]. Bağlantı:

http://immibbilisim.com/moduller/10-%20Haberle%C5%9Fme%20Teknikleri.pdf (Erişim tarihi: 03 Kasım 2017) [7] Optical Communication in Space Challenges and Mitigation Techniques . [Online]. Bağlantı:

https://arxiv.org/pdf/1705.10630.pdf (Erişim tarihi: 23 Kasım 2017)


51

Kablolu ve Kablosuz Optik Haberleşme Sistemlerinde Performans Analizi

Gizem Dürgeci, Onur Bekar, N. Özlem Ünverdi

Yıldız Teknik Üniversitesi, Elektrik – Elektronik Fakültesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü

34220 Esenler, İstanbul [email protected] , [email protected] , [email protected]

Özet Gelişmekte olan teknoloji ve gün geçtikçe artan nüfus yoğunluğu, beraberinde büyük bir haberleşme ihtiyacını getirmiştir. Büyük band genişliği, THz’ler seviyesinde frekans karakteristikleri, düşük kayıp ve yüksek güvenlik gibi avantajlarıyla optik haberleşme sistemleri bu ihtiyacın karşılanmasında en önemli çözümlerden biri olmuştur. Yaygınlaşan optik haberleşme teknolojileri, optik devre elemanlarının önemini artırmış ve bu konuda detaylı çalışmalara ihtiyaç duyulmuştur. Bu çalışmada, kablolu ve kablosuz optik haberleşme yapıları, farklı modülasyon teknikleri ve farklı mesafe değerleri için hata oranı, kalite faktörü ve güç tüketimi açısından incelenerek mevcut kablolu ve kablosuz ağ teknolojileri için en uygun optik haberleşme önerileri belirlenmiştir. FSO (Free Space Optical Communications, Serbest Uzay Optik Haberleşmesi), OWC (Optical Wireless Communications, Kablosuz Optik Haberleşme) ve fiber optik kanallı üç adet referans haberleşme sistemi, OptiSystem 7.0 simülatör programı ile tasarlanmış ve farklı mesafelerde hata oranı, güç tüketimi ve kalite faktörü açısından değerlendirilmiştir. Kablosuz haberleşme yapıları için mesafe değerlerinin saptanmasında kablosuz ağ teknolojileri referans alınmıştır. OWC kanallı haberleşme yapısı, sahip olduğu görünür ışık teknolojisi ile WPAN (Wireless Personal Area Network, Kablosuz Kişisel Alan Ağı) için avantaj sağlamıştır. FSO kanallı haberleşme sisteminin, kablosuz haberleşme türleri içerisinde uzak mesafelerde en iyi yapı olduğu görülmüş, kablosuz haberleşme için belirlenen uzak mesafe değerlerindeki performansıyla WMAN (Wireless Metropolitan Area Network, Kablosuz Şehirsel Alan Ağı) için ideal sonuçlar vermiştir. WLAN (Wireless Local Area Network, Kablosuz Yerel Alan Ağı) üzerinde yapılan incelemelerde, iki kablosuz haberleşme sistemi performansının da yüksek değerlere sahip olduğu izlenmiştir. Fiber optik kanal kullanılarak tasarlanan haberleşme sistemi, kablolu haberleşme yapısı olarak tercih edilmiştir. Sistemin dış ortamdan etkilenmemesi nedeniyle çok uzak mesafelerde dahi iletilen işarette bozulmalar veya kayıplar oluşmamıştır. Farklı mesafe değerleri için yapılan analizlerde, sistemin BER (Bit Error Rate, Bit Hata Oranı) diyagramlarında istenilen göz yapıları ve kalite faktörü eğrileri elde edilmiştir. Bu nedenle yakın veya orta mesafelerde kullanılabildiği gibi çok uzak mesafelerde (200 km’ye kadar) dahi kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Çalışmada uygulanan analog modülasyon yapıları içinde kalite faktörü ve BER analizinde en iyi sonuçlara frekans modülasyonunda ulaşılmıştır. PM (Phase Modulation, Faz Modülasyonu) ile FM (Frequency Modulation, Frekans Modülasyonu) karşılaştırıldığında, kalite faktöründe küçük bir azalma olduğu izlenmiştir. AM (Amplitude Modulation, Genlik Modülasyonu) için kalite faktörü ve göz yapısında diğer modülasyonlara oranla bozulmalar meydana gelmiştir. Göz yapısında ikincil ve üçüncül sinyaller gözlenmiştir. Ancak modülasyon yapıları güç tüketimi açısından irdelendiğinde, genlik modülasyonlu sistemin diğer modülasyonlu sistemlere göre çok daha az güç değerlerine ihtiyaç duyduğu görülmüştür. Bu durumda, iletim yapılacak haberleşme sistemi için veri kalitesinin önemli olduğu uygulamalarda faz modülasyonu ve frekans modülasyonunun kullanılması ve düşük güç tüketiminin öncelikli olduğu yapılarda ise genlik modülasyonunun tercih edilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır [1, 2]. Anahtar kelimeler: İletişim teknolojileri, optik haberleşme sistemleri, optik fiber, modülasyon, FSO, OWC. Kaynakça [1] J. M. Senior, Optical Fiber Communications, Prentice - Hall, Cambridge, 2009. [2] G. Dürgeci ve O. Bekar, Optik Haberleşme Sistemlerinde Farklı Kanal ve Modülasyon Yapıları İçin Performans Analizi,

Tasarım Projesi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Elektrik - Elektronik Fakültesi, Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü, İstanbul, 2018.


52

An Improved Piezoelectric Fiber Scanner for Multiple Pattern Generation

Miyase Tekpınar, Ramin Khayatzadeh, Onur Ferhanoğlu

İstanbul Teknik Üniversitesi [email protected]

Abstract We present a two-dimensional piezoelectric fiber actuator and a novel actuation scheme to establish several scan patterns with single actuator. The flexibility in choosing a scan patterns offers multiple options for the user to establish either uniform, rapid, or a circular scan, all having their own advantages. 256 x 256 images of different scan patterns are successfully formed with the device. The presented device, along with the actuation strategy is a promising candidate for integration with miniaturized laser scanning devices towards clinical use. Keywords: piezoelectric fiber scanner, scanning laser endoscopy, raster scan, spiral scan, Lissajous scan Kaynakça Z. Qiu and W. Piyawattanametha, “MEMS based fiber optical microendoscopes,” Displays, vol. 37. pp. 41–53, 2015. E. J. Seibel and Q. Y. J. Smithwick, “Unique features of optical scanning, single fiber endoscopy,” Lasers Surg. Med., vol. 30, no. 3, pp. 177–183, 2002.


53

Reliablity Testing of 3D-Printed Electromechanical Devices

Janset Savaş*,**, Ramin Khayatzadeh*, B. Mert Gönültaş*, Fehmi Çivitci*, Y. Dağhan Gökdel**, Mustafa Berke Yelten*, Onur Ferhanoğlu*

* İstanbul Teknik Üniversitesi **İstanbul Bilgi Üniversitesi

[email protected]

Abstract In this study, we focus on the reliability of 3D-printed scanners. The devices under test are particularly targeted for opto-medical tissue imaging applications. We have acquired the deviations in the fundamental mechanical resonance, scan-line, and the quality factor for a total duration of 5 days (20–80 million cycles, depending on the device type) 9 scanning devices, with 10 mm × 10 mm die size were tested. An average standard deviation of < ~%10 (with respect to the mean) was observed for all tested parameters for a total optical scan angle of 5 degrees. Reliability testing of these devices at higher scan angles remains as a future work. Keywords: Reliability, 3D printing, Electromagnetic actuation References Sakaim, Tabata O (2007) Reliability of MEMS testing of materials and devices Savas J, Khayatzadeh R, Civitci F, Gokdel YD, Ferhanoglu O (2018) Towards fully 3D-printed miniaturized confocal imager. Opt Eng 57(4):41402


54

Scanning Fiber Microdisplay

Ramin Khayatzadeh*, Fehmi Çivitci*, Onur Ferhanoğlu*, Hakan Ürey** * İstanbul Teknik Üniversitesi

** Koç Üniversitesi [email protected]

Abstract We propose a compact, scanning fiber microdisplay for virtual and augmented reality applications. Our design comprises a piezoelectric tube actuator through which a fiber optics cable is extended, and a reflective (or semi-reflective) ellipsoidal surface, relaying the distal tip of the fiber onto the viewer’s retina. The proposed device offers significant advantages in terms of simplicity, weight, fabrication complexity and cost. Various patterns with ∼VGA resolution are demonstrated with the realized displaying device. This study further discusses the road steps towards improving the performance of the proposed scanning fiber microdisplay. Keywords: Heads-up Displays, Scanners, Piezoelectric fiber scanning References O. Cakmakci and J. P. Rolland, “Examples of HWD Architectures: Low-, Mid- and Wide-Field of View Designs,” in Handbook of Visual Display Technology, J. Chen, W. Cranton, and M. Fihn, eds. (Springer, 2012), pp. 2195–2211. J. P. Rolland, K. P. Thompson, H. Urey, and M. Thomas, “See-Through Head Worn Display (HWD) Architectures,” in Handbook of Visual Display Technology, J. Chen, W. Cranton, and M. Fihn, eds. (Springer, 2012), pp. 2145–2170. E. J. Seibel and Q. Y. J. Smithwick, “Unique features of optical scanning, single fiber endoscopy,” Lasers Surg. Med. 30(3), 177–183 (2002).


55

Silikon Fotonik Kristalde Banttan Banda Geçişe Dayalı Entegre Optik Modülatör

Alperen Gövdeli, Serdar Kocaman*

Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği *İlgili yazar: [email protected]

Özet Elektronik tabanlı sistemlerden fotonik sistemlere geçiş uzun süredir devam etmektedir. Özellikle seleflerinden daha yüksek veri iletim hızlarına ulaşmaları ve geniş bant aralığına sahip olmaları yeni optik sistemlerin geliştirilmesinin en önemli sebeplerindendir. Bu yapılar arasında silikon tabanlı optik elementler üretim kolaylığı ve CMOS teknolojisine dayalı elektronik elementlerle yüksek entegrasyon imkânı sağlamalarından dolayı ön plana çıkmaktadır. Optik ağların en önemli yapılarından silikon tabanlı optik modülatörler ışığın karakteristik özelliklerini değiştirerek kontrol edilmesine imkân sağlarlar. Bu kontrol genellikle dalga kılavuzuna elektrik alan uygulayarak optik ortamın kırıcılık indeksinin değişmesi ile yapılmaktadır. Silikonun telekomünikasyon uygulamalarında kullanılabilecek oranda yeterli indeks değişimi sağlayabilmesi için literatürde ön plana çıkan yollardan birisi yüklü parçacık yoğunluğunun değiştirilmesidir (plazma dağılım etkisi [1]). Optik bir sistemde uygulanılabilmesi için faz değişiminin ışık yoğunluğuna dönüştürülmesi gerekir. Literatürde ışık yoğunluğunun manipülasyonu için iki popüler metot bulunmaktadır. Bunlardan ilki iki kolu arasındaki faz farkı ile farklı optik girişim şartlarında optik çıkış veren Mach-Zehnder İnterferometresi (MZİ) [2], ikincisi de kırıcılık indeksi değiştirilerek rezonans durumu kontrol edilen halka rezonatörlerdir (HR). MZİ tabanlı optik modülatörler yüksek hızlara (~50Gb/s) ulaşabilseler de uzun optik yollara (> ~100μm) sahip olmaları ve dolayısıyla optik kayıpları yüksek olması sebebiyle rezonatör tabanlı yapılar geliştirilmiştir. Fakat HR modülatörler [3] de daha az alan kaplamalarına ( ~5μm) karşın sıcaklık ve üretime dayalı şartlara karşı hassastırlar ve çalıştıkları optik bant aralığı oldukça dardır (~0.1nm). Bu sebeplerden dolayı iki yapının güçlü yanları bir yapıda sağlanmaya çalışıldı. Dizayn edilen optik modülatör kollarında birbirine eş fotonik kristaller olan bir MZİ’dir[4] (Şekil 1a). Farklı girişim durumları oluşturabilmek için gerekli olan kollar arası faz farkı p-i-n diyot yapısı kullanılarak plazma dağılım etkisiyle elde edildi. Fakat, önerilen yapıyı seleflerinden ayıran en önemli özellik faz farkının fotonik kristalin çalıştığı fotonik bandın değiştirilmesinden gelmesidir (Şekil 1b). Başka bir deyişle, plazma dağılım etkisi modülatörün bir kolundaki fotonik kristalin malzemesinin indeksini değiştirerek (Δ 0.01) fotonik bantlar arasında geçiş yapmasında kullanılmıştır. Fotonik kristal farklı bantlarda ayrık optik özellikler gösteren ve bundan dolayı ışığın manipülasyonuna imkân tanıyan bir yapıdır. Bu özelliklerden başlıcası kristalin farklı bantlarda pozitif ve negatif kırıcılık indeksi sunmasıdır [5]. Bu sayede optik modülatörün çalışma evresine bağlı olarak interferometrenin bir kolunda ilerleyen ışık pozitif ya da negatif kırıcılık ile karşılaşırken (deney kolu), diğer kolunda her zaman aynı kırıcılığa maruz kalmaktadır (referans kolu). Dolayısıyla, iki kol arasındaki etkili faz değişimi seleflerine oranla oldukça fazladır (Δ ~ 4). Bu durum normal bir optik modülasyon için gerekli faz kaymasının daha kısa dalga kılavuzunda düşük elektriksel gerilimle (~1V) elde edilebilmesine ve optik kayıpların düşürülmesine (~1dB) imkân sağlamıştır. Ayrıca fotonik bantlar arası geçişe dayalı uygulamalar farklı entegre optik elementlerin geliştirilmesinde yeni bir yol olarak kullanılabilir. Anahtar kelimeler: Optik Modülatör, Mach-Zehnder İnterferometre, Fotonik Kristal, Negatif Kırıcılık

Şekil 1. (a) Önerilen optik modülatörün şematik gösterimi. (b) Modülatörün açık ve kapalı evrelerinde fotonik kristalin

bant diyagramı. Kaynakça [1] Soref, R. & Bennett, B. Electrooptical effects in silicon. IEEE Journal of Quantum Electronics 23, 123–129 (1987). [2] Thomson, D. J. et al. 50-Gb/s Silicon Optical Modulator. IEEE Photonics Technology Letters 24, 234–236 (2012). [3] Almeida, V. R. et al. All-optical control of light on a silicon chip. Nature 431, 1081–1084 (2004). [4] Govdeli, A., Sarihan, M. C., Karaca, U., & Kocaman, S. Integrated Optical Modulator Based on Transition between Photonic Bands. Scientific Reports, 8(1), (2018). [5] Kocaman, S. et al. Zero phase delay in negative-refractive-index photonic crystal superlattices. Nature Photonics 5, 499–505 (2011).


56

Mikroimalat için Geliştirilmiş, İnovatif Bir Atım Sıkıştırma Tekniğine Sahip, Küme Modlu Ultrahızlı Fiber Lazer

Volkan Türker1, *, M. Emre Yağcı1, H. Sarper Salman1,2, Önder Akçaalan3, Hamit

Kalaycıoğlu3, Ihor Pavlov4, Erşan Tunçkol1, C. Mesut Tasalı1, S. Koray Eken1

1FiberLAST, A.Ş., 06800 Ankara, Türkiye 2Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Notkestr. 85, 22607 Hamburg, Germany

3UFOLAB, Bilkent Üniversitesi, 06800 Ankara, Türkiye 4Fizik Bölümü, ODTÜ, 06800 Ankara, Türkiye

*[email protected] Günümüzde lazer malzeme işleme ile ilgili yapılan proseslerde, lazerin malzeme üzerinde bıraktığı ısının, malzeme yüzeyinde bıraktığı tahribat ve dolayısıyla malzeme işleme kalitesiyle doğrudan bir ilişkisi vardır. Dolayısıyla, endüstride mikro boyutlar mertebesindeki malzemelerin işlenmesinde, sebebiyet vereceği ısıl etkilerin az olması sebebiyle ultrahızlı lazerler öncelikli olarak tercih konusu olmaktadır. Ultrahızlı lazerlerin sadece mikroboyutta malzeme işleyebilme kabiliyeti değil aynı zamanda yüksek kaliteli filmlerin depozisyonu, hassas malzemeler işleyebilmesi gibi avantajlı tarafları vardır. Bununla birlikte ultrahızlı lazerlerin ablasyon parametreleri ve dolayısıyla malzeme işleme hassasiyeti, lazer atımları kümelendirilerek, kontrollü bir hale getirilebilir. Kümelendirme işlemi özetle, içinde bir veya birden çok atımın bulunabileceği sinyal paketlerini oluşturmaktır. Bu paket sinyallerin tekrar frekansları kontrol edilebilir. Sinyal paketlerinin ayarlanabilen uzunluklarına göre, içerisine yerleştirilen atımların sayısı ve tepe güçleride kontrol edilebilmektedir. Dolayısıyla kontrollü bir ablasyon işlemi mümkün olabilecektir [1]. Bu çalışmada, küme paketli, yüksek enerjili, femtosaniye atımlı, Yb3+ katkılı yeni bir fiber lazer geliştirilmektedir. Geliştirilen fiber lazerde kip-kilitli saçınım kontrollü (dispersion managment) bir salıngaç bulunmaktadır. Salıngacın ardından bir ara yükselteç ve bir yükselteç gelmektedir. Salıngaçtan gelen 100 MHz atım uzunluğuna ve 70 nm optik tayf genişliğine (FWHM) sahip sinyal, ultrahızlı lazerlerde genellikle kullanılan “chirp pulse amplification” yönteminin aksine, bu çalışmanın ana motivasyonu olan “taklit” (Mimic) yöntemi ile yükseltegenecektir. “Taklit” yöntemi ile yükselteç çıkışına kadar sinyalin optik tayfı, salıngaçtan gelen optik tayfın bir tekrarı olacaktır. Böylelikle yükselteç çıkışındaki sinyalin atım süresi, yapılan salıngaçın dönüşüm-limitine göre salıngaçta inilebilen minimum atım süresine indirgenebilecektir. Çalışmanın ikinci motivasyonu ise, yükselteç çıkışında konumlandırılacak olan optik sıkıştırıcıda kullanılacak olan yeni bir komponenttir. “GRISM” adı verilen bu komponent prizma ve kırınım ağından oluşmakta olup, tüm sistemin çıkışındaki ikincil saçınım ile birlikte, özellikle üçüncü saçınımı büyük oranda indirgeyebilecektir. Tüm bu motivasyonlar ve küme paketlerinin kontrolü ile birlikte gerçekleştirilmekte olan bu fiber lazer inovatif olmaktadır. Geliştirilmekte olan lazerde, yükselteç çıkışında, 200 ps süreli atımlardan oluşan, 50 ila 200 kHz atım tekrar oranlarında küme paketlerine sahip sinyallere ulaşılmıştır. Söz konusu bu sinyal paketinin içerisindeki her bir atım enerjisi 10 µJ’e kadar çıkarılabilmekte olup, tüm sinyalin ortalama gücü 10 W’a kadar çıkabilmiştir. Tüm lazerin geliştirilmesine devam edilmekte olup bir sonraki adımda optik sıkıştırıcı çıkışında <300 fs atım süresi, 10 µJ atım enerjisi, 50 ila 200 kHz atım tekrar oranlarında küme paketlerine sahip [2,3] bir lazer sinyalinin oluşturulması ve malzeme işlenmesi hedeflenmektedir.

Anahtar kelimeler: Ultrahızlı lazer, fiberlazer, küme paketi, saçınım, salıngaç, taklit, femtosaniye

Kaynakça [ 1 ] Wenqian H., Yung C. S., Galen K., Modeling Of Multi-Burst Mode Pico-Second Laser Ablation For Improved Material

Removal Rate, Applied Physics A Materials Science & Processing, 98, 407-415, 2010 [ 2 ] I. Pavlov, A. Rybak, Ç. Şenel, F. O. Ilday, Balancing Gain Narrowing with Self Phase Modulation: 100-fs, 800-nJ from an

All-Fiber-Integrated Yb Amplifier, Conference on Lasers and Electro-Optics - International Quantum Electronics Conference, (Optical Society of America, CJ-6-5, 2013

[ 3 ] A. Fernandez, K. Jespersen, L. Zhu, L. Gruner-Nielsen, A. Baltuska, A. Galvanauskas, A. J. Verhoef, “High-fidelity, 160 fs, 5 ¨ μJ pulses from an integrated Yb-fiber laser system with a fiber stretcher matching a simple grating compressor,” Opt. Lett. 37, 927, 2012


57

Yüksek Verimli İnce Film Kristal Si Güneş Gözesi Üretimi için Lazer Kristalizasyon Sistemi

Volkan Türker1, *, M. Emre Yağcı1, H. Sarper Salman1,2, Y. Ozan Aydın1,3, Erşan Tunçkol1,

Ramazan Çam1, S. Koray Eken1

1FiberLAST, A.Ş., 06800 Ankara, Türkiye 2Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Notkestr. 85, 22607 Hamburg, Germany

1Laval University Center for Optics, Photonics and Lasers, 2325 Québec, Canada *[email protected]

Günümüzde, fotovoltaik pazarında güneş gözelerinin üretim süreçleri ile ilgili gelişmeler son derece önemlidir. Endüstriyel üretim için uygulanan yöntemler, hedeflenen verime göre maliyetli ve zayıf kalmaktadır. Bu tekniklerin bir çoğu da fotovoltaik ürünlerden çok mikroelektronik komponentler için kullanılır [1]. Endüstride kristal silisyum (c-Si) tabanlı gözeler bütün pazar payının yaklaşık olarak %90’ını oluşturmaktadır [2]. Buna rağmen Si gözelerin dünya enerji pazarınd asınırlı bir yere sahiptir. Bu durumun en büyük sebebi üretim maliyetlerinin diğer enerji teknolojileri ile rekabet edecek seviyede olamamasıdır. Söz konusu üretim maliyetlerinin azaltılması ile ilgili olarak malzeme işlemeye yönelik geliştirilen 1 µm dalga boyundaki Yb katkılı fiber lazerlerin günümüzde kullanım alanları oldukça genişlemiştir.

Bu çalışmada, pratik ve düşük maliyetli bir şekilde amorf silisyum ince film güneş gözelerinin üretilmesi için bir lazer kristalizasyon sistemi gerçekleştirilmiştir. Lazer sistemi fiber lazer, serbest uzay optiği ve örnek işleme düzeneğinden oluşmaktadır. Düzeneğin fiberoptik bölümü MOPA mimarili [3], nanosaniye mertebelerinde modüle edilebilen, 1064 nm merkez dalgaboyunda çalışan, 20 W ortalama güç çıkışına ve 100 µJ atım enerjisine sahip, çizgisel kutuplu bir fiber lazerden oluşmaktadır. 20 W ortalama güce iki ayrı yükselteç ile ulaşılmıştır. Fiberoptik kısmının ardından, serbest uzaya optiğine çıkılmış ve lazer demeti ikincil harmonik üretimi için doğrusal olmayan bir kristale (non-linear crystal) gönderilmiştir. Söz konusu bu doğrusal olmayan ortam, kritik faz eşleştirme özelliğine sahip olmayan (non-critical phase matching) LBO (Lithium Triborate) kristalidir [4]. Lazer demeti doğrudan bu kristale odaklandırılmış ve 4 W ortalama güce, 20 uj atım enerjisine sahip, 532 nm merkez dalgaboyunda lazer demeti elde edilmiştir. Ardından üçüncül harmonik üretimi için yeni bir doğrusal olmayan LBO kristali kullanımıştır. Üçüncül harmonik için kullanılan kristal, 2. tip doğrusal olmayan kristal olduğundan, 355 nm lazer demeti üretebilmek için hem 532 nm hem de 1064 nm lazer demetine ihtiyaç duymaktadır. Dolayısıyla ikincil harmonik kristalinden gelen 532 nm ve artık (residue) 1064 nm lazer demetleri üçüncül harmonik kristalinin içerisinde, açılı bir şekilde odaklanmıştır. Bu işlem sonucunda 1 W ortalama güce 5 uj atım enerjisine sahip, 355 nm merkez dalgaboyunda üçüncül harmonik üretimi sağlanmıştır.

Söz konusu bu üç ayrı dalgaboyundaki lazerlerin, birbirlerinden bağımsız olarak amorf silisyum üzerinde kristalizasyon işlemi yapabilmesi için, örneğin üzerinde tutunabileceği hareketli bir düzenek üretilmiş olup, bu düzenğin lazer ile optik bağlantısı ve gelen lazer demetinin çizgisel odaklı bir şekilde yoğunlaştırılabileceği optik bir düzenek tasarlanmış ve geliştirilmiştir.

Anahtar kelimeler: Fiber lazer, MOPA, fotovoltaik, yeşil lazer, UV lazer, kristal silisyum, kristalizasyon

Kaynakça

[ 1 ] S. Ranjan, S. Balaji, Rocco A. Panella, B. Erik Ydstie , Silicon solar cell production, Computers and Chemical Engineering, 35, 1439–1453, 2011

[ 2 ] Hayriye Serra Altınoluk, Light Trapping Mıcro And Nanostructure Fabricated By Top Down Approaches For Solar Cell Applications, A Thesis Submitted To The Graduate School Of Natural And Applied Sciences Of Middle East Technical University, 2016

[ 3 ] Michalis N. Zervas and Christophe A. Codemard, High Power Fiber Lasers: A Review, Journal Of Selected Topics In Quantum Electronics, 20, 2014

[ 4 ] Zahraa S. Shanon, Raad Sh. Alnayli, Khawla J. Tahir, Study of the Second and Third Harmonics Generation in Lithium Triborate Single Crystal, International Journal of Science and Research, 2013


58

Beyaz Işık Kaynakları için Yüksek Verimli Fosfor Karışımlarının İncelenmesi ve Farklı CASN and LuAG Fosfor Karışımlarının Işığın

Renk Kalitesi Üzerindeki Etkisinin Araştırılması

Burcu Suzan ALSAÇ1,2 1 VESTEL Elektronik San. Ve Tic. A.Ş, O.S.B., 45030, Manisa

2 Özyeğin Üniversitesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği, Çekmeköy, İstanbul [email protected]

Özet Son yıllardaki enerji yetersizliğiyle, Enerji verimliliğine ve bu alandaki teknoloji alanına yüksek bir talep doğurmuştur. Kırmızı, sarı, mavi ya da amber ile beyaz ışık üretmenin yansıra LED’in fosforla kaplanmasıyla beyaz ışık üretimi araştırmaları dikkat çekici ve etkileyici olmuştur. LED teknolojisinde kullanılan fosforlar bir kaynaktan (mavi LED) aldıkları ışık uyarımlarını istenilen ve özellikle gözle görülebilir ışık aralığına düşen dalga boylarında geri vermeleri sebebiyle, optik malzemeler olarak yoğun ilgi görmektedir. Uygulamada fosforlar istenen renk sıcaklığını verecek kompozisyonda harmanlanarak kullanılmaktadır. Bu amaçla CaAlSiN3: Eu, ve Lu3Al5O12: Ce, genel formülüne sahip fosforlar projede incelenmiş olup, uygun karışım ile yüksek CRI ve uygun CCT değerlerine ulaşmak hedeflenmiştir. Proje boyunca, mavi led ile seçilen fosforlar kullanılarak farklı uygulamalar ile oluşturulan beyaz ışığın, proje boyunca seçilerek istenilen 5000-6000K renk sıcaklığıyla birlikte 95 civarında yüksek renk geri verim indekslerine ulaşılması amaçlanmış olup, yapılan çalışmalar ile istenilen özelliklerde oluşturulan beyaz ışığın özellikleri karşılaştırılmıştır. Anahtar sözcükler: Fosfor, CRI, CCT, Beyaz Işık, LED, Renk sıcaklığı, renk geri verim indeksi Kaynakça: [1] https://yikunliu.wordpress.com/2015/05/21/a-glance-of-modern-lighting-technologies/ [2] https://energy.gov/articles/history-light-bulb [3] “The inventors of blue LED lights just won the Nobel Prize. Here's why”. Brad Plumer, @bradplumer, [email protected] Oct 7, 2014 [4] “Effıcıent Blue Lıght-Emıttıng Dıodes Leadıng To Brıght And Energy-Savıng Whıte Lıght Sources”, Kungl, Vetenskaps-Akademien 07/10/2014 [5] “Incorporation of Si4+–N3− into Ce3+-doped garnets for warm white LED phosphors”, SETLUR, Anant A., et al.. Chemistry of Materials, 2008, 20.19: 6277-6283. [6] “The fabrication of GaN-based light emitting diodes (LEDs)”, Nyugen, XL et al., Adv. Nat. Sci.: Nanoscience & Nanotechnology 1, 025015, 2010. [7] https://phys.org/news/2014-10-japanese-american-nobel-prize-physics.html [8] https://www.scientificamerican.com/podcast/episode/2014-nobel-prize-in-physics [9] “How Blue LEDs Work, and Why They Deserve the Physics Nobel”, Don Lincoln on Thu, 09 Oct 2014 [10] “Status and prospects for phosphor-based white LED Packaging”, Zongyuan LIU1,2, Sheng LIU, Kai WANG2,3, Xiaobing LUO2,4 [11] “Kinetic Monte Carlo study of metal organic chemical vapour deposition growth dynamics of GaN thin film at microscopic level”, Kai Fu, et al. ,J. Appl. Phys., 103, 103524, 2008 [12] http://large.stanford.edu/courses/2014/ph240/rolston1/ [13] “Light Converting Inorganic Phosphors for White Light-Emitting Diodes”, L. Chen, et al. , Materials, 3, 2172-2195, 2010. [14] “Light Converting Inorganic Phosphors for White Light-Emitting Diodes”, Lei Chen, Chun-Che Lin, Chiao-Wen Yeh and Ru-Shi Liu [15]www.ledprofessional.com/products/leds_led_modules/intematixphosphor-blend-accomplishes-near-perfect-light-quality-for-leds [16] “Extracting phosphor-scattered photons to improve white LED efficiency”, N. Y. Narendran, et al., Phys. Stat. Sol. (a) 202 (6): R60-R62, 2005. [17] “Phosphors in phosphor-converted white light-emitting diodes: Recent advances in materials, techniques and properties. Materials Science and Engineering” YE, S., et al., R: Reports, 2010, 71.1: 1-34. [18] “IES LM-79-08, IESNA Approved Method for the Electrical and Photometric Measurements of Solid State Lighting Products.” [19] “Led Packaging For Lighting Applications Design, Manufacturing And Testing”, Sheng Liu, Xiaobing Luo ,2011 Chemical Industry Press. John Wiley & Sons (Asia) [20] “CIE 18.2, Basis of Physical Photometry”, 1983 [21] https://centerlight.com/blog/color-rendering-index-delivered-by-centerlight [22] “Optical analysis of phosphor’s location for high power LED”, Zongyuan Liu, Sheng Liu, Member, IEEE, Kai Wang, and Xiaobing Luo, Member IEEE [23] “ANSI C78-377, Specifications for the Chromaticity of Solid State Lighting Products” [24] “Lighting for Communal Residential Buildings, LG9: Lighting Guide”, Rob Lancaster –Industrial & Exterior Product Manager [25] http://lowel.tiffen.com/edu/color_temperature_and_rendering_demystified.html [26] "Effect of Particle Size on the Optical Properties of Yellow Silicate Phosphor in Light-Emitting Diodes" M. Jang, et al., Int. J. of Appl. Ceramic Tech., Volume: 10, Issue: 4, pages 617–624, July/August 2013 [27] “Status and Future of High-Power Light-Emitting Diodes for Solid-State Lighting”, M.R. Krames, et al., J. of Display Technology, Vol. 3, No. 2, June 2007.


59

Slicing of Single Crystal Silicon Wafers by Deep Subsurface Laser Process and Selective Etching for Photovoltaic Applications

Mona Zolfaghari Borra1,2,* , Hisham Nasser1, Ahmet Turnali3, Petro Deminskyi4, Tahir

Colakoglu1, Ihor Pavlov5, Onur Tokel4, F. Ömer Ilday3,4, Rasit Turan,1,2,5 and Alpan Bek1,2,5

1 The Center for Solar Energy Research and Applications (GÜNAM), Middle East Technical Univ., 06800 Ankara – Turkey

2 Micro and Nanotechnology Graduate Program, Middle East Technical Univ., 06800 Ankara – Turkey

3 Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent Univ., 06800, Turkey 4 Department of Physics, Bilkent Univ., 06800, Turkey

5 Department of Physics, Middle East Technical Univ., 06800 Ankara –Turkey *[email protected]

Abstract There are several techniques to produce thin crystalline silicon (c-Si) slices with thicknesses down to less than 30 µm including chemical etching in highly concentrated potassium hydroxide (KOH) [1], reactive ion etching [2], or stress induced lift-off method (SLIM-cut) [3]. In these techniques, a large fraction of the initial c-Si wafer thickness is wasted. In this study, we propose laser-induced silicon thin film slicing (LASIS) as a new technique in which ultra-thin c-Si slices are produced with minimum loss of the material [4]. We demonstrate the capability of LASIS method by slicing a wafer into thin plates (1̴00 µm). In this method, firstly, a nanosecond-pulsed fiber laser operating at 1.55 µm wavelength, focused deep in Si wafer, produces structural modifications near the focal point due to multiphoton absorption [5]. The raster scan of the focal position inside of the sample produces a 2D planar region of the modified Si. Secondly, using a copper(II) nitrate (Cu(NO3)2) based selective etchant, the modified Si plane is etched away and a silicon slice with desired thickness is formed [4]. In order to achieve a high etch rate, smooth and defect-poor surface, mixtures of (Cu(NO3)2), hydrofluoric acid (HF), nitric acid (HNO3), acetic acid in deionized water (CH3COOH: H2O) with different concentrations and various etch durations were investigated. The thin film substrates are proposed to be employed in fabrication of thin c-Si solar cells using three different cell fabrication methods and architectures, namely, spin-on dopant (SOD) based junction formation, gas diffusion based junction formation and dopant-free asymmetric heterojunction (DASH) architecture. We kindly acknowledge support from TÜBİTAK grant nrs. 115F167 and 113M931. Keywords: nanosecond, pulsed laser, laser processing, selective etching, solar cell References [1] W. Hadibrata, F. Es, S. Yerci, R. Turan “Ultrathin Si solar cell with nanostructured light trapping by metal assisted etching”. Solar Energy Materials and Solar Cells 180, 247-252 (2018) [2] Mizushima, I., Sato, T., Taniguchi, S. & Tsunashima, Y. Empty-space-in-silicon technique for fabricating a silicon-on-nothing structure. Applied Physics Letters 77, 3290–3292 (2000). [3] F. Dross, J. Robbelein, B. Vandevelde, E. van Kerschaver, I. Gordon, G. Beaucarne, and J. Poortmans: Stress-induced large-area lift-off of crystalline Si films. Applied Physics A 89 (1), 149 (2007). [4] O. Tokel, A. Turnalı, G. Makey, P. Elahi, T. Çolakoğlu, E. Ergeçen, Ö. Yavuz, R. Hübner, M. Z. Borra, I. Pavlov, A. Bek, R. Turan, D. K. Kesim, S. Tozburun, S. Ilday, F. O. Ilday “In-chip microstructures and photonic devices fabricated by nonlinear laser lithography deep inside silicon” Nature Photonics 11, 639 (2017) [5] P. C. Verburg,G. R. B. E. Römer, and A. J. Huis in’t Veld “Two-photon–induced internal modification of silicon by erbium-doped fiber laser” Optics Express, 22 (18), 21958-21971 (2014)


60

Termal Döngünün GaInP/GaAs/Ge Üç Eklemli Güneş Hücresinin Verimi Üzerine Etkisi

Tunç SERTEL1,3, Yunus ÖZEN1,2, Süleyman ÖZÇELİK1,2

1Gazi Üniversitesi, Fotonik Uygulama ve Araştırma Merkezi, 06500, Ankara 2Gazi Üniversitesi, Fizik Bölümü, 06500, Ankara

3Gazi Üniversitesi, İleri Teknolojiler Anabilim Dalı, 06500, Ankara [email protected], [email protected]

Çok eklemli güneş hücreleri (MJ-SCs), yüksek enerji dönüşüm verimlilikleri, yüksek W/kg oranları, radyasyon toleransları ve ısıl dayanımları nedeniyle karasal uygulamaların yanında özellikle uzay teknolojisi uygulamaları için vazgeçilmez hale gelmiştir. Günümüzde uzay sanayisinde kullanılabilir nitelikte olan ve mevcut en yüksek enerji dönüşüm verimine sahip güneş hücreleri GaInP, GaAs ve Ge materyallerinden oluşan III-V grubu üç eklemli hücrelerdir. Son yıllarda malzeme geliştirme ve cihaz imalatında meydana gelen gelişimin yanı sıra optimize edilmiş yapı tasarımı ile birlikte gün geçtikçe daha yüksek dayanıma ve enerji dönüşüm verimine sahip hücreler üretilmektedir. Bu çalışmada, GaInP/GaAs/Ge üç eklemli güneş hücre yapısı katı kaynaklı moleküler demet epitaksi (MBE) sistemi kullanılarak büyütüldü. Fotolitografik teknik ve metalizasyon süreçleri ile güneş hücresi fabrikasyonu gerçekleştirildi. Hücre yüzeyi, hem optik yansıma kayıplarını azaltmak hem de radyasyon toleransını arttırmak amacıyla Al2O3/TiO2 çok-katmanlı filmi ile RF magnetron püskürtme tekniği kullanılarak kaplandı. Üç eklemli güneş hücresinin elektriksel çıktı parametreleri, AM1.5 aydınlatması altında akım-voltaj (I-V) ölçümüyle analiz edildi. Üretilen hücrenin termal dayanımı, -80 ile +100 oC sıcaklık aralığında 6 termal döngüye maruz bırakılarak test edildi. Hücre veriminin termal döngü sonrasında % 4.7 azaldığı görüldü. Teşekkür: Bu çalışma; 2016K121220 nolu proje ile Kalkınma Bakanlığı tarafından desteklenmektedir.


61

A Modified Prism Spectrometer with High Resolution and Spectral Range

Ş. Kaan Çetindağ1, M. Fatih Toy2, Onur Ferhanoğlu1, Fehmi Çivitci1,3

1İstanbul Teknik Üniversitesi 2Istanbul Medipol Üniversitesi

3Oregon Health and Science University [email protected]

Abstract A novel spectrometer device is proposed, offering a wide wavelength range (only limited by detector array size and wavelength sensitivity range) and high resolution. The proposed device is a modified prism spectrometer with additional scattering medium to generate a wavelength-dependent speckle. The generated speckle pattern ensures a significant improvement in the resolution and thus the dynamic range, over a conventional prism spectrometer. Up to 17 pm resolution at 855 nm central wavelength, and 756.5 nm wavelength range is achieved. Utilization of larger detector arrays and highly scattering medium could potentially further improve the achieved resolution and dynamic range. Anahtar kelimeler: Spectroscopy, speckle, scattering, prisms Kaynakça B. Redding, S. M. Popoff, and H. Cao, “All-fiber spectrometer based on speckle pattern reconstruction,” Opt. Express, vol. 21, no. 5, p. 6584, 2013. B. Redding, M. Alam, M. Seifert, and H. Cao, “High-resolution and broadband all-fiber spectrometers,” Optica, vol. 1, no. 3, p. 175, 2014.


62

High-Density, Large-Volume 3D Holographic Display

Ghaith Makey1, Özgün Yavuz2, Denizhan Koray Kesim2, Ahmet Turnalı2, Parviz Elahi1, Serim Ilday3, Onur Tokel1,3, F. Ömer Ilday1,2,3,†

1 Department of Physics, Bilkent University, Ankara, 06800, Turkey 2 Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, Ankara, 06800, Turkey

3 UNAM – National Nanotechnology Research Center and Institute of Materials Science and Nanotechnology, Bilkent University, Ankara, 06800, Turkey

† [email protected] Summary Computer generated holography (CGH) is a major tool for the ultimate spatial control of light in 3D, such control is popularized by its application in 3D display. However, the current CGH display technology is still limited in the terms of the number of the projected planes, the depth of field, or the resolution of the total projection [1-2]. Here, we break all these limitations simultaneously with two processes: First we combine Fourier and Fresnel holography by the utilization of stacked Fresnel zone plates (FZP). FZPs are added to manipulate the propagation kernel of Fresnel diffraction locally to be flat at specific depths, thus reducing Fresnel diffraction to Fraunhofer diffraction at image planes. Second, we use the property of orthogonality of asymptotically large-dimensional random vectors to reduce the crosstalk between the image planes. That is done by inserting pure random phase at each image plane, rendering the images mutually nearly random and reducing the crosstalk from one to other. Each image plane can be regarded as an n-dimensional vector in complex space, where n is the number of pixels of the hologram, typically a large number. Then, the elimination of crosstalk between the image planes is equivalent to demanding these n-vectors to be orthogonal, and here comes the well-known fact that random vectors become asymptotically orthogonal in the limit of n at infinity. Such approach is crucial to project back to back images to build up 3D projections with unpreceded density and volume. We demonstrate 3D Fresnel holograms that project high resolution, multiplane, back-to-back images forming 3D projection with reduced crosstalk. Our demonstrations include the projection of 100 plane of Pantheon (Fig.1A), and 1000- planes projection of a rotating rectangle, which advances the state-of-art by two orders of magnitude in terms of number of planes (Fig.1B). We further showcase our holograms capability in experiment by applying our holograms on liquid crystal on silicon spatial light modulator (LCoS SLM). We show the optical reconstruction of unprecedented projection of 11 well-separated back to back images forming the letters of BILKENT UNIV (Fig.1C). The holograms are universally applicable to all types of static and dynamic phase holographic media, allowing enhancing the technology of 3D projection to such state-of-art media like in metamaterials [3], and in-silicon holograms [4].

Fig. 1. The simulation (A,B) and experiemental realization (C) of our method.

Keywords: Computer Holography, Holographic Display, Spatial Light Modulators References [1] K. Wakunami et al., “Projection-type see-through holographic three-dimensional display,” Nat Commun 7, (2016). [2] H. Yu, K. Lee, J. Park, Y. Park, “Ultrahigh-definition dynamic 3D holographic display by active control of volume speckle fields,” Nat. Photonics 11, 186-192 (2017). [3] S. C. Malek, H.-S. Ee, R. Agarwal, “Strain multiplexed metasurface holograms on a stretchable substrate,” Nano Lett. 17, 3641 (2017). [4] O. Tokel et al., “In-chip microstructures and photonic devices fabricated by nonlinear laser lithography deep inside silicon,” Nat. Photonics 11, 639-645 (2017).


63

Optical Modulator Based on Zero Effective Index in Photonic Crystals

A. Şahin, A. Gövdeli, S. Kocaman Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Elektrik & Elektronik Mühendisliği Bölümü

[email protected] Özet Evolution from electronic systems to photonic systems is common for a long time, where change to fiber optic cables is an already well-known example. Furthermore, the change trends are not only limited with the communication systems but also on-chip optical applications are studied. Thanks to the various advantages of the photonic devices such as high speed operation and energy efficiency, they might be replacing the conventional electronic devices in the future [1]. Optical intensity modulators are one of the main parts which are employed in the optical systems. In the literature, they are widely based on two different design backgrounds. The first one is Mach Zehnder Interferometers (MZI) devices which can offer high speed of operation, wide frequency range and low temperature dependence. On the other hand, sizes of the MZI devices are an important drawback for on-chip applications because usually they demand so much space due to the need for two phase arms and phase lengths of hundreds of micrometers. The second approach is the ring resonators. Ring resonators provide high operation speeds and small footprints. On the other hand, wavelength spectrums are usually too narrow and temperature dependent. In the both approaches, electro-optical effects in silicon are used in order to change the refractive index [2]. Recently, many researches show that photonic crystals may exhibit a characteristic called negative index with extraordinary properties like inverse Snell’s law. It was also shown that photonic crystals with negative effective indexes can form zero effective index band gaps when they are carefully employed with positive index materials [3]. Like the case in the [4], zero index materials can be designed with less loss when same crystals with some perturbation are used. In this project, zero effective index materials are used in order to design an intensity modulator. First, the photonic band diagrams of the triangular lattices of holes on silicon-on-insulator (SOI) platform with different radiuses and heights were investigated. Inspired by the [4], same crystal lattice with different radiuses were used to obtain both positive and negative effective index part of the zero effective index crystals. Radius of the negative part is selected r =0.25a (a is the lattice parameter) so that effective index switches from -2.903 to 2.924 when the refractive index of the silicon is changed with the help of the plasma dispersion effect. Switching between positive and negative effective indexes changes the range of the zero index band gap range. As a result, the intensity modulation is directly obtained by an engineered crystal. Radius of the positive side is selected r=0.3a so that the crystal provides a constant effective index of 2.775. Heights are selected h=0.7a for both parts to implement them on the same platform. Various simulations were conducted by using the free FDTD simulation package MEEP [5]. When lattice parameter is selected as a = 427nm and overall crystal is obtained with 4 supercells of 6 unit cells, the modulator crystal dimensions become 17.75 μm×4.27 μm and the modulator operates at telecom wavelengths. Figure 1 shows the crystal and the Figure 2 shows the transmission spectrum of the designed crystal with different epsilon values. Similar with the MZI devices, a photonic crystal is employed here to obtain intensity modulation. But, different from the MZI device, the device we are proposing in this project provides the required modulation without the need for two long arms. Keywords: Silicon Photonics, Photonic Band Gaps, Zero Index Metamaterials, Electro-optical Modulator,

Figure 1: Top View of the Crystal

Figure 2: Transmission Spectrum of the Designed Crystal with Altered Epsilon Values

Kaynakça [1] K. Bergman, L. P. Carloni, A. B. J. Chan ve G. Hendry, Photonic Network On-Chip Design, New York: Springer, 2013. [2] A. Gövdeli, M. Sarıhan, U. Karaca ve S. Kocaman, “Integrated Optical Modulator Based on Transition between Photonic Bands”, Nature Scientific Reports, 2017. [3] S. Kocaman, M. S. Aras, P. Hsieh, J. F. McMillan, C. G. Biris, N. C. Panoiu, M. B. Yu, D. L. Kwong, A. Stein and C. W. Wong, "Zero phase delay in negative-refractive-index photonic crystal superlattices", Nature Photonics, vol. 5, pp. 499-505, 2011. [4] S. Moradi, A. Gövdeli ve S. Kocaman, “Zero Average Index Design via Perturbation of Hexagonal Photonic Crystal Lattice”, Optical Materials, no. 73, pp. 577-584, 2017. [5] A. Oskooi, D. Roundy, M. Ibanescu, P. Bermel, J. Joannopoulos ve S. Johnson, “MEEP: A flexible free-software package for electromagnetic simulations by the FDTD method”, Computer Physics Communications, no. 181, pp. 687-702, 2010.


64

Surface Related Dark Current Reduction in Mesa-Type InGaAs Photodetectors by Using Depleted Passivation Layer

Kübra Çırçır, M.Halit Dolaş, Serdar Kocaman

Middle East Technical University [email protected]

Abstract Short Wavelength Infrared (SWIR) band detection is utilized various applications such as optical communication at 1.55 μm, spectroscopy, non-destructive testing, hyperspectral analysis, space applications and night vision. In terms of the material alternatives for the detection of SWIR band, In0.53Ga0.47As lattice matched to InP substrate with a cut-off wavelength 1.7 μm is commonly used material system that provides the highest detectivity and operates at room temperature. InGaAs SWIR detectors are limited by dark current noise [1]. Therefore, the main focus is concentrated on obtaining low enough dark current values while maintaining detector performance parameters. There are two basic detector structures for the pixel arrangements: planar type and mesa type. Planar type detector structure is commonly used due to high performance resulting from the protected junction area. Mesa type detector structure is preferred due to some advantages such as uniformity, high reproducibility and being compatible for dual color applications [2].The dark current of mesa type detectors starts to be dominated by the surface leakage current due to dangling bonds as detector pixel size decreases. These dangling bonds result from etching process and effect the stability of dark current substantially [3]. Therefore, the passivation of mesa sidewalls is important to reduce surface related dark current and to improve detector performance. In the conventional epilayer structure, InGaAs absorber layer is sandwiched between n-type InP and p-type InP layers as illustrated in Fig. 1a. P-type InGaAs above p-InP is used to have ohmic contact easily. In Fig. 1b, an optimized in-device passivation technique is introduced to the conventional epilayer structure. In this design, InP depleted layer acts as a passivation material by surrounding InGaAs absorber layer responsible for the surface leakage current and isolates pixels from each other due to absence of the charges to conduct when the fully depleted condition is provided. The thickness and doping level of depleted passivation layer are optimized by conserving the responsity of detector and isolation between pixels in Sentaurus simulation program.

Figure 1: (a): The traditional mesa-type photodetector structure (b): Modified structure including the depleted InP

passivation layer. Keywords: SWIR, InGaAs, Dark current, in-device passivation References [1] Rogalski, Antoni, and Robert Ciupa. "Performance limitation of short wavelength infrared InGaAs and HgCdTe photodiodes." Journal of electronic materials 28.6 (1999): 630-636. [2]Y. Rsuji, Y. Tsuji, K. Hiratsuka, and H. Yano, “Fabrication of Mesa-type InGaAs pin PDs with InP Passivation Structure on 4-inch Diameter InP Substrate,” IEEE Proc. - Intemational Conf. Indium Phoshide Relat. Mater., pp. 245– 248, 2004. [3] C. P. Skrimshire, J. R. Farr, D. F. Sloan, M. J. Robertson, P. A. Putland, J. C. D. Stokoe, and R. R. Sutherland, “Reliability of Mesa and Planar InGaAs PIN Photodiodes,” Optoelectronics, vol. 137, no. 1, pp. 74–78, 1990


65

Standart Leke Tipleri Üzerinde ns-darbeli Nd:YAG Lazerle Tekstil Temizleme Performans İncelemesi

H. Mert Çalıcıoğlu, Zehra Ülger, İzzet Yıldız*

Arçelik [email protected]

Özet Günümüzde kıyafet temizleme işlemleri (ev tipi çamaşır makinaları, profesyonel ıslak/kuru temizleme vd.) yaygın olarak kimyasal çözücü tabanlıdır ve kir-leke tipine bağlı olarak çok çeşitli kimyasallar kullanılmaktadır. Özellikle kuru temizleme sürecinde yerleşik organik çözücü kimyasallar içeriklerindeki trikloroetilen (TCE)/perkloroetilen (PCE) sebebiyle yüksek çevre kirliliğine sebep olmakta, doğal kaynakları kirleterek ciddi sağlık tehditi oluşturmaktadır. TCE/PCE tabanlı kimyasalların kontrolü-sağaltımı ise yüksek meblağlı harcamalara yol açmaktadır. Bu projede, tekstil temizlemede kimyasal ve su kullanımını en az seviyeye indirgeyebilecek bir optik temizleme metodu olarak, darbeli lazerler ile tekstil temizleme fizibilite çalışmaları sunulmaktadır. Lazerlerin tarihî eserlerin (kumaş, papirüs, heykel vb.) temizlenmesinde kullanıldıkları bilinmektedir. Lazerle temizleme işlemi, işlenen numuneye elektromanyetik enerji transfer edilmesi ile oluşan termal, mekanik ve doğrusal olmayan etkiler yoluyla yüzeyden malzeme kaldırma süreci olarak tanımlanabilir. Arçelik Merkez ARGE bünyesinde yapılan bu çalışmada EMPA Swissatest 108 standart lekeleri (kan, sebum, kakao, kırmızı şarap, karbon siyahı) üzerinde nanosaniye süreli atımlara (darbelere) sahip Nd:YAG lazer ile malzeme kaldırma deneyleri yapılmıştır. Leke özelinde optimum temizleme performansı, darbe enerjisi, darbe sayısı, darbe tekrarlama frekansı gibi lazer parametrelerinin değiştirilmesi ile tespit edilmiştir. Temizleme performansı spektrofotometre ile yansıma değerleri ölçülerek belirlenmiş ve çamaşır makinesi standart deklarasyon programı yıkama performansları ile kıyaslanmıştır. Karbon siyahı ve sebum örneklerinde deklerasyon programından daha etkin bir leke giderimi gözlenirken, kırmızı şarap örneğinde deklarasyon performansından aşağıda kalınmıştır. İşlem uygulanmış tekstillerde, yırtma testleri ile mukavemet kayıp deneyleri yapılmıştır. Alınan tekrarlı sonuçlarda lazer işlemi kaynaklı herhangi bir mekanik zayıflama veya yüzey hasarı kaydedilmemiştir. Anahtar kelimeler: lazer, lazer temizleme


66

Femtosaniye Lazer Etkili Kendiliğinden Birleşen Koloidlerde Dinamik ve Kontrollü İki Boyutlu Bravais Kristalleri, Moire Desenleri ve

Yarıkristallerin Oluşturulması

R. Ghaffari1, S. Galioglu1, G. Makey2, F. Ö. Ilday2,3, S. Ilday1

1 Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi (UNAM), İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi, Ankara,

Türkiye 2 Fizik Bölümü, İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi, Ankara, Türkiye

3 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi, Ankara, Türkiye [email protected]

Koloidler ‘yapay atomlar’ olarak da anılır ve kendiliğinden birleşme teknikleri kullanılarak, bu yapay atomlardan kristaller oluşturulup, doğal kristallerin oluşum ve değişim dinamiklerinin aydınlatılması çalışmaları oldukça ilgi toplamaktadır. Ne var ki bu çabalar, çalışmaların termal dengede (equilibrium) veya dengeye yakın (near equilibrium) koşullarda yapılmış olmasından kaynaklı, çoğunlukla altıgen ve kare kristal dizilimleri ile sınırlı kalmıştır. Yarıkristaller (quasicrystals) gibi daha karmaşık desen ve dizilimler ise ancak litografik metodlar veya lazer demetine şekil verilerek suni olarak elde edilmiştir. Bu çalışmaların hiç birinde sistem, oluşturulan kristal yapısının başka bir yapıya dönüşebilmesi ya da değişen koşullara uyum sağlaması için yeterince dinamik değildir. Bu çalışmada biz, femtosaniye lazer kullanarak sistemi termodinamik dengeden uzak (far from equilibrium) koşullara çektik ve ilk kez dinamik ve kontrollü koloidal topaklarında (aggregate) iki boyutlu Bravais kristallerinden, Moire desenlerine ve hatta yarıkristallere kadar çok zengin desen oluşumları gözlemledik. Bununla da kalmayıp, bu desenlerin aynı anda var olabileceklerini (coexist), var olan kaynakların (kendi desenlerine katabilecekleri parçacık sayısı, öz-kopyalama yapmak için yeterli alan gibi) kullanımı için rekabet edebileceklerini, öz kopyalarını oluşturabildiklerini (self-replication), öz iyileştirme (self-healing), öz-düzenleme (self-regulation) yapabildiklerini de gösterdik. Bu çalışma hem koloid topluluklarından desenlerin ortaya çıkış (emergence) mekanizmalarının aydınlatılması hem de bu desenlerin güçlü gürültü altında birbirlerine dönüşümlerinin açıklanması konusunda önemli bilgiler vermekte olduğundan fizikten malzeme bilimine ve hatta biyolojiye kadar bir çok bilim dalında ilgiyle karşılanacağını düşünmekteyiz.


67

Orta ve Uzun Dalgaboyu Kızılötesi Görüntüleme Sistemleri için Radyometri Tabanlı Menzil Tahmini

Berk Berkan TURGUT1,2,*, Bülent ÖZKAN2, and Alpan BEK1,3,4

1 Micro and Nanotechnology Graduate Program, Middle East Technical Univ., 06800 Ankara – Turkey

2 TÜBİTAK Defense Industrıes Research and Development Instıtute (SAGE), 06261 Ankara – Turkey

3 The Center for Solar Energy Research and Applications (GÜNAM), Middle East Technical Univ., 06800 Ankara – Turkey

4 Department of Physics, Middle East Technical Univ., 06800 Ankara –Turkey *[email protected]

Özet Bu çalışmada, orta ve uzun dalga boyu kızılötesi görüntüleme sistemleri için radyometri tabanlı menzil tahmini üzerine çalışma yapılmıştır. Çalışma esnasında belirli bir senaryo içinde bulunan hedefi, belirli bir atmosferik koşul ve belirli bir arka plan varlığında tasarlanmıs ̧ bir optik, optomekanik ve optoelektronik yapı ile tespit, teşhis ve tanımlama menzili radyometri tabanlı formülü çıkartılmıştır [1,3,4]. Orta ve uzun dalga boyunda dört farklı atmosferik koşul için atmosferik geçirgenlik değerinin analizi MODTRAN yazılımı yardımı ile detaylı olarak yapılmıştır [2]. Johnson kıstasına göre kara, deniz ve hava hedefleri için tespit, teşhis ve tanımlama menzil değerleri elde edilmiştir. Farklı hedef tipleri olduğu için dolaylı olarak hedef alanının menzile etkisi incelenmişir. Buna ek olarak, optik sisteme ait giriş ̧ açıklığı, geçirgenliği ve son olarak atmosferik geçirgenlik değerinin menzile olan etkisi iki dalga boyu içinde detaylı olarak incelenerek sonuçlar verilmiştir. Yapılan bu çalışma, tüm kızılötesi görüntüleme sistemi tasarımcıları için önemli ve yararlı bilgiler sağlanmış olacaktır. Anahtar Kelimeler: Orta ve uzun Dalga, Kızılötesi, Optik Sistem Radyometri, MATLAB, MODTRAN, Menzil Kaynakça [1] Berk Berkan TURGUT, Goktug Gencehan ARTAN, and Alpan BEK “A comparison of MWIR and LWIR imaging systems with regard to range performance”, Proc. SPIE 10625, Infrared Imaging Systems: Design, Analysis, Modeling, and Testing XXIX, 1062512 (26 April 2018). [2] Berk Berkan TURGUT, “Radiometry-based Range Prediction for Mid- and Long- Wave Infrared Imaging Systems”, MSc Thesis, Middle East Technical University. (2018). [3] Mohammad Syuhaimi Ab-Rahman and Mazen R. Hassan”Analytical Analysis of Lock-on Range of Infrared Heat Seeker Missile" Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 3(4), 3703 - 3713. [4] Shahid Baqar,”Low-Cost PC-Based High-Fidelity Infrared Signature Modeling and Simulation" Cranfield University, PhD Thesis, Defence College of Management and Technology, Department of Aerospace, Power and Sensors, Chapter 6, July 2017.


68

An Investigation on Lifetime of Hot Phonons in GaN-Based Heterostructures

G. Atmaca1*, P. Narin1, E. Kutlu2, S. Ardali3, E. Tiras3, T. Malin4, V. G. Mansurov4, K. S.

Zhuravlev4,5, S. B. Lisesivdin1 and E. Ozbay6,7,8 1 Department of Physics, Faculty of Science, Gazi University, 06500, Teknikokullar, Ankara, Turkey 2 Department of Energy Systems Engineering, Faculty of Engineering and Natural Sciences, Ankara

Yıldırım Beyazıt University, 06010, Ankara, Turkey 3 Department of Physics, Faculty of Science, Anadolu University, Yunus Emre Campus, Eskisehir

26470, Turkey 4 Institute of Semiconductor Physics of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, Acad.

Lavrentiev ave 13, Novosibirsk 630090, Russia 5 Novosibirsk State University, 2, Pirogov Street, Novosibirsk 630090, Russia 6 Nanotechnology Research Center, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey

7 Physics Department, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey 8 Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, Ankara 06800

*[email protected]

Abstract GaN-based High Electron Mobility Transistors (HEMTs) including two-dimensional electron gas (2DEG) channel have been extensively studied and are significant candidates for high-power and high-frequency applications [1,2]. Under a high electric field, the electrons in 2DEG channel are heated and their excess energy gained from the field affects device performance [2]. Experimental and analytical investigations of 2DEG channel in Al0.3Ga0.7N/AlN/GaN heterostructures with and without in situ Si3N4 surface passivation layer were carried out at high electric fields using nanosecond pulsed I-V measurements. The longitudinal optical (LO)-phonon lifetime was estimated from the measured and calculated dependence of hot-electron temperature on supplied electric power. The hot-electron temperatures in these heterostructures with and without in situ Si3N4 surface passivation layer were calculated as 496 K and 515 K at 175 kV/cm, respectively. Dependence of hot-phonon lifetimes on the applied electric field was compared and discussed for the investigated samples. It was found that the hot-phonon lifetime changes from 2.3 to 5.4 fs with the increasing electric field. Keywords: hot-phonon lifetime, hot-electron temperature, 2DEG References: [1] A. Matulionis, J. Liberis, I. Matulioniene, M. Ramonas, L. F. Eastman, J. R. Shealy, V. Tilak, and A. Vertiatchikh, Phys. Rev. B, vol. 68, no. 3, (2003), pp. 035338/1–035338/7. [2] A. Matulionis, Phys. Stat. Sol. (a), vol. 203, no. 10, (2006) pp. 2313–2325. Acknowledgements This work was supported in part by the International Bilateral Research Project between RFBR and TUBITAK under Project 113F364 and in part by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation with the unique identifier of the project RFMEFI57717X0250. S. B. L. was supported in part by the Distinguished Young Scientist Award of Turkish Academy of Sciences (TUBA-GEBIP 2016). E.O. acknowledges partial support from the Turkish Academy of Sciences.


69

Characteristics of High Performance 640x512, 15μm Pitch Mid-Wave Type-2 Superlattice Sensors

Fikri OĞUZ1,2; Özlem ARSLAN1,2; Erkin ÜLKER3; Yetkin ARSLAN1,3, Zafer KESGİN3,

Oğuz ALTUN4 and Ekmel ÖZBAY2 1 METU ,2 NANOTAM, Bilkent University, 3 FOTONİKA A.Ş., 4ASELSAN A.Ş.

e-mail: [email protected] Abstract Type-II Superlattices (T2SLs) are bandgap engineered structures that have attracted a lot of attention in the last couple of decades and is still some of the hot topics in infrared imaging applications [1]. T2SLs are the most promising member of the quantum structured infrared family. By the end of maturity period of T2SLs, Focal Plane Array (FPA) level products have been released since a decade. Offering performance compatible with high-end infrared systems, yielding respectable results and still being open to further development make T2SL subject worth to work on. The flexibility in design and the opportunity provided by nature of structures enable researchers and manufacturers to give their focus on this today’s world materials system [2]. This work covers the state of the art Mid-Wavelength Infrared Region (MWIR) InAs/GaSb Type-II Superlattice infrared technology in terms of design, fabrication, and characterization. Large format (640 x 512) and small pitch (15 μm) architecture are implemented for the fabrication of T2SL FPAs. The critical design parameters and design approaches for ultimate performance and reasons for capabilities of T2SLs to offer such performance are handled. The hybridization processes are performed on ROICs designed by ASELSAN, coded ASEL64015. Electro-optical measurements yielded very satisfactory results as compared to literature. The optimized FPA which is a 15 μm pitch detector with cut-off wavelength of 4.92 μm yields 1.2AW⁄peak responsivity and 30 mK Noise Equivalent Temperature Difference (NETD) with 2.3⁄optics. The calculated quantum efficiency for this detector is larger than 60%. Example images were acquired by using optimized FPA device, and are provided in the poster for demonstrative purposes. Wafer level fabrications continue an under the project supported by ASELSAN in terms of production-development base.

Figure: An image acquired by 640 x 512 MWIR T2SL FPA (left) and related NETD histogram (right)

Keywords: Type-2 Superlattice, Infrared Photodetectors, Mid-wavelength Infrared Region, Focal Plane Array References: [1] G. Ariyawansa, C. J. Reyner, E. H. Steenbergen, J. M. Duran, J. D. Reding, J.E. Scheihing, “InGaAs/InAsSb strained layer superlattices for mid-wave infrared detectors”, Appl. Phys. Lett. 108, 022106 (2016). [2] A. Haddadi, A. Dehzangi, S. Adhikary, R. Chevallier, and M. Razeghi, “Background–limited long wavelength infrared InAs/InAs1-xSbx type-II superlattice based photodetectors operating at 110K”,APL Mater.5, 035502 (2017).


70

Burkulma Temelli Nanoelektromekanik Kiriş Kontrolü

Selçuk Oğuz Erbil1, Utku Hatipoğlu1, Cenk Yanık2, Mahyar Ghavami Kabir1, Atakan B. Arı1, M. Selim Hanay1,3

Makine Mühendislği Bölümü, Bilkent Üniversitesi, Turkiye 2SUNUM, Sabancı Üniversitesi, Turkiye

3UNAM, Bilkent Üniversitesi, Turkiye E-mail: [email protected]

Bu çalışmada, yüksek kontrol edilebilirliğe sahip burkulma temelli bir nanoelektromekanik aygıt paradigması geliştirilmiştir. Aygıt temel olarak burkulmayı elektrostatik olarak başlatan bir tarak tahrik mekanizmasından ve ince, uzun bir kirişten oluşmaktadır. Tarak mekanizmasına uygulanan kontrol voltajı, bu mekanizmanın, karşı taraftan sabit bir çapaya bağlı olan kiriş üzerinde bir sıkıştırma kuvveti oluşturmasını sağlar. Böylelikle kiriş, uygulanan yönlendirme kuvvetlerine göre sağa veya sola burkulur. Burkulma yönü, kiriş ile yönlendirme elektrodu arasında oluşan kapasitif çekim kuvveti ile kontrol edilmektedir ve bu kuvvet yalnızca burkulmadan hemen önce uygulanmaktadır. Burkulma sonucu oluşan yanal sapmanın şiddeti yönlendirme voltajından bağımsızdır, çünkü bu yönlendirme yalnızca kirişin burkulma yönünün belirlenmesinde rol oynar. Burkulma sonrasında yönlendirme kuvveti ortadan kaldırılsa dahi kiriş düz pozisyona geçmemektedir, bu durum kirişteki deformasyonun burkulma kaynaklı olduğunun bir göstergesidir. Burkulma şiddeti tarak mekanizmasına uygulanan voltajın değiştirilmesiyle çok hassas bir biçimde değiştirilebilmektedir, üstelik burkulma yönü 0,5V kadar düşük yönlendirme voltajları kullanılarak belirlenebilir. Aygıt yalıtkan üstü silikon çip üzerinde, elektron ışın litografisi, metal kaplama ve plazma/asit aşındırma teknikleri kullanılarak üretilmiştir. Kullanılan kirişin en, kalınlık ve boyu sırasıyla 150 nm, 250 nm ve 40 μmdir. Dinamik olarak kontrol edilen elektrostatik burkulma, deney sırasında kaydedilmiş videolarda açıkça gösterilmiştir. Bu paradigma nano seviyede burkulma analizi, nano-pozisyonlama gibi birçok alanda kullanılabileceği gibi fotonik alanında da birçok uygulama için potansiyele sahiptir. Özellikle çok kontrollü bir şekilde yüksek deplasmanlara ulaşabilmesi, bu aygıtı optik metayüzey oluşturma ve bu yüzeylerin dinamik kontrolü konularında avantajlı bir konuma getirmektedir. Anahtar kelimeler: burkulma, NEMS, nanoelektromekanik, metayüzey, nano kiriş Bu çalışma (TÜBİTAK) tarafından EEEAG-115E833 kodlu hibe ile desteklenmiştir.


71

Kanser Hücrelerinin Metastas Dinamiklerinin Femtosaniye Lazer Kullanarak Termodinamik Dengeden Uzak Koşullarda İncelenmesi

S. Galioglu1, Ö. Akbulut2, R. Ghaffari1, T. Özçelik2, Ö. Şahin2, S. Ilday1

1 Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi (UNAM), İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi, Ankara, Türkiye

2 Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi, Ankara, Türkiye [email protected]

Kanserin tehlikeli ve ölümcül olma sebeplerinin en başında, şüphesiz, kanser hücrelerin kan yoluyla bir organdan diğer organlara taşınması ve hedef organlarda tekrar çoğalması gelmektedir. Metastas adı verilen bu mekanizmanın meydana gelmesinde sırasıyla epitel-mezenkimal (EMT) ve mezenkimal-epitel (MET) dönüşmelerinin etkili olduğu hipotezi kabul edilmekte ve buna dair bulgular sunulmaktadır. Şu ana kadar yapılan çalışmaların hemen hepsi epitel hücrelerin mezenkimal hücrelere dönüşümünü ve tersini klinik olarak termodinamik dengede (equilibrium) incelemiştir. Bu hücrelerin, son zamanlarda damar içinde kan akışında tespiti (circulating tumour cells) ve EMT mekanizmasının ara basamaklarının intravital mikroskopi tekniği ile görüntülemesi yapılabilmiş olmasına rağmen, bu hücrelerin kan akışı içinde maruz kalacağı farklı tipteki akışa ve engellere karşı adaptasyonu dinamik olarak incelenmemiştir. Dolayısıyla, kanser metastas hipotezin başlangıç ve sonuç kısımlarına bakılmış ancak en önemli kısmı, hücrelerin damarda dinamik kan akışı içerisinde yüzerken ve çok sayıda engelle karşılaştığında nasıl davrandığı henüz aydınlatılmamıştır. Bu çalışmada bizler, epitel, mezenkimal ve bu iki cins arasında değişim gösteren meme kanseri hücrelerini kan damarlarını taklit edecek yarı iki boyutlu (quasi 2D) bir sistemde, tek hücre seviyesinde inceledik. Sisteme 1 µm dalgaboyunda femtosaniye lazer göndererek termodinamik dengeden uzak (far from equilibrium) koşullarda kontrol edilebilir laminer ve türbülant sıvı akışları elde ettik. Ayrıca yine lazer marifetiyle şekli, yeri, büyüklüğü ve sayısını kontrol edebildiğimiz hava baloncukları oluşturarak sistemde dinamik, rastgele engeller oluşturup, hücrelerin bu engellerle karşılaştıklarındaki davranışlarını inceledik. Bulgularımız, epitel, mezenkimal ve iki cins arası özellik gösteren hücrelerin basınç (compressive stress) ve kayma gerilmeleri (shear stress) gibi mekanik fiziksel etkilere karşı son derece farklı tepkiler göstermiş olduklarını gösterdi. Bunun yanında, bu hücrelerin, yollarında ilerlerken karşılaştıkları engellere karşı da farklı davrandıkları kaydedildi. Buna göre, hipotez edildiği gibi, mezenkimal hücrelerin hücre şekilllerini çok daha kolay ve hızlı değiştirebildiği, var olan koşullara daha uyumlu hareket ettiği gözlemlenirken, epitel hücreler için tersinin söz konusu olduğu anlaşıldı. Böyle bir çalışmanın ilk kez yapılıyor olması ve kanser mekanizmasının tek hücre seviyesinde femtosaniye lazer marifeti ile yaratılan dinamik ortamda ilk kez inceleniyor olması EMT ve MET mekanizmalarının aydınlatılmasında ve metastas mekanizmasını anlamada önemli ilerlemeler sağlayacaktır.


72

Thulium All-Fiber Laser Delivering Femtosecond Bursts of Pulses at 1-GHz Intra-Burst Repetition Rate

Parviz Elahi1, Hamit Kalaycıoğlu1, Önder Akçaalan1, Çağrı Şenel2,3, and F. Ömer

Ilday1,4,5 1Department, of Physics, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey

2TÜBITAK National Metrology Institute (UME), PO54, TR-41470 Gebze, Kocaeli, Turkey 3Department of Physics,Boğaziçi University, 34342 Istanbul,Turkey

4Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey 5UNAM-National Nanotechnology Research Center and Institute of Materials Science and

Nanotechnology, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey� [email protected]

Özet We report on the development of, to the best of our knowledge, the first ultrafast burst-mode laser system [1] operating at a central wavelength of approximately 2 μm, where water absorption and, consequently, the absorption of most biological tissue is exceptionally high. The reported laser comprises a harmonically modelocked 1-GHz oscillator, which, in turn, seeds a fiber amplifier chain (Fig. 1). The amplifier produces 500 ns-long bursts containing 500 pulses each separated by 1 ns, which are, then, repeated at an adjustable, but nominally 50 kHz inter-burst repetition rate. The average power is 1 W, corresponding to 40 nJ pulse and 20 μJ burst energies, respectively. The entire system is built in an all-fiber architecture and implements dispersion management such that output pulses are delivered directly through a singlemode fiber with a duration of 340 fs without requiring any external compression. This gigahertz repetition-rate system is intended for ablation-cooled laser material removal [2] in the 2 μm wavelength region, which is interesting for laser surgery due to the exceptionally high tissue absorption at this wavelength. Direct delivery of energetic femtosecond pulses from the tip of a singlemode fiber is a particularly valuable asset for the intended application.

Fig. 1. Schematic diagram of the Tm-fiber burst-mode laser system. WDM: wavelength division multiplexer, MM: multi-mode, ISO: isolator, MPC: multimode pump-signal combiner, DC: double-clad, PM: polarization maintaining,

AOM: acousto-optic modulator, AWG: arbitrary waveform generator. Anahtar kelimeler: thulium fiber lasers, all-fiber femtosecond lasers, gigahertz repetition rate. Kaynakça [1] P. Elahi, H. Kalaycıoğlu, Ö. Akçaalan, and F. Ö. Ilday, “Burst-mode thulium fiber laser delivering femtosecond pulses with 1-GHz intraburst repetition rate,” Opt. Lett. 42, 3808 (2017). [2] C. Kerse, H. Kalaycıoğlu, P. Elahi, B. Çetin, D. K. Kesim, Ö. Akçaalan, S. Yavaş, M. D. Aşık, B. Öktem, H. Hoogland, R. Holzwarth, and F. Ö. Ilday, “Ablation-cooled material removal with ultrafast bursts of pulses,” Nature 537, 84 (2016).


73

150 Femtosaniyeye Sıkıştırılabilen 13 Mikrojül Atımlar Üreten Tümleşik Fiber Lazer Sistemi

Önder Akçaalan1, Hamit Kalaycıoğlu1, Fatih Ömer Ilday1,2,3 1Fizik Departmanı, Bilkent Üniversitesi, 06800, Ankara, Turkey

2Elektrik ve Elektronil Mühendisliği Departmanı, Bilkent Universitesi, 06800, Ankara, Turkey 3UNAM – Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi, Bilkent Üniversitesi, 06800, Ankara, Turkey

[email protected] Özet Femtosaniye atımlı fiber lazer kaynakları, çevresel değişimlere karşı duyarsızlık, çok yönlü tasarımlar, yüksek güç çıkışları gibi pratik özelliklerinin bir sonucu olarak son on yıl içinde giderek daha popüler hale gelmiştir. Özellikle, tümleşik fiber lazerler, fiber içinde kalan lazer ışını ve ayarlanabilir özellikleri ile endüstriyel ve bilimsel uygulamalar için çok caziptir [1]. Grubumuz, küme-modlu tümleşik fiber lazer sistemlerini geliştirerek ultra yüksek tekrar frekanslı düşük enerjili femtosaniye atımlar ile yüksek verimlilikte malzeme işlenebileceğini ablasyon-soğutmalı lazer ile malzeme kaldırma rejimini keşfederek ortaya koymuştur [2]. Bu çalışmada ise, fiber lazer yükselteçlerde atımların enerjisi yükseldikçe ortaya çıkan tayf daralması sonucu elde edilebilen sıkıştırılmış atımların genişlemesi sorunu ele alınarak, 13 (mikrojül) μJ atım enerjilerine ulaşarak bu atımların 150 femtosaniye (fs) mertebesine sıkıştırılması gerçekleştirilmiştir. Bu hedeflere ulaşırken temel prensip olarak kaynak salıngaç lazerin dinamiğinin yükselteç kademesinde kopyalanması prensibi uygulanmıştır [3]. Bu sonuçlara ulaşmak için, geniş optik tayflı (60-nm) saçınım ayarlı (dispersion-managed) lazer salıngacı kurulmuş ve bundan alınan sinyal ışını ön-yükselteçte salıngaç içerisindeki atım ilerleme dinamiği kopyalama (mimik) yöntemi ile güçlendirilmiş ve böylece ön-yükselteç sonrasında 70-nm optik tayf genişliği elde edilebilmiştir. Ön-yükselteçten sonra, atım seçici akusto-optik modülatör (AOM) ile 270 kHz atım tekrar frekansına düşürülen optik sinyal atım genleştiriciden geçirildikten sonra 4.2 W ortalama güce çıkartılabilmiştir. Atım genleştirici olarak 185 m fibere denk gelerek atımları 500 ps mertebesine uzatan ve aynı zamanda sistemdeki fiber ve çıkıştaki 1200 çizgi/mm kırınım ızgarasının ortaya çıkardığı toplam artı yöndeki üçüncü derece saçınımı (third-order dispersion) ters yönde sağlayan fiber kırınım ızgarası (chirped fiber brag grating) kullanılmıştır. Ayrıca, son yükselteçte sinyalin girişte 0.5 mW civarında ve güçlendirme oranının 38 dB seviyesinde olması dolayısı ile ASE ölçümü de yapılmıştır ve sinyal oranının %~85 düzeyinde olduğu belirlenmiştir. Bu durumda çıkışta net sinyal gücünün 3.6 W ve atım enerjisinin ~13 μJ olduğu, ölçülen optik tayfın ise 12 nm genişliğinde olduğu belirlenmiştir. 1200 çizgi/mm kırınım ızgarası çifti ile 150 fs’ye sıkıştırılan atımların, Gauss atım şekli varsayımı ile Fourier transformu-sınırlı atım genişliğinin 12-nm optik tayf için 125 fs olduğu göz önüne alındığında, elde edilen 150 fs’lik genişlik, sadece %20’lik bir aşımı işaret etmektedir. Anahtar kelimeler: fiber lazer, tümleşik fiber, femtosaniye lazer Kaynakça [1] D. J. Richardson, J. Nilsson, W. A. Clarkson, “High power fiber lasers: current status and future perspectives,” J. Opt. Soc. Am. B 27, B63 (2010). [2] C. Kerse, H. Kalaycıoğlu, P.Elahi, B.Çetin, D.K. Kesim, Ö. Akçaalan, S. Yavaş, M. D. Aşık, B. Öktem, H. Hoogland, R. Holzwarth, F. Ö. Ilday, “Ablation-cooled material removal with ultrafast bursts of pulses,” Nature 537, 84 (2016). [3] Ç. Şenel, R. Hamid, C. Erdoğan, M. Çelik, and F. Ö. Ilday, “Tailored design of mode-locking dynamics for low-noise frequency-comb generation,” Phys. Rev. Appl. 10, 024027 (2018).


74

Reversible Energy Transfer Between A Single Quantum Emitter In Hexagonal Boron Nitride And Graphene

Elif Ozceri1,3, Ozan Arı1, Sinan Balcı2, Coşkun Kocabaş4, and Serkan Ateş1

1 Nanophotonics and Quantum Optic Laboratory, Physics Department, İzmir Institute of Technology, Urla, 35430, İzmir, Turkey

2Photonics Department, İzmir Institute of Technology, Urla, 35430, İzmir, Turkey 3Materials Science and Engineering Department, İzmir Institute of Technology, Urla, 35430, İzmir,

Turkey 4School of Materials, The University of Manchester

[email protected] In this study, we demonstrate a graphene-hybrid device to reversibly modulate the SP emission from hBN utilizing Förster resonance energy transfer (FRET) mechanism. To this aim, first all dipole properties, such as excitation power and polarization dependencies of a SP emission from a single defect in hBN are characterized. Afterwards, a graphene layer is placed on pre-analyzed hBN structure. Placing a graphene layer to the near field distance (< 50 nm) from the defect center in hBN yields a strong quenching of the emission due to nanradiative energy transfer between the emitter and the graphene[1,2]. After three individual graphene layers, almost 99 % of SP emission is quenched. In order to control the quenching dynamically, an ionic liquid-based device is designed to be able to control the Fermi level of the graphene electrically. Changing the Fermi level with respect to the emission energy of the defect under study will lead us a reversible control (open/close) of the nonradiative quenching channel dynamically. Anahtar kelimeler: Single photon source, FRET, hBN, Graphene, Optoelectronic References

1. Salihoglu, O. et al. (2016). Scientific Reports 6(1), 33911. 2. L. Novotny et al. Cambridge University Press, 2006


75

Raman Spectroscopy as a Diagnostic Method for Endometriosis Disease

M.Tuna Pesen1, Günay Başar2, Uğur Parlatan1, Bahar Yüksel3, Engin Oral4, Ercan Baştu5, Mehmet Burçin Ünlü1

1 Bogazici University Department of Physics 34470, 2 Istanbul Technical University Department of Physics Engineering, 34469, 3 Esenler Maternity and Children's Hospital

Obstetrics and Gynecology Department,34230, 4 Reproductive Endocrinology & Infertility Division, Cerrahpasa School of Medicine, Obstetrics & Gynecology Department, Istanbul University,

Cerrahpasa 34301 Fatih, 5 Department of Obstetrics and Gynecology, Acibadem University School of Medicine, 34752

[email protected]

Abstract Endometriosis is an often painful disease such that the endometrium grows outside of the uterus. Infertility is the one of its severe effects. Investigating only the symptoms of the disease is insufficient for the diagnosis. Laparoscopy is the most precise diagnosis method which is invasive. During the disease, the amounts of molecules such as lipids, proteins and some antigens (i.e. CA125) in the blood serum changes. Raman spectroscopy is a vibrational spectroscopy technique which can analyze specific spectral patterns, substances and molecular changes with high specificity. In this work, Raman spectroscopy has been used as a non-invasive diagnosis method for endometriosis. In our study, the Raman spectra of blood sera of 36 patients with 24 healthy women have been acquired for 30 seconds with 14 kinetics. We have written a GUI (Graphical User Interface) on MATLAB platform for the preprocessing and statistical analysis of the data. The software applies calibration, water background subtraction, baseline correction and normalization as preprocessing methods. Besides preprocessing, the GUI is able to perform Principal Component Analysis (PCA) and Linear Discriminant Analysis (LDA) as statistical analysis methods. The results of the spectral analysis indicated that, 1003 cm-1 Raman band (phenylalanine) decreased for the women with endometriosis. In addition, a decrease in 1448 cm-1 band shows that total amount of proteins decreased. The changes in the bands at 1155 and 1521 cm-1 imply that the amount of carotenoids diminished during the disease which is an expected effect of endometriosis. According to the statistical analysis results, the sensitivity and the specificity of the Raman spectroscopy analysis were found to be 82% and 77% respectively for the detection of endometriosis. These preliminary results show that, as a complementary method to laparoscopy, Raman spectroscopy can be used for diagnosis of endometriosis. Keywords: Endometriosis, Raman Spectroscopy, PCA, LDA References [1] “Use of CA125 fluctuation during the menstrual cycle as a tool in the clinical diagnosis of endometriosis; a preliminary report” Hasan Kafali, Hülya Artuc, Nurettin Demir,doi:10.1016/j.ejogrb.2004.02.039. [2]“Endometrial biomarkers for the non-invasive diagnosis of endometriosis (Review)” Gupta D, HullML, Fraser I, Miller L, Bossuyt PMM, Johnson N, Nisenblat V, DOI: 10.1002/14651858.CD012165.


76

Girişimsel Tıbbi Cihazlar için Fiber Optik Tümleşik Algılayıcı Mikrosistem Geliştirilmesi

Oğuz Kaan ERDEN, Arda Deniz YALÇINKAYA

Boğaziçi Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Bebek 34342 İstanbul E-mail: [email protected]

Özet Vücut içi biyolojik sistemlerin birbirleriyle ilişkileri daha iyi anlaşıldıkça girişimsel tedavi yöntemlerinde kullanılan medikal cihazların temel özellikleri hızlı bir şekilde değişmektedir. Özellikle mikro elektro mekanik sistemlerin (MEMS) medikal uygulamalardaki gelişimiyle farklı uygulamalarda kullanılan temel sensörler, medikal cihazların içerisine sığabilecek kadar küçülme imkanına kavuşmuştur ve biyomedikal alanda oldukça geniş uygulama sahasına sahip hale gelmiştir [1-3]. Bu çalışmada konum, sıcaklık ve basınç bilgilerini gerçek zamanlı olarak alabilen, fiber optik hatların Şekil-1 de gösterildiği şekilde MEMS sensörleri ile birleştirilmesi ile gerçeklenen, Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) destekli girişimsel radyolojik uygulamalar için takip ve ölçüm yeteneğine sahip bir tıbbi cihaz prototipi geliştirilmektedir. Çalışmamızda konum işaretinin iletilmesi için alternatif olarak fiber-optik hatlar kullanılmaktadır. Manyeto-Optik Kerr Etkisi olarak bilinen, MRG ekipmanının katman seçiminde kullanılan gradyan sargılarının oluşturduğu pozisyona doğrusal olarak bağlı manyetik alanın oluşturduğu polarizasyon değişimi algılanır. Sezilen proton işareti Kerr etkisi sayesinde optik domende tutularak bir polarizasyon koruyucu fiber optik hat üzerine odaklanır. Manyetik alan altında değişiklik gösteren polarizasyon değeri, PAX-1000 Polarimeter aracılığıyla ölçülmüş, 4kGs- 6kGs arasındaki değerleri Şekil-2 de gösterilmiştir. Kullanılan metal yüzey, daha küçük değerlerde manyetik alan etkisine maruz bırakılıp sistemin daha hassas değişimlere duyarlılığı üzerine karakterizasyonu gerçeklenecektir. Bunun yanında, ortam sıcaklığının algılanması için yarıiletken malzemelerin sıcaklık ile değişen enerji bant aralıkları (bandgap) kullanılmaktadır. Yarıiletkenden yansıyıp fibere geri dönen ışık şiddeti sıcaklıkla birlikte değişeceğinden, ışık şiddetinin ölçülmesi ile kateter ucundaki sıcaklık algılanacaktır [4]. Ayrıca, basınç algılama için kullanılacak zar yapısı mikroişleme yöntemleri ile bir referans basınç oluşturacak şekilde imal edilecek, çevresel basınç değişimleri oluştuğunda zar üzerinde oluşan yer değiştirme, ilgili lazer hüzmesinin zar yüzeyinden yansıması ile enterferometrik olarak optik okuma yoluyla belirlenecektir.

Şekil 1 Damar içi tıbbi cihazın görünümü ve bu cihazın uç kısmına tümleştirilecek mikrosistem.

Şekil 2 Uygulanan manyetik alan altında metal malzemeden seken ışının polarizasyon değişimi.

Anahtar kelimeler: MEMS, Fotonik, Girişimsel operasyon, Manyetik Rezonans Görüntüleme. Teşekkür: Bu çalışma, TÜBİTAK 116E814 proje adı altında desteklenmektedir. Kaynakça [1] Kimmel S, Impact of changes in blood pressure during the treatment of acute decompensated heart failure on renal and clinical outcomes European Journal of Heart Failure (2011) 13, 877–884. [2] Schanze, T., Hesse, L., Lau, C., Greve, N., Haberer, W., Kammer, S., Doerge, T., Rentzos, A., and Stieglitz, T. (2007). An optically powered single-channel stimulation implant as test system for chronic biocompatibility and biostability of miniaturized retinal vision prostheses. Biomedical Engineering, IEEE Transactions on, 54(6): 983–992. [3] Ladd, M. E. and Quick, H. H. (2000). Reduction of resonant rf heating in intravascular catheters using coaxial chokes. Magnetic resonance in medicine, 43(4):615–619. [4] Çirkinoğlu, O. et al, “Fiber Temperature Sensor Utilizing a Thermomechanical MEMS Detector”, Journal of Lightwave Technology 34 (3), 2016.


77

Halka Anten ile Uyarılan, PDMS Mikrokanal Ekli Çift Yarık Tınlayıcı Algıçlar

B. Çamlı1, E. Altınağaç2, H. Kızıl3, H. Torun4, G. Dündar1, A. D. Yalçınkaya1

1Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul, TR 2Nano-Bilim ve Nano-Mühendislik Bölümü, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, TR

3Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, TR 4Mathematics, Physics and Electrical Engineering, Northumbria University, Newcastle, UK

[email protected] Özet Yarık halka tınlayıcı yapılar, birim hücre metamalzeme bileşenleri olarak literatürde çalışılmış ve çeşitli fiziksel ve biyolojik algılama uygulamalarında yer bulmuştur [1]. Bu yapılar, temel olarak üzerlerinde bir yarık bulunan döngüsel iletken şeritlerdir. Yaygın ve düşük maliyetli üretim yöntemleri ile farklı alttaş malzemeler üzerinde çeşitli boyutlarda üretilebilmeleri yönünden avantajlı ve çok yönlüdürler. Söz konusu yapılar, malzemeleri ve şekilleri itibariyle içsel direnç, endüktans ve sığaç değerlerine sahiptirler. Bu doğalarından dolayı elektromanyetik dalgalara pasif süzgeçler olarak cevap verirler. Bu nedenle bir yapıya ait tınlaşım frekansı f0, malzeme ve şekil ile belirlenirken ortam dielektrik özelliklerinden de etkilenirler. Algılama işlemi bu etkilenmeden yararlanılması yoluyla gerçekleşir. Ortam fiziksel özelliklerinde meydana gelen arkaplan gürültüsü ve algılayıcının ölçülen ile temasında meydana gelebilecek değişiklikler algılamada keskinlik ve doğrusallığı olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Arkaplan gürültüsünün azaltılması için iki özdeş algıcın, biri referans olacak şekilde ölçümde kullanılması ve ikisinin tınlaşım frekansları arasındaki farkın takip edilmesi önerilmiştir [2]. Bu çalışmada ise, biyolojik uygulamalarda algılama kararlılığını arttırmak için, ölçülen hacminin yarık halka tınlayıcı üzerine yerleştirilen mikrokanallar aracılığıyla sabitlenmesi incelenmektedir (Fig. 1). Tınlayıcı yapı çifti f0 = 2GHz olacak şekilde tasarlanmış ve kendilerini açıkorur biçimde saran halka antenler ile birlikte 1.6mm kalınlıkta bakır kaplı FR4 alttaşlar üzerinde üretilmiştir. Mikrokanal yapılar, PDMS malzemenin 0.2mm yükseklikte SU-8 3050 negatif fotorezist kalıba dökülüp 1.1mm kalınlıkta cam alttaşlara plazma etkinleştirme yoluyla sabitlenmesi sonucu şekillenmiştir. Mikrokanal yapıların anten ve tınlayıcı yapıların üzerine yerleştirilmesi sonrasında ölçümlere geçilmiştir. Algıç f0 takibi, yapıların yüklediği antenlerin s11|s22 parametrelerinin VNA’da izlenmesi ile yapılmıştır. Kanallara saf su uygulanması ile referans ve ölçen algıçların tınlaşım frekanslarında meydana gelen

değişim (Fig. 2) gözlendikten sonra ölçen algıca 1.4mg/ml-3.0mg/ml glikoz çözeltileri uygulanarak algıç hassasiyeti 0.92MHz/(mg/ml) olarak tespit edilmiş (Fig. 3) ve ölçüm belginliğindeki artış doğrulanmıştır. Anahtar kelimeler: Yarık halka tınlayıcı, metamalzeme, mikrokanal, PDMS, glikoz algılama

Fig. 1: Çalışmada kullanılan düzeneğin şematik

gösterimi.

Fig. 2: Referans ve ölçen algıçların boş ve saf su uygulanmış kanallar ile birlikte s11|s22 değerleri.

Fig. 3: Referans ve ölçen algıçların farklı derişimlerde

glikoz çözeltilerine cevapları ve kayma miktarları arasındaki fark.

Kaynakça 1. Camli, B.; Kusakci, E.; Lafci, B.; Salman, S.; Torun, H.; Yalcinkaya, A.D. Cost-Effective, Microstrip Antenna Driven Ring Resonator Microwave Biosensor for Biospecific Detection of Glucose. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron 2017, 23, 404–409. 2. Camli, B; Torun, H; Dundar, G.; Yalcinkaya, A.D. 2017. ‘Reference Incorporating Microwave Resonator Based Sensors for Biological Sensing Applications’, Eurosensors 2017. Paris, France 3-6 September 2017.


78

The Optical Properties of Group-III Nitrides with LDA-1/2 Approximation

O. OMEROGLU1*, S. B. LISESIVDIN2, E. OZBAY3,4,5

1Eskişehir Technical University, Faculty of Science, Department of Physics, 26470 Eskişehir, Turkey

2 Gazi University, Faculty of Science, Department of Physics, 06500 Ankara, Turkey 3 Nanotechnology Research Center, Bilkent University, Bilkent, 06800 Ankara, Turkey


Turkey * [email protected]

Group-III nitride semiconductors for applications in optoelectronic and high speed devices attract a great deal of interest. These are used in the fabrication of the electronic and optoelectronic devices such as laser diodes, light emitting diodes [1,2]. In this study, the optical properties on wurtzite AlN, GaN and InN semiconductors by using the first-principles density functional theory (DFT) calculations with the local density approximation (LDA) were investigated. After that, LDA results were calculated by using the LDA-1/2 method to improve band gaps for a wide range of group-III nitrides [3]. Based on optical properties like photon energy dependent refractive index, extinction coefficient, reflection coefficient, absorption coefficient and dielectric coefficient were calculated with photon energy dependent real and imaginary dielectric function parts. All the calculations were performed using 6x6x11 grid mesh of Monkhorst-pack scheme. The calculated optical band gap values for AlN, GaN and InN semiconductors are 5.90, 3.39 and 1.05 eV, respectively. Comparative calculations for optical properties show that, LDA-1/2 method results are very good agreement to the experimental results than LDA method results. Key words: Density functional theory, AlN, GaN, InN, optical properties Acknowledgments: This work was supported by TUBITAK under Project No. 116F197. S. B. L was supported in part by the Distinguished Young Scientist Award of Turkish Academy of Sciences (TUBA-GEBIP 2016). References [1] Bungaro, C., Rapcewicz, K., & Bernholc, J. (2000). Ab initio phonon dispersions of wurtzite AlN, GaN, and InN. Physical Review B, 61(10), 6720. [2] Vogel, D., Krüger, P., & Pollmann, J. (1997). Structural and electronic properties of group-III nitrides. Physical Review B, 55(19), 12836. [3] Ferreira, L. G., Marques, M., & Teles, L. K. (2008). Approximation to density functional theory for the calculation of band gaps of semiconductors. Physical Review B, 78(12), 125116.


79

Yarıiletken Kazanç Temelli 18 GHz’de Düşük Faz Gürültülü Kip Kilitlemeli Lazer

Abdullah ORAN1, Sarper ÖZHARAR2 ve İbrahim ÖZDÜR1

1Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Abdullah Gül Üniversitesi, Kayseri 2Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Bahçeşehir Üniversitesi, İstanbul

[email protected]

Özet Yüksek tekrar frekansında ve düşük faz gürültü optik darbe treni üreten kip kilitlemeli lazerler yüksek hızlı RF ve mikrodalga iletişim sistemlerinde kendilerine yer bulmaktadırlar [1]. Bant genişliğinde sürekli artan ihtiyaç sebebiyle bu alanda geliştirilen lazerlerin optik atım tekrar frekanslarının da sürekle yükselmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, 18 GHz optik atım tekrar frekansında ve yarıiletken temelli, aktif olarak sürülen bir kip kilitlemeli lazer sunulmuştur. Bu lazer, bir fiber optik döngüden oluşmaktadır. Geliştirilen lazerin optik ve RF özellik karakterizasyonu yapılmış ve faz gürültüsü ölçülmüştür. Lazerin faz gürültüsü 1 MHz ofset frekansında -140 dBc/Hz değerine ulaşmaktadır. 100 Hz – 10 MHz aralığında toplanmış olan jiter değeri ise 17 fs değerindedir.

Anahtar kelimeler: Kip kilitlemeli lazerler, Faz gürültüsü,

[1] P. J. Delfyett, I. Ozdur, N. Hoghooghi, M. Akbulut, J. Davila-Rodriguez and S. Bhooplapur, "Advanced Ultrafast Technologies Based on Optical Frequency Combs," in IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 18, no. 1, pp. 258-274, Jan.-Feb. 2012.


80

Statistics of Rayleigh Backscattered Signal in the Presence of Amplified Spontaneous Emission Noise

Faruk Uyar1,2*, Tolga Kartaloğlu1, Ekmel Özbay1,2,3 ve İbrahim Özdür1,4 1 NANOTAM-Nanotechnology Research Center, Bilkent University, 06800 Ankara

2 Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, 06800 Ankara 3 Department of Physics, Bilkent University, 06800 Ankara

4 Department of Electrical and Electronics Engineering, Abdullah Gül University, 38080 Kayseri *[email protected]

Abstract Phase-sensitive optical time domain reflectometry (ϕ-OTDR) based distributed fiber sensors (DFS) have many applications including structural health monitoring, perimeter security, oil and gas monitoring and so on. These systems employ a fiber optic cable as the sensing element and obtain the spatial distribution by using highly coherent optical pulses from an optical interrogator. Since the incident pulses are highly coherent, the return signal at the input end of the fiber exhibits a speckle-like appearance which results from the coherent superposition of light from the scatterers within the pulse duration [1]. In direct-detection ϕ-OTDR systems this phenomenon is generally referred to the exponential fading [2] and characterized by the negative exponential distribution. In the presence of amplified spontaneous emission (ASE) noise from the optical preamplifier, however, the characteristics of the distribution departs from the negative exponential probability density function (pdf) and is better represented by ex-Gaussian pdf. This study first presents the theoretical background of the speckle noise in the presence of ASE noise, then demonstrates the experimental results and validates the developed statistical characteristics of the backscattered intensity.

Figure 1: Experimental setup for DFS system. EDFA: Erbium doped fiber amplifier, AOM: Acousto-opptic modulator, OC: Optical coupler, OBPF: Optical band pass filter, VOA: Variable optical attenuator, PD: Photodetector, Data Acq.:

Data Acquisition The experimental set-up used for the ϕ-OTDR based DFS system is shown in Fig. 1. A highly coherent narrow linewidth continuous-wave (CW) laser is used as the light source. An acousto-optic modulator (AOM) which is placed after a booster erbium doped fiber amplifier (EDFA) generates the 100 ns interrogation pulses which are injected into the fiber via a circulator. The backscattered signal from the fiber is directed to a preamplifier EDFA via the same circulator and then split into three branches via optical couplers. Each branch includes a variable optical attenuator (VOA) to adjust the power level for fitting into the min-max regimes of the photodetectors. The detected signals from three branches are simultaneously acquired by a data acquisition system and then post-processed in a PC to analyze the statistical characteristics. Keywords: Fiber optics sensors, optical sensing and sensors, optical time domain reflectometry, scattering, Rayleigh, statistical optics References: [1] G. H. Ames and W. R. Donat, “Fading statistics in Rayleigh interferometric fiber sensors,” in Proc. SPIE 9157, 23rd International Conference on Optical Fibre Sensors. [2] G. R. Osche, Optical detection theory: for laser applications (New York: Wiley, 2002), Chap. 4.


81

Linear Scaling of Ablation Depth in the Ablation-Cooled Regime

Jan Szczepanek1, Parviz Elahi2,*, Hamit Kalaycıoğlu2, Denizhan Koray Kesim3, Önder Akçaalan2 and Fatih Ömer İlday 2,3,4

1Faculty of Physics, University of Warsaw, Pasteura 5, 02-093 Warsaw, Poland 2Department of Physics, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey

3Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey 4UNAM - National Nanotechnology Research Center, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey

*[email protected] Summary There is much interest in using ultrashort pulses for precise and thermal-damage-free material removal for numerous scientific, medical and industrial applications. In ablation-cooled material processing [1], extremely high repetition rate pulses (GHz-range), with individual energies far below the ablation threshold, ablate the target before the residual heat deposited by the previous diffuse away from the processing region. Here, we present the linear scaling of single-shot ablation hole depth up to an extreme value of above 36 μm (hole diameter ~23 μm) on silicon samples in ablation-cooled laser material removal regime. In this work, the silicon samples were processed with low energy (less than 150 nJ), 350 fs pulses at 1.6 GHz repetition rate which were delivered to the samples within bursts repeated at 200 kHz and containing hundreds of such pulses [2.3]. Here, we show that by linearly increasing the number of low-energy femtosecond pulses within the burst, the maximum depth of the material removed by a single burst also increases proportionally. Such result is not straightforward because the interaction of femtosecond pulses with material cannot be considered as separate events, they affect each other during processing. The linear scaling of the ablation depth as a function of burst energy (fluence) is opposite to the exponential relation presented for scaling with single pulse energy in the traditional approach.

Fig. 1 (a) Linear scaling of the maximum depth of the single-shot hole for 80 nJ single pulse energy with increasing

number of pulses within the burst, (b) SEM image of the cross-sections of the deepest single-shot holes for 1440 80 nJ femtosecond pulses within the single burst

For 80-nJ single pulse energy, the hole depth scaled linearly and showing no sign of saturation, from 3 μm up to 36.5 μm with single burst fluence varying from 3 J/cm2 up to 28 J/cm2, corresponding to 160 up to 1440 pulses respectively (Fig. 1(a)). The profile of the processed holes in the silicon were measured with a laser scanning microscope (LSM, Keyence VK-100x) up to a depth of ~15.5 μm. Above this value the phase unwrapping algorithms of the LSM did not work properly and 3D hole profiles were not measured correctly. The maximum depth of 36.5 μm was confirmed by breaking the silicon sample and measuring the holes profiles under the scanning electron microscope (SEM; Fig. 1(b)). The SEM based result is in perfect agreement with linear fit estimation based on LSM measurements. Such deep silicon processing in the range of tens of micrometres for a single shot ablation is presented for the first time, to our knowledge. The extreme depth of the single-shot hole processed in silicon with high number of low-energy pulses gives us a very promising perspective expecting similar behaviour for tissue processing. Further experiments exploring this field are planned for the near future. Keywords: Ablation-cooled regime, laser material processing. References [1] C. Kerse, H. Kalaycıoğlu, P. Elahi, B. Çetin, D. K. Kesim, Ö. Akçaalan, S. Yavaş, M. D. Aşık, B. Öktem, H. Hoogland, R. Holzwarth, and F. Ö. Ilday, "Ablation-cooled material removal with ultrafast bursts of pulses," Nature 537, 84–88 (2016). [2] P. Elahi, Ö. Akçaalan, C. Ertek, K. Eken, F. Ö. Ilday, and H. Kalaycoğlu, "High-power Yb-based all-fiber laser delivering 300 fs pulses for high-speed ablation-cooled material removal," Opt. Lett. 43, 535-538 (2018). [3] H. Kalaycıoğlu, P. Elahi, O. Akcaalan, and F. O. Ilday, "High-repetition-rate ultrafast fiber lasers for material processing," IEEE J. Sel.Top. Quantum Electron. 24, 1–12 (2018).


82

Field Tests of a Distributed Acoustic Sensor System over a 50 km-long Fiber

Faruk Uyar1,2, Talha Onat1*, M. Umut Demirçin3, Tolga Kartaloğlu1, İbrahim Özdür1,4 ve

Ekmel Özbay1,2,5 1 NANOTAM-Nanotechnology Research Center, Bilkent University, 06800 Ankara

2 Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, 06800 Ankara 3 Aselsan., 06172 Ankara

4 Department of Electrical and Electronics Engineering, Abdullah Gül University, 38080 Kayseri 5 Department of Physics, Bilkent University, 06800 Ankara

*[email protected] Abstract Distributed acoustic sensor (DAS) systems have attracted increasing attention in recent years due to its remarkable advantages in practical applications such as health monitoring and security of civil infrastructures, railways, oil and gas pipelines, borders, and so on [1]. Here in this study we develop a φ-OTDR based direct detection DAS system and characterize it by field tests. The series of tests were conducted to evaluate the system performance and to obtain a better indication of reliability of the sensor. Tests were carried out to investigate the response of the sensor system to digging and walking activities. The first intrusions were conducted by digging activities in proximity to the buried fiber. The data was recorded as a person stroke the ground with a pickaxe at certain distances from the edge of the buried cable. We first located the positions of the perturbation along the 50 km-long buried fiber. Then we examined the characteristics of the fluctuation in the Rayleigh backscattered signal that the digging activity caused. The next intrusions were conducted by walking along the buried fiber path on the test field. The data was recorded as a person stepped on the ground above the buried fiber starting from the start location of the fiber path and turning back to the same point. We demonstrated that the peaks are visible along 10 channels for each region in a shifting fashion from left to right on the channels, representing walking.

Figure 1: Experimental setup for the distributed vibration sensor. EDFA: Erbium doped fiber amplifier, AOM:

Acousto-optic modulator, Optical BPF: Optical band pass filter, PD: Photodetector The experimental setup is shown in Fig 1. The amplified light from the narrow linewidth continuous-wave (CW) laser is passed through an AOM which generates the interrogation pulses with 100 ns width and injected into the fiber via a circulator. The backscattered signal from the buried fiber is directed to the detection regime in which the signal flows through an EDFA and a number of optical band pass filters followed by a photodetector. The detected signal is acquired by a data acquisition system (DAQ) and then post-processed in MATLAB to analyze its characteristics. A simple signal processing algorithm is used to increase the visibility of the intrusion peaks. Keywords: Distributed acoustic sensor, optical time domain reflectometer, field tests, walking, digging References: [1] X. Liu, B. Jin, Q. Bai, Y. Wang, D. Wang, and Y. Wang, “Distributed Fiber-Optic Sensors for Vibration Detection,” Sensors, vol. 16, no. 8, p. 1164, 2016


83

Amplification of Super Wide Bursts with GHz Pulse-To-Pulse Repetition Rate

Denizhan Koray Kesim1,*, P. Elahi2, H. Kalaycıoğlu2, Ö. Akçaalan2, F. Ö. Ilday1,2,3

1Electrical and Electronics Engineering Department, Bilkent University, Ankara, 06800, Turkey 2Physics Department, Bilkent University, Ankara, 06800, Turkey

3UNAM – National Nanotechnology Research Center and Institute of Materials Science and Nanotechnology, Bilkent University, Ankara, 06800, Turkey

*[email protected] Summary We have recently discovered a new regime of laser-material processing, known as ablation-cooled laser-material processing [1]. In this regime, the rapid ejection of material when ablated by a laser beam is used as a mechanism to cool the material surface. To make this possible, laser pulses have to reach GHz repetition rates, so that heat left on any ablated parts of the material does not have enough time to diffuse away before the next pulse arrives. Ablation cooling allows to use pulse energies up to 1000 times smaller, while increasing ablation efficiency dramatically. This exciting development poses a challenge for a new generation of ultrafast lasers to be developed. The ideal laser parameters correspond to modest pulse energies (< 1 μJ), but at multi-GHz repetition rates and forming bursts containing hundreds to thousands of pulses in each burst. To this end, we have pioneered the development of ultrafast burst-mode fiber lasers, where we continue to lead the world in terms of virtually all performance metrics. Here, we report further progress for high-speed ablation in this new regime: We have built a 40-W fiber laser system (Fig. 1) that allows us to reach 1 mm3/s ablation. The laser amplifier produces chirped 46 ps-long pulses, which are compressed to <350 fs. The pulse energy is limited to 350 nJ by Raman scattering. The repetition rate of the pulses during each burst is 1.6 GHz. The repetition rate of the bursts is dynamically adjustable through an arbitrary waveform generator, but typically varies between 0.1 and 1.0 MHz. This laser is designed to afford us a superior control over the number of the pulses in each burst, typically ranging between 200 and 1800 pulses, for maximum ablation efficiency at the ultrahigh ablation speeds of ~1 mm3/s.

Figure 1: Schematic of the laser system. Last two amplifier stages are large mode area including the isolator-collimator

fibers. The grating compressor is not drawn. WDM: wavelength division multiplexer. PC: Polarization Controller. AOM: Acusto Optic Modulator. AWG: Arbitrary Waveform Generator. MPC: Pump and signal combiner.

Keywords: Burst Mode, Ablation Cooling, Fiber Lasers, Femtosecond Pulses References [1] C. Kerse et al., Ablation-cooled material removal with ultrafast bursts of pulses. Nature 537, 84–88 (2016).


84

Üç Boyutlu Eş Odaklı Görüntüleme için Lazer İşleme ile Üretilmiş Mikro Tarayıcı

H. A.Oyman1, 2, M. A. İçel1, B. C. Efe1, Y. D. Gökdel2, O. Ferhanoğlu3, A. D. Yalçınkaya1

1 Boğaziçi Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü Bebek, 34342, İstanbul, Türkiye 2 İstanbul Bilgi Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü, Eyüp, 34060, İstanbul, Türkiye

3 İstanbul Teknik Üniversitesi, Elektronik ve Haberleşme Müh. Böl., Maslak, 34469, İstanbul, Türkiye

[email protected] Özet Eş odaklı mikroskopi, yüksek kontrast ve çözünürlük sağlayan bir optik görüntüleme yöntemidir [1]. Paslanmaz çelik malzemeden elektro erozyon ile işlenerek üretilmiş bir mikro tarayıcı manyetik alanla harekete geçirilerek iki fotonlu mikroskop içerisinde kullanılmıştır [2]. Bu çalışmada, üç boyutlu eş odaklı görüntüleme yönteminde kullanılmak üzere lazer işleme teknolojisi ile paslanmaz çelikten bir mikro tarayıcı üretilmiştir (Şekil 1a). Sonlu eleman metodu yazılımı kullanılarak tarayıcı ünitenin mod şekilleri ve Lazer Doppler Titreşimölçer kullanılarak üretilen cihazın karakterizasyon sonuçları elde edilmiştir (Şekil 1b). Cihazın üç tane düzlem dışı moda sahip olduğu tespit edilmiştir ve bu modların her biri mikro tarayıcının odağını değiştirerek üç boyutlu tarama örüntüsü elde etmek için kullanılabilir. Yarıçapı 15 olan bir küre hedef olarak düşünülmüş ve görüş alanı 100 μm × 100 μm × 100 μm olan bir hacim içine yerleştirilmiştir. İki mod arasındaki farkı görsel olarak açıklama amacıyla tarama süresi 0.15 s yapılmıştır. Düşük olan düzlem dışı mod (313 Hz) devrede iken doluluk oranı %8 bulunmuştur. Hedefin bulunduğu alan kabaca tespit edildiği için hedef bu kez, daha küçük bir hacim içinde (50 μm × 50 μm × 50 μm) daha yüksek çözünürlüklü görüntü elde edebilmek amacıyla, yüksek frekanslı düzlem dışı modda taranmıştır. Bu modda (2192 Hz), doluluk oranının %26’ya çıktığı gözlenmiştir. Tarama süresi 0.5 saniyeye çıkartıldığı takdirde düşük ve yüksek frekans modları için doluluk oranları %24 ve %69 olarak bulunmuştur. Anahtar kelimeler: Eş odaklı mikroskopi, mikro tarayıcı, manyetik eyleme, Lissajous tarama

(a) (b)

Şekil 1. (a) Üretilen mikro tarayıcı (b) LDV Karakterizasyon sonucu

(a) (b) (c) (d)

Şekil 2. 313 Hz’deki (a) ve 2192 Hz’deki (c) düzlem dışı mod için üç boyutlu bir hacim içindeki Lissajous tarama örüntüleri. Sırasıyla bu modların ilgili eksenel dilimleri (b), (d)

Kaynakça

[1] Webb, R. H. (1996). Confocal optical microscopy. Reports on Progress in Physics, 59(3), 427. [2] Wang, Youmin, et al. "Magnetic-actuated stainless steel scanner for two-photon hyperspectral fluorescence

microscope." Journal of Microelectromechanical Systems 23.5 (2014): 1208-1218.


85

Surface Enhanced Raman Scattering with Photochemically Roughened Silicon Surfaces

Tuba Önder 1,* , Mona Zolfaghari Borra 2,3 , Hisham Nasser 3, Özge Demirtaş2,3, Yıldız

Menteşe1,3. Ihor Pavlov1,3, Alpan Bek1,2,3 1 Department of Physics, Middle East Technical Univ., 06800 Ankara –Turkey 2 Micro and Nanotechnology Graduate Program, Middle East Technical Univ.,

06800 Ankara – Turkey 3 The Center for Solar Energy Research and Applications (GÜNAM), Middle East

Technical Univ., 06800 Ankara – Turkey *[email protected]

Abstract: Making use of surface enhancement is a well-known technique to enhance characteristically weak Raman scattering signal [1]. Surface enhance Raman scattering (SERS) is used in a wide range of research fields from life sciences to geology [2]. The aim of this work is to develop a minimally sophisticated methodology to obtain cost-effective yet efficient enhancement surface structures useful for SERS. For that goal, laser-assisted photochemical etching was utilized to create nanoscale porous features on the surface of crystalline silicon substrates in a hydrofluoric acid solution. Process parameters such as etch duration, laser power, and beam shape were varied in order to obtain the optimum surface. The photochemically roughened substrates were then used as topographical templates and actual SERS action was enabled by a thermally evaporated 25 nm thick silver film on the surfaces. The fabricated SERS substrates were characterized by atomic force microscopy and the resulting Raman enhancement factors were measured using crystal violet molecules. Keywords: Surface Enhanced Raman Scattering, Laser Assisted Photochemical Etching References: [1] Chang, R. K., & Furtak, T. E. (1982). Surface enhanced Raman scattering. New York: Plenum Press. [2] Moskovi ts, M., J Raman Spectrosc (2005) 36(6-7), 485.


86

Fizik Perspektifinden Yaşamın Kökeni: Ultra-Hızlı Lazer Destekli Öz-Örgütlenmeden Canlı Sisteme

Gülce Kardeş1,2, Serim İlday2

1Fizik Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara, Türkiye 2Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü ve Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi (UNAM),

Bilkent Üniversitesi, Ankara, Türkiye [email protected]

Özet: Canlılık nasıl oluştu? Bu antik sorunun gizemini kaldırmak üzere yapılan mevcut girişimler, modern moleküler biyoloji, kimya veyahut ikisinin kesişimindeki perspektiflerde yoğunlaşmış bulunuyor. [1][2] Spesifik kimyasal moleküler atalar ve reaksiyon yolları üzerine odaklanan yaklaşımlar, günümüzde canlılığın zorunlu bir koşulu olarak tanımlanan, yapının bileşenlerinde görülmeyip sistemin kendisinde bir bütünce rastlanan davranışlar setini (emergent behaviour) veya otopoietizm (autopoietism) gibi konseptleri açıklamakta yetersiz kalıyorlar. [3][4] Bu çalışma ile biz, biyokimyasal ağ örgüleri ve yapıtaşlarını bir yana koyarak biyokimyasal yapıyı öncelemesi gerektiğini düşündüğümüz fiziksel mekanizmaları belirlemek üzere, kendi geliştirdiğimiz femtosaniye lazer destekli, termodinamik dengeden uzak kendiliğinden birleşme metodunu (far from equilibrium self-assembly) kullanarak yarı iki boyutlu koloidal sistemde canlılığın ortaya çıkışının dayandığı fiziksel prensipleri anlamaya çalıştık. [5][6] Femtosaniyelik zaman aralıklarında gerçekleşen atımlar ile tam kontrollü mekan-zamansal sıcaklık eğimi (spatio-temporal thermal gradient) oluşturduk; böylelikle dengeden uzağa sürülen sistemde Marangoni taşınımı (flow) ve Brownian hareketi indüklendi; Marangoni taşınımı, kümelenme (aggregation) ve Brownian hareketi arasında ortaya çıkan doğrusal olmayan geri-besleme (nonlinear feedback) mekanizmalarıyla gelişen karmaşık otopoietik ortamda canlı sistemlere atfedilen öz-örgütlenme, öz-iyileştirme, öz-düzenleme ve hatta adaptasyon gibi ortaya-çıkan (emergent) davranışların sergilendiğini gözlemledik. Bulgularımız, bir canlı sistemin oluşumunun ve kendi mevcudiyetini sürdürebilme yetisinin biyokimyasal semantik öncesi bir “fiziksel ve evrensel” kendiliğinden birleşme mekanizması tarafından düzenlenebileceğini gösterir nitelikte olduğundan son yıllarda gittikçe artan canlılığın kökeni çalışmalarına önemli bir katkı sağlayacağını öngörmekteyiz. Anahtar kelimeler: ultra-hızlı lazer; lazer-indüklü örgütlenme; doğrusal olmayan dinamikler; dağıtıcı sistem; otopoiesis Kaynakça [1] Szostak, J.W. The Narrow Road to the Deep Past: In Search of the Chemistry of the Origin of Life. Angewantdte Chemie 56:37, 11037-11043 doi: 10.1002/anie.201704048 (2017). [2] Mann, S. The Origins of Life: Old Problems, New Chemistries. Angewantdte Chemie 52:1, 155-162 doi: 10.1002/anie.201204968 (2012). [3] Wu, M., Higgs, P. G. The origin of life is a spatially localized stochastic transition. Biology Direct, 7:42 doi: 10.1186/1745-6150-7-42 (2012). [4] Varela, F. G., Maturana, H. R., & Uribe, R. Autopoiesis: The organization of living systems, its characterization and a model. Biosystems 5(4), 187–196. doi: 10.1016/0303-2647(74)90031-8 (1974). [5] Ilday, S. et al. Rich complex behaviour of self-assembled nanoparticles far from equilibrium. Nat. Commun. 8, 14942 doi: 10.1038/ncomms14942 (2017). [6] Kalaycioglu, H., Oktem, B., Senel, C., Paltani, P. P. & Ilday, F. Ö. Microjoule-energy, 1 MHz-repetition rate pulses from an all-fiber-integrated nonlinear chirped-pulse amplifier. Opt. Lett. 35, 959–961 (2010).


87

Investigation of the Ultrafast Response and Saturable Absorption of Voltage-Controlled Graphene

I. Baylam1, M.N. Cizmeciyan1, N. Kakenov2, C. Kocabas2, and A. Sennaroglu1,3,*

1Koç University Surface Science and Technology Center (KUYTAM), Rumelifeneri, Istanbul 34450, Turkey

2Department of Physics, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey 3Laser Research Laboratory, Departments of Physics and Electrical-Electronics Engineering, Koç

University, Istanbul 34450, Turkey Corresponding author: [email protected]

Keywords: 2D materials, voltage-controlled graphene, nonlinear and ultrafast spectroscopy. Nonlinear optical properties of graphene and graphene-based devices have been widely investigated for various applications [1-3]. In particular, graphene-based supercapacitors have emerged as a new class of saturable absorbers with adjustable absorptions that can be controlled even with few volts of applied bias in the range of 0-2V. Recently, our groups demonstrated that the graphene-based supercapacitor saturable absorbers with adjustable insertion losses can be employed in solid-state lasers to generate femtosecond pulses [4,5]. The optical insertion loss of such devices can be dynamically controlled by applying a bias to shift the Fermi level of graphene. Since the Fermi level shift causes a change in the nonlinear optical response of graphene, it is important to experimentally determine the voltage-dependent spectral window over which the graphene-based supercapacitors can be used as fast saturable absorbers. In this study, we investigated the bias-dependent nonlinear absorption and ultrafast response of a voltage-controlled graphene-gold supercapacitor saturable absorber (VCG-gold-SA) by using femtosecond pump-probe spectroscopy. During the experiments, we observed both saturable absorption and multiphoton absorption regimes [6] for the VCG-gold-SA as we varied the applied bias from 0 to 2V. The nonlinear absorption measurements showed that although the saturable absorption bandwidth of the VCG-gold-SA was decreased as we increased the applied bias, it was sufficiently wide to support femtosecond pulse generation around the visible and near-infrared wavelengths. During the experiments, the nonlinear and time-resolved absorption measurements were performed by using a femtosecond transient absorption spectrometer (Ultrafast Systems, Helios). The optical excitation pulses were obtained from a tunable optical parametric amplifier (Spectra-Physics, TOPAS Prime) which was pumped by a 1-kHz, 800-nm Ti3+:sapphire regenerative amplifier (Spectra-Physics, Spitfire Ace, pulsewidth=134 fs). The probe pulses were visible and near-infrared continua covering a wavelength range of 500-1600 nm. In the experiments, the voltage-dependent saturable absorption bandwidth of the VCG-gold-SA was determined by using 470-nm (700-nm) pump and visible (near-infrared) continuum probe pulses. The nonlinear absorption measurements showed that the bandwidth in which the VCG-gold acted as a saturable absorber was around 470 nm (630-1100 nm) at 1V of applied bias. For the applied voltages beyond 1V, the multiphoton type of absorption was predominant and the VCG-gold-SA no longer exhibit saturable absorption at the wavelengths above 1100 nm. In addition, as a result of the multiphoton absorption, the measured slow decay times of the VCG-gold-SA were increased from 0.9 ps (0-1.2V) to around 10.7 ps (1.4-2V) at the visible probe wavelength. During the near-infrared pump-probe measurements, the measured slow decay times remained around its typical value of 2.8±0.5 ps [1] as the applied bias was increased from 0 to 2V. In the experiments, the voltage-dependent saturable absorber characteristics (saturation fluence and modulation depth) of the VCG-gold were also measured by using the 650- and 1000-nm pump pulses. At the zero bias, the measured saturation fluence and single-pass modulation depth were 682 µJ/cm2 (67.5 µJ/cm2) and 0.52% (0.27%) for the pump wavelength of 650 nm (1000 nm). For both pump wavelengths, the saturation fluence (modulation depth) increased (decreased) as we increased the applied bias. For the 650-nm (1000-nm) pump, the estimated saturation fluence and single-pass modulation depth were around 951 µJ/cm2 (168 µJ/cm2) and 0.24% (0.16%) at the applied bias level of 1.6V (0.8V). Detailed data describing the dependence of the saturation parameters and decay dynamics at different bias voltages will be presented. References 1. J. M. Dawlatly, S. Shivaraman, M. Chandrashekhar, F. Rana, and M. G. Spencer, “Measurement of ultrafast carrier dynamics

in epitaxial graphene,” Appl. Phys. Lett. 92, 042116 (2008). 2. U. Kurum, O. O. Ekiz, H. G. Yaglioglu, A. Elmali, M. Urel, H. Guner, A. K. Mizrak, B. Ortac, and A. Dâna, “Electrochemically

tunable ultrafast optical response of graphene oxide,” Appl. Phys. Lett. 98, 141103 (2011). 3. A. Tomadin, S. M. Hornett, H. I. Wang, E. M. Alexeev, A. Candini, C. Coletti, D. Turchinovich, M. Klaui, M. Bonn, F. H. L.

Koppens, E. Hendry, M. Polini, and K. J. Tielrooij, “The ultrafast dynamics and conductivity of photoexcited graphene at different Fermi energies,” Sci. Adv. 4, 5313 (2018).

4. I. Baylam, O. Balci, N. Kakenov, C. Kocabas, and A. Sennaroglu, “Graphene-gold supercapacitor as a voltage-controlled saturable absorber for femtosecond pulse generation,” Opt. Lett. 41, 910-913 (2016).

5. I. Baylam, S. Ozharar, N. Kakenov, C. Kocabas, and A. Sennaroglu, “Femtosecond pulse generation from a Ti3+:sapphire laser near 800 nm with voltage reconfigurable graphene saturable absorbers,” Opt. Lett. 42, 1404-1407 (2017).

6. A. Marini, J. D. Cox, and F. J. Garcia de Abajo, “Theory of graphene saturable absorption,” Phys. Rev. B 95, 125408 (2017).


88

Broadband Spectral Splitting of Light Using Wavefront Shaping

Y. Başay1, B.N. Gün1* and E. Yüce1 1 Programmable Photonics Group, Department of Physics, Middle East Technical University, 06800, Ankara, Turkey

* [email protected],

When the dimensions of a medium are comparable to wavelength of light, diffraction plays a major role in wave propagation and it differs by wavelength. Thus, it is possible to obtain intended phase difference for each frequency by changing the thickness or refractive index of the medium [1]. As a result, waves at a specific frequency can be controlled to constructively interfere at a desired point. Liquid crystal displays, which enable to control refractive indices of each pixels via modulating the amplitude of the applied electric field can be used to control diffraction. By this programmable control, the spatial phase of light can be changed between 0-2π and the phase pattern for spectral splitting can be determined [2]. Our theoretical results show that spectral splitting is achieved with total efficiency of more than 70% when we focus two different wavelengths to two different regions. In addition, for non-moving sources the total relative intensity of 400 nm light focuses properly to a region by 45%, and by 30% at 0.004° incidence angle [3].

Keywords: Diffraction, Spectral Splitting, Solar Cells [1] Hecht, E. Optics. (Addison-Wesley, 2001). [2] Gretzki, P. & Gillner, A. Programmable diffractive optic for multi-beam processing: applications and limitations. Opt. Trapp. Opt. Micromanipulation XIV 31 (2017). doi:10.1117/12.2274448 [3] Basay, Y. (2018). Broadband spectral splitting of light using wavefront shaping (Unpublished master`s thesis). Middle East Technical University, Ankara, Turkey.


89

Digital Light Processing: 3D Active Imaging for LIDAR Applications

Ç.A.Yüksel*, S. İçli1, V.Ertürk1 M.S. Dal1 and E. Yüce1 1 Programmable Photonics Group, Department of Physics, Middle East Technical University, 06800, Ankara, Turkey

* [email protected]

3D imaging technologies are rapidly growing given the increasing demand in current technologies. There are mainly two types of 3D imaging systems, which are active and passive systems. Utilizing MEMS based DMDs (Digital Micro-mirror Device) in active 3D imaging systems is a promising solution given their compact size, cost, durability and fast operation rates. By programing millions of movable mirrors, it is possible to control the amplitude and phase of light rays at very high resolution [1, 2]. Here, we demonstrate an active 3D imaging system by using a DMD to generate structured light patterns and image a target object. Encoding the screen with structured light has overcome correspondence problem [3] which is commonly encountered in passive 3D imaging systems such as 3D stereo imaging. Solving correspondence problem gives us more accurate depth measurement in high resolution. Our structured light is composed of 9 different patterns. Each of them has binary amplitude and different stripe density. By the help of an algorithm that we have developed we are able to code 29 = 512 different stripes. We use a DSLR camera with 3872 x 2176 resolution and use laser range finder to calibrate the object depth. We have successfully observed that below millimeter resolution depth measurement is achieved using our method. [1] "LiDAR Drives Forwards." Nature Photonics 12, 441 (2018). [2] M. Sun, M. P. Edgar, G. M. Gibson, B. Sun, N.Radwell, R. Lamb &. J. Padgett. "Single-pixel three-dimensional imaging with time-based depth resolution," Nature Communications 7, 12010 (2016). [3] D. Scharstein, R. Szeliski "A Taxonomy and Evaluation of Dense Two-Frame Stereo Correspondence Algorithms" Retrieved from http://vision.middlebury.edu/stereo/taxonomy-IJCV.pdf


90

How Are The Symmetries of Self-Organised Structures Related To The Symmetries of Interactions That Produce Them?

Ö. Yavuz1, G. Makey2, S. Ilday3, O. Tokel2,3 and F. Ö. Ilday1,2,3

1Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, 06800 Ankara, Turkey 2Department of Physics, Bilkent University, 06800 Ankara, Turkey

3UNAM-National Nanotechnology Research Centre, Bilkent University, 06800 Ankara, Turkey Abstract – Self-organisation has always fascinated researchers from all branches of sciences and engineering. A self-organised phenomenon of great practical utility arises during the interactions of powerful laser beams with material surfaces, leading to formation of nanoscale, highly periodic structures. Various patterns with different symmetries are known, but, to date, no general explanation has been provided for their existence. Here, we probe the link between the symmetries of the interactions and the symmetries of the pattern that self-organize into existence, using the system described in [1] as a model system. Our findings are general enough to be applicable not only to laser-induced structures in the nm scale, but also to wellknown vegetation patterns in the km -scale [2]. Keywords: Nonlinear Laser Lithography, Pattern Formation, Self-organisation.

SUMMARY Self-organising pattern formation systems are ubiquitous in nature, yet neither successful guess of which pattern will emerge out of which system nor control capability over these systems has been shown. Nonlinear system analysis has been applied to pattern forming systems. However, it turns out tracing the bifurcations with single parametre is not enough to predict the resulting pattern of the system [2]. It is necessary the nonlocal interactions with their symmetries. Here, we analyse the pattern formation dynamics in nonlinear laser lithography (NLL) system which arises due to interactions between intense laser beam and material surface [1]. The preliminary numerical simulations show a promising way to control the resulting patterns by adjusting the nonlocal interaction between individual points on the surface under the influence of intense laser beam. There are two main approaches to formulate and analyse the pattern formation systems; reaction-diffusion systems, and kernel-based systems. In the former, nonlinear interactions are local, but diffusion is nonlocal and defines the symmetries of the resulting pattern. One of the well known pattern formation systems is Swift-Hohenberg equation where the final patterns can either be hexagonal or stripe [3]. Pattern selection depends on the coefficients of competing nonlinearities. Isotropic

nonlocal couplings, such as diffusion can yield only two patterns which are hexagonal and stripe patterns in two dimensions. In the latter, the kernel- based systems, the interaction can be written as:

where F is a smooth, well-behaved nonlinear function, K is the kernel defining the nonlocal interactions in the system. In our model system, NLL, E is the electric field of the laser, and K is the scattering kernel. We will first discuss an analytic approach based on renormalisation group theory, followed by simulations of the full model, to predict the symmetries of the patterns based on those of the kernel. Finally, we will show experimental confirmation of these predictions. When incident laser beam is linearly polarised, the kernel is that of dipole radiation: The interference between incoming laser beam and scattered light can be seen in Fig. 1(a). We predict and simulations confirm that due to the D2 symmetry of the kernel, the resulting patterns are stripes (Fig. 1(b)). When the laser beam is circularly polarised, the kernel becomes isotropic (Fig. 1(c)) and the resulting surface pattern becomes hexagonal (Fig. 1(d)). Next, if the symmetry of the kernel altered to D4, i.e., a quadrupole radiation pattern (by rotating a linearly polarised beam by 90° from pulse to pulse) (Fig. 1(e)), the pattern becomes square pattern (Fig. 1(f)). Finally, we switching to a D8-symmetric pattern or octupole scattering (by rotating by 45°) (Fig. 1(g)), the resulting pattern becomes 8-fold symmetric (Fig. 1(h)). In conclusion, we have analysed the effects of the kernel symmetry on the resulting pattern of sub-wavelength, nanoscale surface structures. The essence of results is general enough to apply to diverse self-organised patterns, including much larger, kilometre-scale patterns of vegetation.

REFERENCES 1. B. Öktem et. al., “Nonlinear Laser Lithography for Indefinitely Large Area Nanostructuring with Femtosecond Pulses,” Nature Photonics 7, 897 (2013). 2. F. Borgogno et. al., “Mathematical Models of Vegetation Pattern Formation in Echohydrology,” Reviews of Geophysics, Services, and Technologies 47, (2009). 3. J. Swift, P. C. Hohenberg, “Pattern Formation Outside Equilibrium”, Reviews of Modern Physics 65, 851 (1993).

Fig. 1: Interference pattern on the surface of the material from a single defect at the centre of the simulation domain and the resulting surface pattern. (a), (c), (e), (g) are the interference

patterns for linear polarisation, circular polarisation, quadrupole scattering and octupole scattering respectively.

(b), (d), (f), (h) are the resulting surface profiles of (a), (c), (e), (g), respectively.


91

Switching Between Parallel and Perpendicular Periodic Surface Structures with Nonlinear Laser Lithography

Ö. Yavuz1, I. Pavlov2, G. Makey3, O. Tokel3,4 and F. Ö. Ilday1,3,4

1Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, 06800 Ankara, Turkey 2Department of Physics, Middle East Technical University, 06800 Ankara, Turkey

3Department of Physics, Bilkent University, 06800 Ankara, Turkey 4UNAM-National Nanotechnology Research Centre, Bilkent University, 06800 Ankara, Turkey

Abstract – Pattern formation capability on the material surfaces, especially in nanometre scale, using lasers interesting for the scientists and engineers. In literature, the laser induced periodic surface structures are categorised as “anamolous” (structure growth is parallel to the laser polarisation) and “normal” (structures growth is perpendicular to the laser polarisation) laser induced periodic surface structures (LIPSS) [1]. Recently, Nonlinear Laser Lithography (NLL) technique is introduced to cover indefinitely large area with unprecedented structure quality [2]. Here, in this work we established the analogy between reaction diffusion systems and NLL. Further, separating the surface height into two species (parallel and perpendicular ones), enables us to view the system as a well known reaction diffusion system which enables us to from structures with different orientations in controllable manner. This is the first demonstration of two different types of periodic surface structures with different mechanisms on the same surface. Keywords: Nonlinear Laser Lithography, Reaction-diffusion Systems, Laser Induced Periodic Surface Structures. SUMMARY The NLL technique exploits coherent extension of focused femtosecond laser beam on a material surface and scanning it over the surface to form surface structures with unprecedented quality [2]. When each pulse hits to the material surface, it polarises the infinitesimal area on the surface and the polarised area emits an electromagnetic wave. Resulting intensity pattern due to the interference between incoming and emitted waves starts to from surface structures ith a thresholding mechanism conditioned on the local intensity. The total intensity on the surface can be written as:

(1) where ‘h’ is is surface profile, ‘k’ is wavenumber, ‘γ ’ is peak power related constant, ‘E0’ is incident electric field and ‘Et’ is the total electric field on surface. The first and second terms on the integral is represents near-field, and far-field of the scattering from the existing surface structures on the surface, respectively. Surface structures are formed through two stepped thresholding mechanism, when the repetition rate is high, and the peak power is relatively small, the parallel structures forms on the surface due to oxidation of the at the higher intensity points. When the peak power is high and repetition rate is low, the structures are formed perpendicular to the laser polarisation due to ablation of the surface. Thus, ignoring the saturation effects, structure growth can be written

as: (2) where ‘ ’ is deviation from the flat surface, ‘rab’ is relative ablation rate, ’ proportionality constant related to the

oxidation rate and ‘ ’ is height difference generated by the nth pulse. From, Eqn. (2) it can be seen that the structures formed by ablation and oxidation propagates in y-direction and xdirection, respectively. Armed with this observation,

separating the height profile in parallel (x-oriented) and

perpendicular results in: (3) where ‘ ’ is height fo parallel structures, ‘ ’ is height of

parallel structures and . Eqn. (3) is formally equivalent to the reaction-diffusion system. From Eqn. (3) it can be seen that is suppressed by and vice versa. Depending on the value of E0, γ the orientation of the structures changes.In order to illustrate the switching mechanism of NLL, we simulated Eqn. (1) as shown in Fig. 1(a) and (b). In Fig. 1(a) the formation of structures starting from a single dot-like defect at the centre of the simulation domain, under of fs laser beam is shown. Laser fluence on the sample is 260 J/m2 for (ii) and (iii). Surface after 4000th and 10000th pulses shown in (ii) and (iii) respectively. Laser fluence is 2.7 kJ/m2 for (iv) and (v). Surface after 4th and 7th pulses shown in (iv) and (v) respectively. In Fig. 1(b) the surface is scanned over large area in order to form structures with high quality. In the simulation, while polarisation angle is kept same, the scanning speed, repetition rate and the peak power is changed. Upper part of Fig. 1(b), which forms structures to the laser polarisation, is scanned with a fluence of ~250 J/m2 and speed of 50 μm/sec. The lower part of the Fig. 1(b) is scanned with a fluence of ~4.3 kJ/m2 and speed of 250 μm/ sec. In experiments, 100 fs laser at 1030 nm wavelength is with tuneable repetition rate homemade laser is used. The experimental demonstration of the switching property is shown in Fig. 1(c). The great agreement between simulations (Fig. 1(b)) and experiments (Fig. 1(c)) can be appreciated.

Fig. 1: (a) Surface profile simulation of creation of perpendicular and parallel structures depending on the pulse fluence. (i) is the initial condition of simulation. (ii)-(iii) are 6000th and 10000th pulses respectively with pulse fluence of 260 J/m2. (iv)-(v) are 4th and 7th pulses respectively with pulse fluence of 2.7 kJ/m2. (b) Simulation illustrating parallel and perpendicular structures on the same surface. Upper part is done with 50 μm/sec with a pulse fluence of 250 J/ m2. Lower part is part is done with 250 μm/sec with a pulse fluence of 4.3 J/m2. (c) Experimental realisation of parallel and erpendicular lines on the same surface. The upper part is formed by 50 μm/sec and with fluence of 700 J/m2, and the lower part is formed by 750 μm/sec and with fluence of 1.6 kJ/m2. In conclusion, the analogy between the reaction diffusion systems and NLL is established. Further, the insight gained from reaction-diffusion systems enables us us to form both parallel and perpendicular surface structures on the same surface for the first time REFERENCES 1. J. Bonse et. al., “Femtosecond laser-induced periodic surface structures,” Journal of Laser Applications 24, 042006 (2012). 2. B. Öktem et. al., “Nonlinear Laser Lithography for Indefinitely Large Area Nanostructuring with Femtosecond Pulses,” Nature Photonics 7, 897 (2013).


92

A Fundamental Analogy Between The Doppler Shift and Laser-Induced Periodic Surface Structures

Ö. Yavuz1, G. Makey2, S. Ilday3, O. Tokel2,3 and F. Ö. Ilday1,2,3


3UNAM-National Nanotechnology Research Centre, Bilkent University, 06800 Ankara, Turkey Abstract–Self-organised laser-induced periodic surface structures have numerous applications as a low-cost surfacetexturing method. The period of the structures is determined by the laser wavelength and nominally the wavelength has to be changed to achieve tunability. Here, we show that there is a deep analogy between the Doppler shift and the lasermaterial feedback-based interaction that gives rise to these self-organised structures. We present an analytic model, numerical simulations and experiments to confirm this analogy. In addition to the fundamental importance in the emergence of the Doppler shift in analogy, for the first time, to laser-material interactions, our finding allows for easy and dynamic tuning of the period without changing the laser wavelength. Keywords: Nonlinear Laser Lithography, Doppler Effect, Material Processing. SUMMARY Barely five years after invention of the laser, the first instance of laser-induced self-organised patterns were discovered [1]. Over the past several decades, such structures have been explored in >1000 papers with many industrial applications as a method for surface texturing. Recently, we have clarified, for the first time, the role of nonlocal feedback mechanisms involving the scattering of the pulse pulses from the structures being created, in a method now known nonlinear laser lithography (NLL) [3]. NLL continues to be interesting both as a technique of industrial interest, but also a model system for self-organisation. Here, we present a fundamental analogy between the Doppler effect and the period of the NLL. In particular, the period of the structure alters its optical reflectivity (color of the same), tribological and wettability properties. In NLL, assuming that the surface profile initially consists of a point defect and the laser beam is incident at an angle of , both hexagonal and stripe patterns can be produced. The basic physics of the Doppler shift is illustrated in Fig. 1(a). In case of NLL, laser intensity profile created on the surface by a single, point-like defect sitting at the centre (x = 0, y = 0) is shown in Fig. 1(b) for a laser beam incident (tilted) at . This striking visual similarity of interactions reach beyond, and the resulting period of the nano-structures created by NLL are given by

(1)

where is polarisation angle for the laser beam and is the structure period at normal incidence, and is the period at incidence angle of . This equation is of the same form as that of the Doppler effect for moving source and standing observer with a replacement of speed of the source with

, ignoring the relativistic effects. It is also similar to the Sipe equation proposed to explain the period of the laser induced structures [2].

To verify our analytic calculations, we have performed simulations using an extended version of the theory in [3]. We assumed 50 nm thick titanium film as the target sample. Doppler equation is simulated considering Eqn. (1). As shown in Fig. 1(c) and (d), the full theory of NLL agrees excellently with results based on the Doppler shift analogy. We further verified this in experiments, using 400-fs pulses at 1 MHz repetition rate from a 1030-nm laser. The beam was scanned at 30 μm/sec to produce the structures over large areas. The period of the structures were detected with a video processing algorithm (Fig. 1(e)). Further, the comparison of the well-known, but simplistic Sipe theory, which ignores the effect of polarisation, and Doppler effect can be seen in Fig.1(f).

Fig. 1: (a) Cartoon of Doppler shift with moving source where S is position of source, ‘O’ is position of observer, ‘v’

is speed of source, and ‘ ’ is angle defined in between source and observer. (b) Simulation results of total intensity profile from single, point like structure sitting at the centre of simulation domain. (c) Expected period of the structures according to Doppler effect. (d) Structure period obtained from the simulation. (e) Realisation of Doppler effect in experiments. (f) Comparison of Sipe theory and Doppler effect with polarisation angle of 500.

In conclusion, here, we demonstrate a fundamental analogy between the Doppler effect and nonlinear laser lithography. Experiments show excellent agreement with simulations, which, in turn, agree with our analytical model. This is the first time that the Doppler effect is shown to arise in the context of laser-material processing. Practically, this allows us to dynamically fine tune the period of the structures with numerous potential industrial applications. REFERENCES 1. M. Birnbaum, “Semiconductor surface damage produced by ruby lasers,” J. Appl. Phys. 36, 3688 (1965). 2. J. E. Sipe, et al., “Laser-induced periodic surface structure. I. theory,” Phys. Rev. B. 27, 1141 (1982). 3. B. Öktem et al., “Nonlinear laser lithography for indefinitely large area nanostructuring with femtosecond pulses,” Nature Photon. 7, 897 (2013).


93

1 kW Sürekli Dalga (CW) Yb-Katkılı Tümleşik Fiber Lazer

A. Cansu Ertek1*, M. Emre Yağcı1, Erşan Tunçkol1, C. Mesut Tasalı1, Koray Eken1 1FiberLAST, A.Ş., 06800 Ankara, Türkiye

*[email protected]

Fiber lazerler 2000’li yılların başında ortaya çıkmış ve sanayiye en hızlı aktarılmış lazer teknolojisidir. Lazer teknolojileri içinde son teknolojiyi temsil eden fiber lazerler, kompakt yapısı, yüksek ışın kalitesi, hassas işleme kabiliyeti, esnek ve taşınabilir olması, yüksek verimlilik, düşük bakım maliyeti gibi önemli pratik avantajları sayesinde pazarda hızlı şekilde yer bulmuş ve diğer lazer teknolojilerinin yerini almaya başlamıştır [1-2]. Teknolojinin yeni olması sebebi ile de bu konudaki bilgi birikimi, yetişmiş eleman ve akademik çalışmalar görece olarak diğer teknolojilere kıyasla azdır. Yüksek güçlü CW fiber lazer teknolojisinin gelişmesindeki en önemli pay, yüksek güçlü uyarım diyotlarına (pump diodes), çift kaplı (double clad DC) fiberlere ve Yb-katkılı aktif fiberlere aittir. Yb elementinin aktif katkı maddesi olarak seçilmesini sağlayan birçok özellik vardır. Kısaca bu özellikler geniş emisyon aralığı, geniş emilim aralığı, düşük kuantum kusuru, yarı kararlı ömür süresinin uzun olması ve yüksek emilim değeridir. Geniş emisyon aralığı, tasarım esnekliği açısından kolaylık sağlamaktadır. Yb-katkılı fiberler lazerlerin en iyi çalıştığı emisyon aralığı 1060 nm ile 1100 nm arasındadır ki bu da bize 50 nm bir çalışma alanı vermektedir. Geniş emilim aralığı 900 nm ile 1050 nm bölgesini kapsamaktadır. Buradaki en büyük avantaj, ticari olarak kolaylıkla ulaşılabilen 9xx nm yüksek güçlü lazer diyotların Yb-katkılı fiberlerin emilim bandı ile uyumlu olmasıdır. Şu ana kadar ulaşılan en yüksek güçlü fiber lazerler bu teknik sayesinde geliştirilmiştir. Ayrıca, düşük kuantum kusuru, termal sorunları minimize ettiği için, ciddi bir avantaj sağlamaktadır. Bu özellik, termal sorunlara daha kolay çözümler üretilmesine imkân tanımaktadır. Geliştirdiğimiz sistemde yaklaşık 1350 W uyarım ışığı sağlayacak 915 nm dalgaboyunda 12 adet lazer diyot kullanılmıştır. Bu lazer diyotlar 2 adet çok-kipli birleştirici kullanılarak ve iki yönlü olarak sistemi pompalayacak şekilde bağlanmıştır. Kullanılan birleştiricilerin verimliliği yaklaşık %95 olarak hesaplanmıştır. Lazer rezonatörümüz temelde üç elemandan oluşmaktadır. Bunlar, yüksek seviyeli yansıtıcı fiber bragg grating FBG-1, düşük seviyeli yansıtıcı fiber bragg grating FBG-2 ve bu iki elemanın ortasına yerleştirilen Yb-katkılı DC fiberdir. Lazer sistemine toplam 1350 W uyarım gücü verilerek 1080 nm dalgaboyunda 0,5 nm bant genişliği olan 1 kW sinyal gücü elde edilmiştir. Sistemin uyarım-sinyal çevirim verimliliği yaklaşık %74, elektro-optik çevirim verimliliği %30 seviyesindedir. Yüksek güçlü lazerlerde lazerin performansını ve dayanıklılığını etkileyen en önemli noktalardan biri de soğutma ihtiyacının doğru şekilde karşılanmasıdır. Geliştirdiğimiz sistem su soğutmalıdır. Açığa çıkan ısı miktarı, diyotlarda optik gücün yaklaşık %30 fazlası, aktif fiberde ise yüksek güçlerde girilen pompa miktarının yaklaşık %15’i kadardır. Bu nedenle lazer paketleme çalışmaları yapılırken özellikle diyotlar, diyot sürücüleri ve aktif fiber kısmında açığa çıkan ısı göz önünde bulundurularak hesaplama yapmak ve ana soğutucu blok tasarımını ona göre belirlemek gerekmiştir. Bu çalışmada, kendi geliştirmiş olduğumuz sürekli dalga (CW) fiber lazer sisteminden 1 kW sinyal gücü elde edilmiştir. Lazer sistemi ile yapılan uzun süreli denemeler sonucunda kararlılık ve güvenirlilik testleri başarı ile sonuçlanmıştır. Ayrıca bu çalışmada kazanılan bilgi ve tecrübeler daha yüksek güçlü fiber lazer rezonatör geliştirmek için ciddi katkılar sağlamıştır. Bu çalışmalara devam edilmekle birlikte 1 kW lazer rezonatörler sinyal birleştirici yardımıyla birleştirilerek 2 ve 3 kW lazer çıkışı hızlıca elde edilebilecektir. Bu çeşit lazerlerin endüstriyel, bilimsel ve savunma sanayisi uygulamaları gibi geniş alanlarda kullanımı olması, yapılan bu çalışma ile elde edilen sonuçların önemini daha da ortaya koymaktadır. Anahtar kelimeler: yüksek güçlü lazerler, fiber lazer, CW yüksek güçlü lazerler. Kaynakça [1 D. J. Richardson, J. Nilsson, and W. A. Clarkson, Opt. Soc. Am. Vol. 27, No. 11 (2010). [2] Jay W. Dawson, Michael J. Messerly, Raymond J. Beach, et al., Opt. Exp. Vol. 16, No. 17 (2010).


94

Laser-Written Low-Loss Depressed Cladding Waveguides Deep İnside Bulk Silicon

A. Turnalı1*, M. Han1, O. Tokel2,3

1Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, Ankara 2Department of Physics, Bilkent University, Ankara

3UNAM- National Nanotechnology Research Center, Bilkent University, Ankara *email: [email protected]

Laser-written buried waveguides have been demonstrated in different materials such as glass and polymers. Although, such devices are necessary in silicon (Si) photonics for electronic-photonic integration, until recently there were no demonstration of these devices. All Si-based devices, along with other optical elements, are entirely fabricated on the top surface of Si wafers. Recently, we reported a direct-laser-writing method that exploits nonlinear interactions and can generate subsurface modifications inside silicon without damaging the surface [1]. Using this method, we fabricated several functional optical elements including gratings, lenses, and holograms [1]. In this work, we demonstrate for the first time, functional type-II optical waveguides entirely buried in Si, written with nanosecond pulses. In order to fabricate the in-chip waveguides, we used a home-made master oscillator power amplifier (MOPA) system that operates at 1.55 μm and produces 5-ns pulses at 150 kHz repetition rate [1]. We used longitudinal writing scheme for fabrication. By measuring the phase difference between modified and unmodified regions, we determined the refractive index of the laser-induced region as 3 x 10-4. Infrared transmission microscope analysis revealed that the sign of the refractive index change is negative. Therefore, we designed the waveguides with tubular geometry, where cladding is the modified region. We fabricated 3-mm long waveguides with 30-μm inner diameter. During the characterization of waveguides, we used a pulsed laser operating at 1.3 μm as a light source [2]. We coupled the light with a NA = 0.15 aspheric lens into waveguide to keep the coupling loss minimum. We observed an intensity increase in the waveguide output, compared to the control experiment, which confirmed the wave guiding through laser written structures. We calculated the refractive index of the waveguide cladding using the output beam from the waveguide, as 1.5 x 10-4, which is good agreement with the measurements from microscopic analysis. We also characterized the propagation loss of the waveguides with two different methods, using (i) the scattered light, and (ii) the output power. We calculated the loss coefficient from these methods as 2.1 dB/cm and 1.5 dB/cm, respectively. In summary, we have used nonlinear laser lithography[1] to write a tubular waveguide buried inside Si without damaging the chip surface, and successfully confirmed waveguiding in the bulk of the wafer. The waveguide can be positioned at any desired position inside the wafer, or in an array configuration with significant potential for Si-photonics and optical interconnects. Keywords: Laser-material interaction, Silicon, Subsurface, Laser Processing References: [1] O. Tokel, A. Turnalı, G. Makey, P. Elahi, T. Colakoglu, E. Ergecen, O. Yavuz, R. Hubner, M. Zolfaghari Borra, I. Pavlov, A. Bek, R. Turan, D. K. Kesim, S. Tozburun, S. Ilday, F. Ö. Ilday, “In-chip microstructures and photonic devices fabricated by nonlinear laser lithography deep inside silicon,” Nature Photonics, 11, 639-645 (2017). [2] P. Elahi, G. Makey, A. Turnalı, O. Tokel, F. Ö. Ilday, “1.06 μm- 1.35 μm coherent pulse generation by a synchronously-pumped phospho-silicate raman fiber laser”, CLEO/EQEC (OSA, 2017), CJ_2_1


95

Subsurface Processing of GaAs by Nanosecond Pulses

A. Turnalı1*, P. Deminsky2, S. Ilday3, F. Ömer Ilday1,2,3, O. Tokel2,3 1Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, Ankara

2Department of Physics, Bilkent University, Ankara 3UNAM- National Nanotechnology Research Center, Bilkent University, Ankara

*email: [email protected]

Optical properties of gallium arsenide (GaAs) such as wide transparency window, high electron mobility provides advantages over silicon (Si) in different fields such as photovoltaic, optoelectronics and other mid-infrared photonic applications. However, all these devices are fabricated on the surface, similar to the case in Si, due to limitations in laser processing of semiconductors. In our previous work with silicon, we demonstrated 3D fabrication in the bulk of wafer without damaging its surface, achieving ~1-μm resolution [1]. Here, using a similar approach based on various nonlinear laser interactions, we demonstrate the first laser-induced subsurface modifications formed deep inside GaAs wafers. To the best of our knowledge, such formations buried in GaAs are the first “in-chip” modification of this material.

Fig. 1: IR-transmission microscope and SEM images of the subsurface modifications.

Infrared transmission microscopy and scanning electron microscopy analysis of the laser-induced modifications showed that refractive index of the interaction area is higher than the unmodified region and reaching down to 300 nm feature sizes. The morphology of the nanogratings suggest a self-organized formation mechanism (Fig. 1). The formation dynamics is presumably similar in nature to the formation of nanogratings observed in various materials [2]. These modifications can potentially be used for fabricating 2D photonic crystals with sub-micron spacing and for second harmonic generation in GaAs. They also can be exploited for micro-device fabrication, such as lenses and holograms, buried in GaAs. Keywords: Laser-material interaction, gallium arsenide, nanograting, subsurface. References: [1] O. Tokel, A. Turnalı, G. Makey, P. Elahi, T. Colakoglu, E. Ergecen, O. Yavuz, R. Hubner, M. Zolfaghari Borra, I. Pavlov, A. Bek, R. Turan, D. K. Kesim, S. Tozburun, S. Ilday, F. Ö. Ilday, “In-chip microstructures and photonic devices fabricated by nonlinear laser lithography deep inside silicon,” Nature Photon. 11, 639-645 (2017). [2] Y. Shimotsuma, P. Kazansky, J. Qiu, K. Hirao, “Self-organized nanogratings in glass irradiated by ultrashort light pulses,” Phys. Rev. Lett. 91, 247405 (2003).


96

Karbon Nanotüp Doyabilen Soğurucular Kullanılarak Cr:LiSAF Lazerinden 55 Femtosaniye Darbe Üretilmesi

G. Tanısalı (1), F. Canbaz(1), Ü. Demirbaş(2), F. Rotermund(3), A. Sennaroğlu(1,4)

1. Lazer Araştırma Laboratuvarı, Fizik ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği, Koç Üniversitesi, İstanbul 34450, Türkiye

2. Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Uluslararası Antalya Üniversitesi, Antalya 07190, Türkiye.

3. Department of Physics, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) 4. Koç Üniversitesi Yüzey Araştırmaları Merkezi (KUYTAM), Koç Üniversitesi, İstanbul 34450,

Türkiye

Karbon nanotüp geniş geçirgenlik aralığı sayesinde hem farklı çıkış dalgaboylarına sahip lazerlerde kullanılabilmekte [1-3] hem de kip-kilitleme (mode-locking) için kullanıldığında spekturum genişlemesine izin vermektedir. Buna ek olarak düşük sönüm süresine (recovery time) [4] sahip olması da oldukça kısa darbelerin üretilebilmesini sağlamaktadır [5]. Yarı iletken doyabilen soğurucu aynaların (SESAM) üretiminin zorluğuna karşın karbon nanotüplerin üretiminin kolay ve ucuz olması da karbon nanotüplerin bir diğer avantajıdır. 7 mm uzunluğunda %1.5 mol katkılı Cr:LiSAF kazanç ortamını uyarmak için 660 nanometrede çalışan tek kipli diyot lazer kullanılmıştır.Lazer sürekli-dalga rejimindeyken X-rezonatör yapısında çalışmaktadır. Karbon nanotüp ise yüksek yansıtıcı kolun içerisine 3.75 cm odak uzunluklu iki içbükey aynanın ortasına Brewster açısında yerleştirilmiştir. Lazerin çıkış aynası % 0.5 geçirgenliğe sahiptir ve kip-kilitleme bu aynanın optik yol üzerinde ileri geri hareket ettirilmesi sonucu elde edilmektedir. 100 mW pompa gücüyle 6.4 mW çıkış gücü ve 55 fs darbeler üretilmiştir. Darbelerin zaman-bant genişliği çarpımları 0.39’dur ve bu değer de darbelerin dönüşüm sınırında (transform limited) olduğunu göstermektedir. Bu çalışmada elde edilen darbe uzunluğu değeri Cr:LiSAF ve karbon nanotüp kullanılarak elde edilen darbe süreleri arasında en kısa olanıdır. Anahtar kelimeler: katı-hal lazerleri, femtosaniye lazerler, grafen doyabilen soğurucular, kip-kilitleme

Kaynakça 1. Li, C., et al., Single-walled carbon nanotube saturable absorber for a diode-pumped passively mode-locked Nd,Y:SrF2 laser.

Optics Communications, 2016. 372: p. 76-79. 2. Baek, I.H., et al., Single-walled carbon nanotube saturable absorber assisted high-power mode-locking of a Ti:sapphire laser.

Optics Express, 2011. 19(8): p. 7833-7838. 3. Chen, Y.P., et al., Mode-locked thulium-doped fiber laser based on 0.3 nm diameter single-walled carbon nanotubes at 1.95 mu

m. Chinese Optics Letters, 2017. 15(4). 4. Baylam, I., et al., Energy scaling of a multipass-cavity mode-locked femtosecond bulk laser with a carbon nanotube saturable

absorber. Solid State Lasers Xxii: Technology and Devices, 2013. 8599. 5. Cafiso, S.D.D., et al., Sub-50 fs mode-locking of a Cr:YAG laser using an SWCNT-SA. Laser Physics Letters, 2013. 10(8).


97

Kullan At Optik Sensör ile Tam Kan Kuagülasyon Ölçümü

Yusuf Samet Yaras,a Ali Bars Gunduz,a Gokhan Saglam,a Selim Olcer,a Fehmi Civitci,b Ibrahim Baris,c Goksen Goksenin Yaralioglu,d and Hakan Ureya,

a Koc University, College of Engineering, Department of Electrical and Electronics Engineering, Istanbul, Turkey

b Istanbul Technical University, Department of Electronics and Communication Engineering, Faculty of Electrical and Electronics Engineering, Istanbul, Turkey

c Koc University, College of Sciences, Department of Molecular Biology and Genetics, Istanbul, Turkey

d Ozyegin University, Faculty of Engineering, Department of Electrical and Electronics Engineering, Istanbul,

İletişim : [email protected] Özet Kliniklerde kan pıhtılaşma süresi ölçümleri, mekanik ölçümler kullanılarak gerçekleştirilir. Bunlar kan plazması ile yapılabilmektedir. Bu tür ölçümler küçük bir hacim kullanarak bir çip ve tam kan kullanarak yapmak zordur. Mevcut sistemler, optik veya elektrokimyasal kullanan dolaylı ölçüm prensiplerini kullanır. Biz küçük bir tam kan hacmi ile doğrudan mekanik ölçümler kullanarak bir kullan at sistemi geliştirdik. Buluşda numune hazırlama gerektirmeden, ölçüm, iki fiberin bulunduğu bir mikroakışkan kanalda gerçekleştirilir. Bu iki fiberin aralarında küçük bir boşluk ile kartuşa yerleştirilir. İlk fiber, mekanik rezonansının yakınında çalışır. Mikroakışkan kanal, kanın aradaki boşluğu engellememesi için yenilikçi bir şekilde tasarlanmıştır. Titreşimli fiber ve alıcı fiber, yüksek sinyal-gürültü oranlı optik çıkışa neden olur. Kontrol plazma Test sonuçları, plazma üreticisinin veriler ile çok yüksek doğrulukta eşleşti. Aktive-parsiyel-tromboplastin zamanı testleri insan tam kan örnekleri ile başarılı bir şekilde uygulandı ve yöntemin etkili olduğu kanıtlandı. Kartuş tasarımının basitliği ve kolayca temin edilebilen malzemelerin düşük maliyeti, taşınabilir ucuz ve güvenilir bir sistem tasarlamamızı sağladı. Sonuçları paylaşmak bizim için bir mutluluk olacaktır. Anahtar kelimeler: fiber optik sensör, kan kuagülasyon, PT, aPTT Kaynakça 1. W. Korte et al., “Preoperative fibrin monomer measurement allows risk stratification for high intraoperative blood loss in elective surgery,” Thromb. Haemostasis 94(1), 211–215 (2005). 2. V. L. Ng, “Liver disease, coagulation testing, and hemostasis,” Clin. Lab. Med. 29(2), 265–282 (2009). 3. S.-W. Lin et al., “Dengue virus nonstructural protein NS1 binds to prothrombin/ thrombin and inhibits prothrombin activation,” J. Infect. 64(3), 325–334 (2012). 4. S. Lison and M. Spannagl, “Monitoring of direct anticoagulants,” Wien. Med. Wochenschr. 161(3–4), 58–62 (2011). 5. J. W. Ojito et al., “Comparison of point-of-care activated clotting time systems utilized in a single pediatric institution,” J. Extra Corpor. Technol. 44(1), 15–20 (2012). 6. C. M. Jackson and M. P. Esnouf, “Has the time arrived to replace the quick prothrombin time test for monitoring oral anticoagulant therapy?” Clin. Chem. 51(3), 483–485 (2005). 7. L. F. Harris, V. Castro-López, and A. J. Killard, “Coagulation monitoring devices: past, present, and future at the point of care,” TrAC Trends Anal. Chem. 50, 85–95 (2013). 8. M. T. Ganter and C. K. Hofer, “Coagulation monitoring: current techniques and clinical use of viscoelastic point-of-care coagulation devices,” Anesth. Analg. 106(5), 1366–1375 (2008).


98

MOCVD Yöntemi ile UV-Algılayıcı GaN-PIN Epitaksiyel Yapısının Geliştirilmesi

Ömer Ahmet KAYAL1,5, Sertaç URAL1,Ahmet TOPRAK1, Mustafa ÖZTÜRK1, Bayram

BÜTÜN 1-2-4Sema Bilge OCAK1,5, Ekmel ÖZBAY1,2,3,4 1AB Mikro Nano - Aselsan Bilkent Mikro Nano Teknolojileri San. ve Tic. A.Ş. Bilkent University,

06800 Ankara, Turkey 2Nanotechnology Research Center, Bilkent University, 06800 Ankara, Turkey


5Department of Advanced Technologies, Gazi University, 06500 Ankara, Turkey [email protected]

Özet III-V Grubu elementlerinin oluşturduğu yarıiletken malzemelerden biri olan Galyum Nitrat (GaN), 90’lı yıllardan bu yana Işık Saçan Diyot (LED) teknolojisinde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. GaN’ın direkt ve 3.4 eV’lik geniş yasaklı bant aralığına sahip olması sebebi ile opto-elektronik ve fotonik uygulamalarda yerini almıştır (1). GaN wurtzite Kristal yapısına sahip olması nedeni ile oldukça sert bir yarıiletken olup, sıcaklığa da oldukça dayanıklıdır (2). Yüksek termal iletkenliğe sahip olması ve radyasyona karşı direnci yüksek olması sebebi ile uzay uygulamalarına oldukça uygun bir yarı iletken malzeme çözümü olarak görülmektedir (3-4). Bu çalışma kapsamında; Metal Organik Buhar Biriktirme (MOCVD/MOVPE) yöntemi ile Safir (Al2O3) Alttaş üzerine GaN-PIN Epitaksiyel yapı geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda GaN-PIN epitaksiyel yapısındaki p-tipi eklemin spesifik kontak direncinin düşürülmesi için P-tipi eklemin son ~5 nm’lik kısmında P+ katkılama kullanılmıştır. Büyütülen yarı iletken üzerinde fabrikasyon yöntemleri kullanılarak aygıt üretimi yapılmıştır. Üretimi gerçekleştirilen aygıtlar’ın Transmission Line Measurement (TLM) desenleri üzerinden I-V ölçümleri alınmıştır. Son ~5nm’si P+ tipi katkılamanın yapıldığı aygıtlarda, sabit P-tipi katkılama oranı ile büyütülen örneklere kıyasla yaklaşık dokuz kat daha düşük Kontak direnç (Rc) değerleri elde edilmiştir. Standart P-Tipi kullanılan örnekler ile P+ Tipi eklem kullanılan örneklerin I-V ölçümleri karanlık akım ve UV ışık altında ölçülerek karşılaştırılmıştır. Anahtar kelimeler: MOCVD, MOVPE, GaN, PIN-Sensör, UV, Fabrikasyon Kaynakça

1. Di Carlo, A. (2001). "Tuning Optical Properties of GaN-Based Nanostructures by Charge Screening". Physica status solidi (a). 183: 81–85. Bibcode:2001PSSAR.183...81D. doi:10.1002/1521-396X(200101)183:1<81::AID-PSSA81>3.0.CO;2-N.

2. Nipko, J.C., C.-K. Loong, C.M. Balkas, R.F. Davis, Phonon density of states of bulk gallium nitride, Appl. Phys. Lett. 73(1) (1998), 34-36.

3. Sichel, E.K., Pankove J.I., Phys. Chem. Solids 38, Thermal conductivity of GaN. 25-360 K. J. Phys. Chem. Solids 38, 3 (1977), 330.

4. Ding, S.A., S.R. Barman, K. Horn, H. Yang, B.B. Yang, O. Brandt, K. Ploog, Valence band discontinuity at a cubic GaN/GaAs heterojunction measured by synchrotron-radiation photoemission spectroscopy, Appl. Phys. Lett. 70(18) (1997), 2407-2409.


99

Sub-100 fs Pulse Generation From A Passively Mode-Locked Multipass-Cavity Alexandrite Laser

C. Cihan,1 A. Muti,1 I. Baylam,2 A. Kocabas,3 C. Kocabas,4 U. Demirbas,5 and A.

Sennaroglu11,2* 1Laser Research Laboratory, Departments of Physics and Electrical-Electronics Engineering, Koç

University, Istanbul 34450, Turkey 2Koç University Surface Science and Technology Center (KUYTAM), Rumelifeneri, Istanbul 34450, Turkey

3Department of Physics, Koç University, Istanbul 34450, Turkey 4Department of Physics, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey Laser Technology Laboratory,

5Department of Electrical and Electronics Engineering, Antalya Bilim University, 07190 Dosemealti, Antalya, Turkey

* Corresponding author: [email protected] Key words: Ultrafast solid state lasers, Kerr-lens mode locking, graphene mode locking

Recently, ultrashort pulse generation from Alexandrite lasers has attracted a great interest since it can be used as a possible source for multiphoton microscopy applications [1]. Previously, Ghanbari et al. reported mode-locked operation of Alexandrite lasers operating near 750 nm. They were able to generate 170- and 380-fs pulses from Kerr-lens [2] and quantum dot [3] mode-locked Alexandrite lasers respectively. In this study we describe the Kerr-lens mode locked and graphene mode locked operations of a femtosecond, multipass cavity Alexandrite laser which produced sub-100 femtosecond pulses near 750 nm [4, 5]. Both resonators consisted of a Brewster-cut 10-mm-long Alexanderite crystal (pump absorption = 93% at 532 nm) which was pumped with a 532-nm continuous-wave (cw) laser. As was previously discussed in our recent studies [4, 5], we introduced a multipass-cavity (MPC) extension to the short resonator to increase the energy per pulse and to eliminate the Q-switching instabilities. In the Kerr-lens mode-locking experiments, the pump source provided a maximum input power of 1W. For this pumping configuration, we have obtained a power efficiency of 1.7% with the extended resonator operating with a 0.25% output coupler (OC) [4]. In the case of the graphene mode-locked MPC Alexandrite laser, the pump source was replaced with a 5-W, 532-nm cw laser. Furthermore, we introduced two additional curved high reflectors (C1 and C2, R=75 mm) to the MPC Alexandrite resonator to create an estimated waist of 25 µm on the graphene saturable absorber (GSA). The measured power efficiency of the composite resonator which included the GSA, came to be 0.7% for the 0.25% OC. The roundtrip passive losses introduced by the MPC and the GSA were further estimated to be 3.1% and 4.8% based on lasing threshold measurements. We first demonstrated the Kerr-lens mode-locked operation of the MPC Alexandrite laser. We were able to obtain 70-fs pulses with a repetition rate of 5.6 MHz near 750 nm [4]. At the pump power of 1W, the measured output power of the mode-locked resonator was 4 mW with a corresponding pulse energy (peak power) of 0.7 nJ (10 kW). The GSA mode-locked MPC Alexandrite resonator also produced nearly transform-limited pulses with a duration of 65 fs. With a pump power of 5W, during the mode-locked operation of the laser, the average output power was measured to be 8 mW corresponding to a pulse energy and a peak power of 1.4 nJ and 22 kW respectively. In conclusion, we reported the shortest pulses that were obtained from an Alexandrite laser operating near 750 nm. By increasing the optical path length of the resonator, we eliminated the Q-switching instabilities and obtained 70-fs pulses from the Kerr-lens mode-locked Alexandrite laser. We further demonstrated a graphene mode-locked Alexandrite laser for the first time to the best of our knowledge. The graphene mode-locked resonator also produced nearly transform-limited pulses with a duration of 65 fs. For both the Kerr-lens mode-locked and the graphene mode-locked Alexandrite lasers, the estimated intracavity group delay dispersion became positive for the wavelengths shorter than 740 nm. We expect that with better optimized mirrors that can produce negative dispersion beyond 740 nm, it should be possible to generate even shorter fs pulses with the Alexandrite laser.

References 1. S. Sakadžić, U. Demirbas, T. R. Mempel, A. Moore, S. Ruvinskaya, D. A. Boas, A. Sennaroglu, F. X. Kartner, and J. G. Fujimoto,

"Multi-photon microscopy with a low-cost and highly efficient Cr:LiCAF laser," Opt. Express 16, 20848-20863 (2008). 2. S. Ghanbari, R. Akbari, and A. Major, "Femtosecond Kerr-lens mode-locked Alexandrite laser," Opt. Express 24, 14836-14840 (2016). 3. S. Ghanbari, K. A. Fedorova, A. B. Krysa, E. U. Rafailov, and A. Major, "Femtosecond Alexandrite laser passively mode-locked by an

InP/InGaP quantum-dot saturable absorber," Opt. Lett. 43, 232-234 (2018). 4. C. Cihan, A. Muti, I. Baylam, A. Kocabas, U. Demirbas, and A. Sennaroglu, "70 femtosecond Kerr-lens mode-locked multipass-cavity

Alexandrite laser," Opt. Lett. 43, 1315-1318 (2018). 5. C. Cihan, C. Kocabas, U. Demirbas, and A. Sennaroglu, "Graphene mode-locked femtosecond Alexandrite laser," Opt. Lett. 43, 3969-

3972 (2018).


100

Application of Biocompatible Type II Quantum Dots to LEDs

Onuralp Karatüm, Houman Bahmani Jalali, Sadra Sadeghi, Sedat Nizamoğlu Koç University

[email protected]

Özet Quantum dots (QDs) are great candidate for applications in light emitting diodes because of their ability to provide saturate emission colour, easily tunable wavelengths and low cost solution processability. 1-3 The serious drawback of the present QD-LED technology is that it is heavily dependent on cadmium-based quantum dots which are toxic, and thus, their usage in industry is severely limited which hinders the commercialization of QD-LED technology. 4

While type I quantum dots are the most used ones for LED applications mainly because of their high quantum yield, type II quantum dots also look promising because of lower reabsorption losses and extended absorptions with tunable emission wavelengths. 5 We demonstrate the first time application of indium based, biocompatible, type II InP/ZnO quantum dots to LEDs. We compared the performances of LEDs with InP core, InP/2ZnO, InP/4ZnO quantum dots and found out that InP/2ZnO works the best because of higher quantum yield, and comparable reabsorption loss with InP/4ZnO. Our devices emit saturated and pure orange colour with up to 600 cd/m2 luminance, 1 cd/A current efficency and 0.45% external quantum efficiency, which are promising numbers for the first time demonstration of type II indium-based QD-LEDs. Anahtar kelimeler: quantum dots, type II, light-emitting diodes, biocompatible 1 G. Qian, Y. Lin, G. Wantz, A. R. Davis, K. R. Carter and J. J. Watkins, Adv. Funct. Mater., 2014, 24, 4484. 2 S. Coe, W.-K. Woo, M. Bawendi and V. Bulovic´, Nature, 2002, 420, 800. 3 J. S. Steckel, P. Snee, S. Coe-Sullivan, J. P. Zimmer, J. E. Halpert, P. Anikeeva, L.-A. Kim, V. Bulovic and M. G. Bawendi, Angew. Chem., Int. Ed., 2006, 45, 5796. 4 Yasuhiro Shirasaki, Geoffrey J. Supran, Moungi G. Bawendi and Vladimir Bulović, Nature Photon. 328 (2012). 5 Sadra Sadeghi, Houman Bahmani Jalali, Rustamzhon Melikov, Baskaran Ganesh Kumar, Mohammad Mohammadi Aria, Cleva W. Ow-Yang, and Sedat Nizamoglu ACS Applied Materials & Interfaces 2018 10 (15), 12975-12982 DOI: 10.1021/acsami.7b19144


101

Süperparamanyetik Demir Oksit Nanoparçacıkların Fototermal Özelliklerinin 730-840 nm Aralığında İncelenmesi

A. Muti(1), K. Bilici(2), F. Demir Duman(3), A. Sennaroğlu(1,4), H. Yağcı Acar(2,3,4*)

1. Lazer Araştırma Laboratuvarı, Fizik ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği, Koç Üniversitesi, İstanbul 34450, Türkiye

2. Koc University, Graduate School of Materials Science and Engineering, Rumelifeneri Yolu, Sariyer 34450, Türkiye

3. Koc University, Departments of Chemistry, Rumelifeneri Yolu, Sariyer 34450, Turkey 4. Koç Üniversitesi Yüzey Teknolojileri Araştırma Merkezi (KUYTAM), Rumelifeneri, İstanbul

34450, Türkiye *[email protected]

Kanser tedavisinde sıklıkla ve genelde birlikte kullanılan kemoterapi ve radyoterapinin, yan etkilerinin fazla olması ve sağlıklı hücrelere de zarar vermesi, hedeflemeli ilaç nakli [1], fotodinamik [2] ve fototermal [3] terapi gibi alternatif yöntemlere olan ilgiyi artımıştır. Fototermal terapi, yakın kızılötesi dalgaboylarına duyarlı nanoparçacıkların, bu dalgaboylarında lazere maruz bırakıldıklarına yerel bir sıcaklık artışı oluşturması ile hedeflenen dokuların öldürülmesi olarak özetlenebilir. Klinik uygulamalarda henüz geniş kullanım alanı bulamamış olsa da grafen [4], karbon nanotüp [5] ve metal nanoparçacıklar [6], fototermal terapi uygulamalarında kullanılmıştır. Süperparamanyetik demir oksit nanoparçacıkların (SPION) daha önceden bilinen manyetik hipertermi özelliklerinin yanısıra bir fototermal etkilerinin de gözlemlenmesiyle, bu parçacıklar fototermal terapi ile ilgili çalışmalarda incelenmeye başlanmıştır. Literatürde, SPIONların fototermal etkilerinin tekrar edilebilirliği [7], parçacık şekline ve büyüklüğüne bağlı fototermal terapi verimliliğinin değişimi [8] ve manyetik hipertermi özelliği ile bileşik etkisini inceleyen makaleler mevcuttur [9]. Bu çalışmada poliakrilik asit kaplanmış SPIONların fototermal verimlilikleri 728-838 nm aralığında lazer spektroskopi yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Parçacıkları içeren sulu çözeltiler, dalgaboyu ayarlanabilen bir titanyum safir lazerinin önüne koyulmuş ve çözeltilerin sıcaklık artışları bir termal çift yardımıyla ölçülmüştür. Bu dalgaboyu aralığında kaydadeğer bir verimlilik farkı gözlenmemiştir. Ayrıca bu parçacıkların doyabilen soğurma özelliği () gösterip göstermedikleri de 785 nm de çalışan bir diyot lazeri kullanılarak incelenmiştir. Bu deneylerde ışık yoğunluğuna olan bağımlılık iki tür deneyle anlaşılmaya çalışılmıştır. Birinci tür deneylerde örneklere gönderilen hüzmenin büyüklüğü sabitken güç değiştirilmiştir, ikinci tür deneylerde ise güç sabitken hüzme boyutu değiştirilmiş ve sıcaklık artışları yine bir termal çift kullanılarak ölçülmüştür. Bu deneyler sonucunda sıcaklık artışının hüzme genişliğinden bağımsız olduğu ve örneğin üzerine düşen güçle doğru orantılı arttığı gözlemlenmiştir. Son olarak parçacıklar HeLa hücrelerine yüklenmiş ve 795 nm dalgaboyunda çalışan fibere çiftlenmiş bir diyot dizisi lazeriyle aydınlatılmıştır. Kontrol hücrelerinde hiç ölüm görülmeyen lazer gücü ve parçacık konsantrasyonlarında hücre yaşama oranı %20 civarına kadar düşürülmüştür[10]. Anahtar kelimeler: Fototermal terapi, SPION. Kaynakça 1. Chertok, B., A.E. David, and V.C. Yang, Polyethyleneimine-modified iron oxide nanoparticles for brain tumor drug delivery using

magnetic targeting and intra-carotid administration. Biomaterials, 2010. 31(24): p. 6317-6324. 2. Wang, X., et al., Near-infrared light triggered photodynamic therapy in combination with gene therapy using upconversion

nanoparticles for effective cancer cell killing. Nanoscale, 2014. 6(15): p. 9198-9205. 3. Jaque, D., et al., Nanoparticles for photothermal therapies. Nanoscale, 2014. 6(16): p. 9494-9530. 4. Yang, K., et al., Graphene in Mice: Ultrahigh In Vivo Tumor Uptake and Efficient Photothermal Therapy. Nano Letters, 2010.

10(9): p. 3318-3323. 5. Liu, X.W., et al., Optimization of surface chemistry on single-walled carbon nanotubes for in vivo photothermal ablation of

tumors. Biomaterials, 2011. 32(1): p. 144-151. 6. Yavuz, M.S., et al., Gold nanocages covered by smart polymers for controlled release with near-infrared light. Nature Materials,

2009. 8(12): p. 935-939. 7. Zhou, Z.G., et al., Iron/iron oxide core/shell nanoparticles for magnetic targeting MRI and near-infrared photothermal therapy.

Biomaterials, 2014. 35(26): p. 7470-7478. 8. Chu, M.Q., et al., Near-infrared laser light mediated cancer therapy by photothermal effect of Fe3O4 magnetic nanoparticles.

Biomaterials, 2013. 34(16): p. 4078-4088. 9. Espinosa, A., et al., Duality of Iron Oxide Nanoparticles in Cancer Therapy: Amplification of Heating Efficiency by Magnetic

Hyperthermia and Photothermal Bimodal Treatment. Acs Nano, 2016. 10(2): p. 2436-2446. 10.Bilici, K., et al., Investigation of the factors affecting the photothermal therapy potential of small iron oxide nanoparticles over the 730–840 nm spectral region. Photochemical & Photobiological Sciences, 2018.


102

Computation of Raman Enhancement Factor of Isolated Plasmonic Nanostructures

İbrahim Murat Öztürk1,2,*, Nasim Seyedpour2,3, Özge Demirtaş2,3 and Alpan Bek1,2,3

1 Department of Physics, Middle East Technical Univ., 06800 Ankara –Turkey 2 The Center for Solar Energy Research and Applications (GÜNAM), Middle East Technical Univ.,

06800 Ankara – Turkey 3 Micro and Nanotechnology Graduate Program, Middle East Technical Univ., 06800 Ankara –

Turkey *[email protected]

Abstract Surface-enhanced Raman scattering (SERS) is a phenomenon that significantly enhances the Raman scattering cross-sections of molecules in the vicinity of metallic nanostructures. SERS has been shown to detect molecules at extraordinarily low concentrations, even single molecules [1]. Although it is known that there are more than one mechanisms, dominant one resulting such enhancements lies extremely high field amplitudes near the nanostructures [2,3]. In this work by solving Maxwell equations for 3D nanostructure geometries, electric field amplitudes in the vicinity of plasmonic nanostructures have been computed for different complex nano geometries. Geometrical features affecting the field amplitude have been examined. Several structures have been fabricated using a state of the art nano-fabrication method called Hole Mask Colloidal Lithography (HMCL) to compare and verify numerical results [4,5]. A representative calculation made for Ag dimers has been shown in figure 1.

Figure 1. Electric field amplitudes calculated for dimer containing 50nm diameter Ag spheres. Left: gap 5nm, right:

gap 20 nm

We kindly acknowledge support from TÜBİTAK grant nr. 115F167. Keywords: SERS, Plasmonic Nanoparticles, Nano particle Simulations References [2] Kneipp K, Kneipp H, Itzkan I, Dasari R, Feld M. Chem. Rev. 1999;99:2957. [PubMed] [3] Kneipp J, Kneipp H, Kneipp K. Chem. Soc. Rev. 2008;37:1052. [PubMed] [4] Fredriksson H., Alaverdyan Y., Dimitriev A., Langhammer C. (2007) “Hole Mask Colloidal Lithography” Advanced Materials, 19, 4297-4302 [5] Zhao J., Frank B., Neubrech F., Zhang C., Braun P. V., Giessen H. (2014) “Hole-mask colloidal nanolithography combined with tilted-angle-rotation evaporation: A versatile method for fabrication of low-cost and large-area complex plasmonic nanostructures and metamaterials” Beilstein Journal of Nanotechnology, 5, 577–586


103

Sadece Bizmut Kullanılarak Litografisiz Ultra Geniş Bantlı Soğurucu Elde Edilmesi

Soydan, Mahmut Can. Özbay, Ekmel.

NANOTAM – Nanoteknoloji Araştırma Merkezi UNAM – Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi

Bilkent Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü [email protected]

Özet Bu çalışmada sadece Bizmut (Bi) metali ve termal buharlaştırma tekniği kullanılarak deneysel olarak 300 nm – 1750 nm aralığında %80’in üstünde soğurma özelliğine sahip bir yapı elde edildi. Sadece iki aşamalı bir üretim sürecine sahip olan yapımızı ilk olarak termal buharlaştırma yöntemiyle standart bir kalın düzlemsel kaplama yaparak, ardından örneği düşey ile 2-3 derecelik bir açı yapacak şekilde yerleştirerek gölgelendirme etkisini kullanarak imal ediyoruz. Böylece rastgele yönlenmiş düzlemsel bir Bi tabakasının üzerine sıralanmış Bi nano çubuklardan oluşan, üretimi kolay ve performansı yüksek bir yapı elde edildi. Kaplama süresine bağlı olarak oluşan nano çubukların boyutlarındaki değişime ve sonuçlar üzerindeki etkisine açıklama getirildi. Bunların yanında, “Lumerical FDTD Solution” simülasyon programı kullanılarak parametrelere bağlı olarak sonuçların nasıl değiştiği ortaya konularak parametrelerin sonuçlar üzerindeki belirleyiciliği ve bu sonucun alınmasındaki fiziksel sebeplere açıklık getirildi. Anahtar kelimeler: geniş bantlı, soğurucu, rastgele büyütülmüş, litografisiz L. Zhou, Y. Tan, D. Ji, B. Zhu, P. Zhang, J. Xu, Q. Gan, Z. Yu and J. Zhu, "Self-assembly of highly efficient, broadband plasmonic absorbers for solar steam generation", Science Advances, vol. 2, no. 4, pp. e1501227-e1501227, 2016. A. Ghobadi, S. Dereshgi, H. Hajian, G. Birant, B. Butun, A. Bek and E. Ozbay, "97 percent light absorption in an ultrabroadband frequency range utilizing an ultrathin metal layer: randomly oriented, densely packed dielectric nanowires as an excellent light trapping scaffold", Nanoscale, vol. 9, no. 43, pp. 16652-16660, 2017.


104

Metasurfaces for Enhanced Light Transmission and Directional Beaming

Zeinab Eftekhari, Neval Cinel, Ekmel Özbay

Bilkent University, NANOTAM [email protected]

Summary Plasmonics as a major field of photonics exploit the coupling of light and free electrons in metallic nanostructures and modify light localization and light-matter interactions. Plasmonic metasurfaces are comprised of metallic nanostructure arrays on dielectric substrate. Their optical responses are controlled by plasmon resonances which can lead to enhanced transmission and beaming of light. The plasmon resonance is dependent on the shape and size of nanostructure and the direction of emission will be governed by subwavelength plasmonic structures. Plasmonic nanorods and trapezoidal arrays have been studied numerically using FDTD simulation[1]. In these structures, a nanoslit is surrounded by phase gradient structures. The former structure consists of nanorods with different sizes and the latter is trapezoidal structure. These patterns behave as resonators and beaming structures due to confinement of light into a very small area. Therefore, the Purcell factor increases and enhanced emission and beaming will be achieved. For the future work, we aim to study integrated plasmonic metasurfaces with quantum emitters (QEs) to enhance radiation emission. Also, we will investigate light bending functionality of aforementioned structures for novel designations and materials. Keywords: Metasurface, Beaming, off-axis, enhanced transmission References: [1] Yugang Liu, et. al. “Multiple directional beaming effect of metallic subwavelength slit surrounded by periodically corrugated grooves”, Vol. 16, No. 7, OPTICS EXPRESS, 2008 [2] Semih Cakmakyapan, et. al., “One-way transmission through the subwavelength slit in nonsymmetric metallic gratings”, Vol. 35, No. 15, OPTICS LETTERS, 2010


105

Thin Film Magnetooptical Spatial Light Modulators with Full Modulation Capability

S. Kharratian, H. Urey, M. C. Onbaşlı Koç University, Sarıyer 34450, Istanbul

[email protected]

Abstract Spatial light modulator (SLM) is an optical device, which uses an array of pixels to control the amplitude and phase of light as a function of position. Magnetooptical spatial light modulators (MOSLMs) utilize the rotation of polarization of light caused by magneto-optical (MO) Faraday and Kerr effects, along with magnetization switching of MO materials to control the pixels [1-3]. MOSLMs hold promise for emerging device applications because these nonvolatile devices enable ultrafast modulation and steering of optical beams due to the intrinsic high speed of magnetization reversal process, which can be tuned from nanoseconds [4-6] down to a few tens of femtosecond time scales [7]. Moreover, MOSLM is a robust solid-state device without mechanically moving parts and also functions as a memory element due to the remanent magnetization and nonzero coercivity [8,9]. However, the major challenge with MOSLMs is inherent weakness of MO effects. Generally, Kerr rotation has values less than one degree and Faraday rotation (FR) is maximum in the order of a few degrees per micron thickness while for a full modulation, 90º of rotation is required. Thus, in order to realize practical miniaturized and integrated devices, significant enhancement of FR in thin MO films but retaining the optical loss in an acceptable level is essential. Using 2D finite-difference time-domain simulations, in this study we propose and demonstrate a magnetophotonic crystal (MPC) structure with three MO defects which makes it possible to achieve 55º of FR with 3 dB of loss in an overall thickness around 1.5 microns. This rotation angle becomes double by magnetization reversal and enables a high figure-of-merit device with efficient modulation capability. The experimental demonstration of our proposed MPC-MOSLM can enable novel memory or logic devices, bistable photonic projectors, holographic displays, indoor visible light communication devices, photonic beamforming for 5G telecommunications and beyond. Key words: Magneto-optics, Spatial light modulators, Faraday effect, Magnetophotonic crystals References [1] Yu, F. T. S. & Yang, X. Introduction to Optical Engineering. (Cambridge University Press, 1997). [2] Iwasaki, K., Kawai, H., Suzuki, Y., Umezawa, H. & Inoue, M. Fabrication and properties of spatial light modulator with magneto-optical Faraday effect. Proc. SPIE 6311, 1–8 (2006). [3] Park, J., Inoue, M., Cho, J., Nishimura, K. & Uchida, H. An optical micro-magnetic device: magnetic-spatial light modulator. Journal of Magnetics 8, 50–59 (2003). [4] Cho, J. et al. Design, fabrication, switching, and optical characteristics of new magneto-optic spatial light modulator. J. Appl. Phys. 76, 1910–1919 (1994). [5] Takagi, H. et al. Magneto-Optic Spatial Light Modulators with Magnetophotonic Crystals Driven by PZT Films. J. Magn. Soc. Japan 33, 525–527 (2009). [6] Khartsev, S. I. & Grishin, A. M. High performance [Bi3Fe5O12/Sm3Ga5O12]m magneto-optical photonic crystals. J. Appl. Phys. 101, 1–6 (2007). [7] Johansson, J. O. et al. Directly probing spin dynamics in a molecular magnet with femtosecond time-resolution. Chem. Sci. 7, 7061–7067 (2016). [8] Park, J., Cho, K., Nishimura, K., Uchida, H. & Inoue, M. Flat-surface magneto-optic spatial light modulator by using thermal infrared ray annealing. Proc. SPIE 5174, 218–226 (2003). [9] Park, J. H. et al. Magnetooptic spatial light modulator array fabricated by IR annealing. Jpn. J. Appl. Phys. 42, 2332–2334 (2003).


106

Gözle Görülmeyen Kızılötesinde Algılanabilen Görüntüler

G. Bakan, S. Ayas, M. Serhatlioglu, C. Elbuken, A. Dana Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Atılım Üniversitesi, Ankara

UNAM Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü, Bikent Üniversitesi, Ankara [email protected]

Özet Kızılötesi dalgaboylarında spesifik bantlarda yayılım yapan yüzey tasarımı termal güneş pilleri, pasif yayılım ile soğutma ve kızılötesi algılama gibi yaygın uygulamaları için önemlidir. Kızılötesi yayılımı bandını kontrol etmek eskilerde doğru malzemleri kullanmak yoluyla elde edilirken, zamanla gelişen nano-fabrikasyon yöntemleri ile gelişen ışık-madde etkileşimi doğal olarak bulunmayan optik özelliklerin elde edilmesini sağlayabilmektedir. Bu çalışma girişim yüzeyleri üzerine kaplanmış çok ince filmlerin gösterdiği güçlü kızılötesi yayılım özelliğinin bir optik güvenlik uygulaması olarak kullanılmasını tanıtmaktadır. Çalışmayı mümkün kılan malzemenin özelliği görünür dalga boylarında kayıpsız, kızılötesi dalga boylarında ise kayıplı olmasıdır. Bu filmler ile oluşturulan görüntüler gözle ya da kameralar ile algılanamazken, yüzeyin belli bir sıcaklığa getirilmesi durumunda termal kamera ile gözlemlenebilmektedir. Filmleri girişim yüzeyleri üzerine kaplanmasının sebebi normalde 150 °C üzerine ısıtılması gereken filmlerin 30 °C yüzey sıcaklığında termal kameralara görünür kılmaktır. Düşük yüzey sıcaklığı ise yüzeylerin deri üzerine koyarak ıstılabilmesi ve görüntülebilmesini sağlamaktadır. Çalışma kızılötesi yayıcı yüzeylerin güvenlik uygulamaları için kullanılabilmesi gereksinimlerini ve bu gereksinimlerin nasıl yerine getirilebileceğini tartışmaktadır.1 Şekil 1 yüzeylerin şematik bir görüntüsünü ve örnek bir yüzeyin görünür ve kızılötesi fotoğraflarını göstermektedir.

Şekil 1. Yüzeyin şematik görüntü üzerinde çalışma prensibi ve örnek bir yüzeyin fotoğrafı ve termal kamera görüntüsü.

Örnek yüzey bir kol üzerinde deri sıcaklığı ile ısıtılmıştır. Anahtar kelimeler: Kızılötesi yayılım, Salisbury, Girişim yüzeyleri, Optik güvenlik Kaynakça 1. G. Bakan, S. Ayas, M. Serhatlioglu, C. Elbuken, A. Dana, Adv. Opt. Mater. 2018, 1800613.


107

Full-Color Interactive Holographic Head-Mounted Display

Seyedmahdi Kazempourradi, Koray Kavakli, Erdem Ulusoy, Hakan Urey Koç University, Electrical and Electronics Engineering Department, Optical Microsystems

Laboratory [email protected]

Abstract The recent evolution of augmented reality (AR) and three-dimensional (3D) display technologies has enabled the creation of novel AR applications. Most of available head-mounted displays suffer from visual discomforts associated with stereoscopic 3D displays including headaches, eye strain and motion sickness. Computational holographic displays are the only available solution which can provide all the natural depth cues such as vergence and accommodation match, continuous depth and natural blurring of 3D virtual contents. We developed a holographic near-eye display and achieved full-color and high-quality holograms with high resolution and true per-pixel focal control in the fovea. In holographic displays, the blurring and image size of the reconstructed holograms are compatible with the real objects in the scene. Texture gradients and shades are two additional depth cues that can be addressed by our proposed system. We choose Unity 3D platform for rendering scenes. Using Unity 3D, we are able to adjust the virtual camera to create a computer-generated 3D scene with real-world sizes. Moreover, using computer graphics techniques we can access the depth map of the scene. We compute high-quality computer-generated holograms (CGHs) using the data from Unity. Schematic top view of a user wearing the holographic near-eye display is shown in Fig. 1. The CGH on the SLM converts the diverging wave from the point light source directly to the true light wave (with correct ray angles) from virtual objects. That wave goes through the eye pupil along with the light from real objects and forms a retinal image. Eye is focused on the nearby objects. The experimental results show that using Unity 3D and utilizing computer-graphics techniques is a promising and practical solution for creating high quality CGHs. The proposed system benefits from these high-quality CGHs and becomes a great candidate for the next generation of augmented and virtual reality near-to-eye displays.

Figure 2 Schematic of the proposed system.

Keywords: holographic display, near-to-eye display, 3D display, natural depth cues Acknowledgment: The research leading to these results has received funding from the European Research Council under the European Union's Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) / ERC grant agreement no 340200.


108

Bilgisayara Bağlı CMOS Kameranın Belirli Dalga Boyu Işığı Takip Etmesi

Alaattin Tamer Cengiz

Gazi Üniversitesi Yönetim Bilişim Sistemleri Yüksek Lisans Mezun 2017 [email protected]

Optik konumlandırma CMOS kameraların kızılötesi ışığı algılama ve hareketini takip edebilme özellikleri vardır. Bilgisayar kaynaklı projeksiyon ve büyük ekran TV yansılarında bilgisayara bağlı CMOS kameranın yansı alanını görmesi ve IR-A sınıfı(700-1400nm) bandında oluşturulan dalga boyu LED light emiting diote’u takip edebilmesi mümkündür dolayısıyla yansı alanı üzerindeki fare imleci LED ışık ile kontrol edilebilir. Bu prensip içerisinde karşılaşılan Problemler; Doğrudan alınan güneş ışığının %47’si kızılötesi,%46’sı görünür ışık ve %7 ‘si morötesi ışıktır. IR-A sınıfı içerisinde imleç hareketini takip etmek için kullanılan belirli dalga boyu ışık ile ortam içerisinde bulunan aynı dalga boyuna sahip kızıl ötesi ışık çakışabilmekte ve fare imlecini kullanılamaz hale getirmektedir. Amacımız Tekniğin bilinen bu kısmına ait problemin çözümünü içermektedir. Anahtar Kelime: CMOS kamera, Parazit ışık, IR-A


109

Ge Optik Pencerenin Sıcaklık Bağımlı KÖ Geçirgenliği

Yunus ÇAT1,2 ve Süleyman ÖZÇELİK1,3 1Gazi Üniversitesi, Fotonik Uygulama ve Araştırma Merkezi, 06500 Ankara, Türkiye

1,2Aselsan Hassas Optik A.Ş., 58000 Sivas, Türkiye 3Gazi Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, 06500 Ankara, Türkiye

[email protected]; [email protected]

Özet Kızılötesi spektrumun orta (3-8 µm) ve uzun (8-15 µm) dalga boyu bölgesinde Ge tek-kristali yüksek optik geçirgenliğe sahiptir. Bu nedenle kızılötesi görüntüleme sistemlerinde mercek veya optik pencere olarak kullanılmaktadır. Ge doğal yarıiletken olduğundan dolayı, sıcaklık yükseldikçe optik kayıp artacaktır ve bundan dolayı ses hızı altı uygulamalar için optik pencere veya mercek olarak kullanımı incelenmelidir [1]. Çalışmamızda, Ge’un sıcaklığa bağlı optik geçirgenliğinin belirlenmesi hedeflendi. Sıcaklığa bağlı ölçümleri alabilmemiz için Ge yarıiletkeni üzerine kızılötesi şeffaf ısıtıcı kaplaması yapıldı. Isıtıcı materyali olarak Au seçildi ve seçilen geometrimize ait ısıtıcının optik geçirgenliğinin %82 civarında olduğu belirlendi. İlk olarak ısıtıcı üzerine gerilim uygulandı ve zamana bağlı sıcaklık değişimi kalibre edildi. Belirlenen sıcaklık değerleri için kızılötesi optik geçirgenlik ölçümleri, Fourier dönüştürücü kızılötesi (FTIR) spektrometre cihazı kullanılarak yapıldı. Sıcaklık bağımlı optik geçirgenlik sonuçlarına göre yüksek dalga boylarında (düşük enerjide) daha hızlı optik kayıp olduğu görüldü. Yüksek sıcaklıklarda (≈200 °C) ise optik geçirgenliğin hemen hemen sıfıra indiği gözlendi. Anahtar kelimeler: Ge optik pencere, şeffaf ısıtıcılar, sıcaklık, optik geçirgenlik Teşekkür: Bu çalışma; 2016K121220 nolu proje ile Kalkınma Bakanlığı tarafından desteklenmektedir. Kaynakça

1- Sullivan, R. M. (2009, April). A historical view of germanium as an infrared window material. In Window and Dome Technologies and Materials XI (Vol. 7302, p. 73020L). International Society for Optics and Photonics.


110

Industrial Tunable Diode Lasers, Market Place. The Know How Of Design Technology, Applications And Challenges

Dr. Hesham Enshasy Assistant Professor

Electrical Engineering Dept. College of Engineering King Faisal University East Province – KSA [email protected]

Consultant. ALMIRA LAZER MAKINALARI SAN. TIC.LTD.STI.

Bedrettin Dalan Bulvari, no: 23/11 IOSB mahallesi 34490 Basaksehir, Istanbul [email protected]

Abstract: Laser Diode market showed significant growth in the past three years due to high demand from electronic manufactures and materials processing companies [1]. The main winners on the technology side were fiber lasers, light sensing-ranging (lidar) lasers, and vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs). An estimate increase of 11% market place this year for diode lasers alone compared with last year market. Last year laser market was at 12.43 B$US with 44% for diode lasers alone and the rest are none diode lasers [2]. Tuneable InP/ GaAs based multiple quantum well (AMQW) laser is a key driver [3] and a ground base for this technology and market. In this presentation, I will talk about the laser diode market place for the last five years and the future forecast for this technology. The laser design technology and the knowledge of fabrication techniques will be explained. The applications and challenges of improving laser diode design, fabrication and quality production will be discussed. A commercially available partial differential equation solver, FlexPDE, was used to solve the main equations of electron current, and thermal heat distribution [4] of these devices while a custom design C++ based code was used to solve the optical wave equation to design the optical active area. Simulation results and experimental date will be shown in the presentation [4-6]. References: 1. G. Overton, A. Nogee, D. Belforte, and C. Holton, “Where have all the lasers gone?” Laser Focus World, 53, 1, 32–52 (Jan. 2017); https://goo.gl/cafgPi. 2. K. Kincade, A. Nogee, G. Overton, D. Belford, and C. Holton, “Annual Laser Market Review & Forecast: Lasers enabling lasers” Laser Focus World, 53, 1, 32–52 (Jan. 2018); https://www.laserfocusworld.com/articles/print/volume-54/issue-01/features/annual-laser-market-review-forecast-lasers-enabling-lasers.html 3. Hesham M. Enshasy, “Performance Improvement of Broadly tunable InGaAsP/InP asymmetric multiple quantum well laser diodes: Doping effect study”, SPIE, San Diego 2016. 4. Hesham M. Enshasy, “Improve the light power of InP based 100nm tunable AMQW lasers using forced electrical confinement method”, Proc. of SPIE, Vol. (9586), p. 0F1-0F11. , 2015. 5. Hesham M. Enshasy and Daniel T. Cassidy, “The effect of InP based wide-tunable AMQW laser length on power profile”, Proc. of SPIE, Vol. (9134 91341M), p. 1-11, 2014. 6. Hesham M. Enshasy and Daniel T. Cassidy, “Effect of doping profile on the output power of broadly tuneable InGaAsP/InP asymmetric multiple quantum well lasers: finite element method simulations and experimental results”, IET Optoelectron., Vol. (6), issue 1, p.57–65, Feb. 2012.


111

The Key to Robust and Precious Metal-Free Dye-Sensitized Photoelectrochemical Water Oxidation: A Cyanide-based

Chromophore-Catalyst Assembly

TURKAN GAMZE ULUSOY GHOBADI1,2,3, AMIR GHOBADI4,5, MUHAMMED BUYUKTEMIZ6, YAVUZ DEDE6*, EKMEL OZBAY1,4,5,7*, FERDI KARADAS1,8* 1UNAM–National Nanotechnology Research Center, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey 2Institute of Materials Science and Nanotechnology, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey

3Department of Energy Engineering, Faculty of Engineering, Ankara University, Ankara 06830, Turkey 4NANOTAM- Nanotechnology Research Center, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey

5Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey 6Department of Chemistry, Faculty of Science, Gazi University, Teknikokullar, 06500 Ankara, Turkey.

7Department of Physics, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey. 8Department of Chemistry, Bilkent University, Ankara 06800, Turkey

*corresponding author, E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]

Abstract Artificial photosynthesis, which harnesses sunlight to split water, is a chemical transformation of utmost interest.[1] Several innovative photoelectrochemical cells for water splitting have been proposed since the pioneering work by Fujishima and Honda.[2,3] The concept of dye-sensitized photoelectrosynthesis cells (DS-PECs) has recently been proposed as an alternative water splitting cell. The DS-PEC architecture involves an oxide semiconductor sensitized by an organic/inorganic chromophore and a water oxidation catalyst (WOC) either connected to the chromophore (a dyad assembly) or directly to the semiconductor.[4–6]. As listed in several recent reviews on DS-PECs, promising studies have been performed to form the foundations of the concept and to extend the boundaries of the field with different molecular units and hybrid systems.[7–9] Chronologically, earlier studies focused on molecular dyads involving a ruthenium chromophore and a ruthenium water oxidation electrocatalyst. Several studies have demonstrated that organic chromophores such as bodipy and porphyrine derivatives can also be coupled with Ruthenium based WOCs to construct DS-PECs, which paves the way for the construction of earth-abundant dyad systems.[10-13] Different perspectives of cobalt based Prussian blue analogues (PBAs) as WOCs have recently been explored by us and other researchers.[14-16] PBAs consist of earth-abundant elements, perform at relatively low overpotentials (<500 mV for a current density of 1 mA cm−2), exhibit exceptional stabilities in a wide pH range (from 1 to 13), and can operate even with molecular chromophores for light-driven catalysis.[17] Achieving high stability for both the catalyst and the chromophore under DS-PEC operating conditions, and extending the light absorption to visible and near IR region (note that ruthenium chromophore absorb generally at 430-470 nm range) still remain as key challenges. Our recent research efforts have recently been devoted to develop dye-sensitized photoanodes involving cynide-based assemblies. Herein this study, we used pentacyanoferrate building block not only as donor system for the construction of a new donor-acceptor chromophore but also as a cyanide precursor to produce a heterogeneous cobalt-iron Prussian blue electrocatalyst film. Thus, we promote the efforts in the development of dye-sensitized photoanodes by demonstrating for the first time the use of a pentacyanoiron(II)-based chromophore to develop an earth-abundant photoanode for water oxidation. Anahtar kelimeler: water oxidation • Prussian blue • Janus Green • water splitting • dye-sensitized References [1] D. G. Nocera, Acc. Chem. Res. 2012, 45, 767–776. [2] A. Fujishima, K. Honda, Nature 1972, 238, 37–38. [3] M. G. Walter, E. L. Warren, J. R. McKone, S. W. Boettcher, Q. Mi, E. A. Santori, N. S. Lewis, Chem. Rev. 2010, 110, 6446–6473. [4] Z. Yu, F. Li, L. Sun, Energy Environ. Sci. 2015, 8, 760–775. [5] D. L. Ashford, M. K. Gish, A. K. Vannucci, M. K. Brennaman, J. L. Templeton, J. M. Papanikolas, T. J. Meyer, Chem. Rev. 2015, 115, 13006–

13049. [6] S. Berardi, S. Drouet, L. Francàs, C. Gimbert-Suriñach, M. Guttentag, C. Richmond, T. Stoll, A. Llobet, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 7501–7519. [7] M. Yamamoto, J. Föhlinger, J. Petersson, L. Hammarström, H. Imahori, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2017, 56, 3329–3333. [8] L. Favereau, A. Makhal, Y. Pellegrin, E. Blart, J. Petersson, E. Göransson, L. Hammarström, F. Odobel, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3752–3760. [9] T. Schlotthauer, R. Schroot, S. Glover, L. Hammarström, M. Jäger, U. S. Schubert, Phys. Chem. Chem. Phys. 2017, 19, 28572–28578. [10] M. K. Brennaman, R. J. Dillon, L. Alibabaei, M. K. Gish, C. J. Dares, D. L. Ashford, R. L. House, G. J. Meyer, J. M. Papanikolas, T. J. Meyer, J.

Am. Chem. Soc. 2016, 138, 13085–13102. [11] F. Li, K. Fan, B. Xu, E. Gabrielsson, Q. Daniel, L. Li, L. Sun, J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 9153–9159. [12] F. Li, K. Fan, L. Wang, Q. Daniel, L. Duan, L. Sun, ACS Catal. 2015, 5, 3786–3790. [13] L. Li, L. Duan, Y. Xu, M. Gorlov, A. Hagfeldt, L. Sun, Chem. Commun. 2010, 46, 7307–7309. [14] L. Han, P. Tang, A. Reyes-Carmona, B. Rodriguez-Garcia, M. Torrens, J. R. Morante, J. Arbiol, J. R. Galán-Mascarós, J. Am. Chem. Soc. 2016,

138, 16037–16045. [15] S. Pintado, S. Goberna-Ferrón, E. C. Escudero-Adán, J. R. Galán-Mascarós, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13270–13273. [16] Y. Yamada, K. Oyama, R. Gates, S. Fukuzumi, Angew. Chemie - Int. Ed. 2015, 54, 5613–5617. [17] S. Goberna-Ferrón, W. Y. Hernández, B. Rodríguez-García, J. R. Galán-Mascarós, ACS Catal. 2014, 4, 1637–1641.


112

Tuning the Metal Filling Fraction in Metal-Insulator-Metal Ultra-Broadband Perfect Absorbers to Maximize the Absorption

Bandwidth

Amir Ghobadi, Hodjat Hajian, Bayram Butun, and Ekmel Ozbay

Electrical and Electronics Engineering Department, Bilkent University, 06800 Ankara, Turkey

Abstract – Light manipulation in sub wavelength geometries is an attribute that nano photonics offers. Propagation and guiding, beaming, and confinement of the light are the most studied concepts in this area. Design of an ideal “black body” absorber with absorption of unity is one of the ultimate goals in the field of sub wavelength light confinement. Up to now, several methods and architectures are exploited to obtain high performance black absorber. One of the most commonly used approaches is to utilize metal-insulator (MI) multilayer stack. It was theoretically demonstrated that the use of periodic MI pairs can provide impedance matching in a broad frequency range [1]. In this paper [2], we propose a methodology to maximize the absorption bandwidth of a metal-insulator-metal (MIM) based absorber. The proposed structure is made of a Cr-Al2O3-Cr multilayer design. At the initial step, the optimum MIM planar design is fabricated and optically characterized. The results show absorption above 0.9 from 400 nm to 850 nm. Afterward, the transfer matrix method is used to find the optimal condition for the perfect light absorption in an ultra-broadband frequency range. This modeling approach predicts that changing the filling fraction of the top Cr layer can extend light absorption toward longer wavelengths. We experimentally proved that the use of proper top Cr thickness and annealing temperature leads to a nearly perfect light absorption from 400 nm to 1150 nm, which is much broader than that of a planar design. Therefore, while keeping the overall process lithography-free, the absorption functionality of the design can be significantly improved. The results presented here can serve as a beacon for future performance-enhanced multilayer designs where a simple fabrication step can boost the overall device response without changing its overall thickness and fabrication simplicity.

Fig. 1. (a) The measured absorption spectra of dewetted samples at different annealing temperatures and (b) The corresponding SEM images showing their surface morphology (the scale bars are all 2 µm). The angular absorption

responses for p- and s-polarized incident lights for dewetted samples at different temperatures of (c) 800°C, (d) 850°C, and (e) 900°C.

REFERENCES

[1] N. Mattiucci, M. J. Bloemer, N. Aközbek, and G. D’Aguanno, “Impedance matched thin metamaterials make metals absorbing.,” Sci. Rep., vol. 3, p. 3203, 2013.

[2] A. Ghobadi, H. Hajian, A. R. Rashed, B. Butun, and E. Ozbay, “Tuning the metal filling fraction in absorbers to maximize the absorption bandwidth,” Photonics Reseach, vol. 6, no. 3, pp. 1–9, 2018.


113

NaF Ara Katmanlarına Sahip Cu2ZnSnS4 Soğurucu Filmlerin Yapısal, Morfolojik, Optik ve Elektriksel Özelliklerinin İncelenmesi

N. Akçay and S. Özçelik

Gazi Üniversitesi, Fotonik Uygulama ve Araştırma Merkezi, 06500, Ankara Gazi Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, 06500, Teknikokullar, Ankara

[email protected]; [email protected]

Özet Cu2ZnSnS4 (CZTS) zehirli olmayan ve yeryüzünde bol bulunan malzemeleri içermesinin yanında, uygun bant aralığı ( 1,5 eV) ve yüksek optik soğurma katsayısına (>104 cm-1) sahip olması nedeniyle ince film güneş hücreleri için en uygun soğurucu katman malzemelerinden biri olarak düşünülmektedir. Bu çalışmada, üzeri 10 nm NaF filmi ile kaplanmış, Mo kaplı SLG altlık üzerine CZTS soğurucu filmlerinin oluşturulması öncü filmin biriktirilmesi ve sülfürizasyon süreci olmak üzere iki aşamada gerçekleştirildi. CZTS öncü filmler RF magnetron püskürtme tekniği ile Cu, Sn ve ZnS hedef malzemeleri kullanılarak sırasıyla, 100 W, 50 W ve 40 W RF güçlerinde, 20 mTorr Ar çalışma gazı basıncı altında ve oda sıcaklığında biriktirildi. Yapı içerisine düzgün Na dağılımı hedefi ile öncü filmlerin biriktirilmesi: 1) 10 nm NaF filmi kaplanmış Mo kaplı SLG altlık üzerine elementel/bileşik katmanlarının sıralı yığını olarak 2) 10 nm NaF filmi kaplanmış Mo kaplı SLG altlık üzerine, elementel/bileşik katmanlarının sıralı katmanları arasında 1 nm NaF ara katmanları biriktirilerek iki farklı şekilde gerçekleştirdi. NaF filminin öncü filmin elementel/bileşik katmanları arasına ardışık yerleştirilmesi ile oluşturulan soğurucu filmlerin, NaF katmanın sadece Mo-kaplı SLG üzerine kaplandığı numunelere göre daha homojen Na dağılım gösterdiği görüldü. Öncü film içerisine NaF katmanlarının farklı şekillerde oluşturulmasına bağlı olarak soğurucu filmlerin yapısal, morfolojik, optik ve elektriksel özelliklerinin nasıl değiştiği incelendi. Profilometre ölçümü ile öncü filmlerin 1072 nm ve 1490 nm kalınlıklara sahip olduğu belirlendi. Büyütülen öncü filmler, ikinci aşama olarak iki bölgeli difüzyon fırınında, 550°C’de 10 dk sülfürizasyon işlemine tabi tutuldu. CZTS soğurucu filmlerin, X-ışınımı kırınımı (XRD) ve Raman Spektroskopi, Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (EDS), İkincil İyon Kütle Spektroskopsi (SIMS), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), UV-Vis Spektroskopi analizleri ve Hall Effect ölçümleri yapıldı. XRD spektrumunda kesterit fazda kristallenen CZTS’ye ait (112) yönelimindeki ana pik, 2θ=28° civarında gözlemlendi. SIMS derinlik analizi sonuçlarından CZTS filmi içerisinde, Cu, Zn, Sn ve S elementlerinin derinliğe bağlı olarak homojen dağılım sergilediği görüldü. UV-Vis spektroskopi ölçümlerinden elde edilen veriler doğrultusunda hesaplanan. CZTS filmlerin soğurma katsayılarının görünür bölgede 104 cm-1 mertebesinde ve bant aralıklarının 1,4 eV olduğu belirlendi. Filmlerin SEM kesitsel fotoğraflarından, oldukça iyi kristallendiği belirlendi. Anahtar kelimeler: Cu2ZnSnS4 (CZTS), ince film, Güneş hücresi, kesterit, NaF Teşekkür: Bu çalışma 2016K120221 nolu proje ile Kalkınma Bakanlığı ve 115F280 nolu proje ile TÜBİTAK tarafından desteklenmiştir.


114

Investigation of A-CVD Growth MWCNTS on Sapphire Substrate

G. Gahramanova1, Y. Cat2, U.C. Baskose2, B. Comert2, R. Jabbarov1 and S. Ozcelik2,3

1Institute of Physics, ANAS Ave. 131 H. Javid, Baku, Azerbaijan 2Photonics Application and Research Center, Gazi University Ankara-Turkey

3Physics Department, Science Faculty of Gazi University Ankara-Turkey [email protected]; [email protected]

Abstract Carbon nanotube (CNT) is made of a hexagonal lattice of carbon atoms and is classified into three types: single-walled carbon nanotube (SWCNT), doublewalled carbon nanotube (DWCNT) and multiwalled carbon nanotube (MWCNT). The characteristics of CNT like having good chemical, mechanical, electrical and thermal properties made CNT to be widely used in many applications such as electronic devices optical devices, sensors and so on [1]. In this study, we produce MWCNTs directly on sapphire substrate by conventional aerosol-assisted chemical vapor deposition (A-CVD) technique, which uses cyclohexane as carbon source. For the sensors applications, chemical treatment is necessary to get hydrophilic group on the surface of CNT to reduce low dispensability of CNTs surface which known hydrophobic problem. This method allows CNT to disperse in solution and loose the agglomeration of nanotubes [2]. On the effect of catalyst (Fe and Ni) on MWCNTs growing which is deposited on sapphire substrate and on the effect of acid treatment on MWCNT were discussed in this work. MWCNTs were treated mixture of nitric acid (HNO3) and sulphuric acid (H2SO4). The characteristics of MWCNTs were investigated by using SEM, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. Key Words: MWCNT, acid treatment, sapphire, A-CVD Acknowledgements: This work were supported with Scholarship Number of 18AZ003931 by Republic of Turkey Prime Ministry Presidency For Turks Abroad and Related Communities and 2016K121220 by Ministry of Development (TR) and also by Science Development Foundation under the President of the Republic of Azerbaijan-Grant № EİF/GAM-4-BGM-GİN-2017-3(29)-19/02/1. References: 1. P. Malik, A. Chaudhary, R. Mehra and K. K. Raina: “Electro-optic, thermo-optic and dielectric responses of multiwalled carbon

nanotube doped ferroelectric liquid crystal thin films”, J. Mol. Liquids, 2012, 165,7 –11. 2. Y.-C. Chiang, W.-H. Lin and Y.-C. Chang: ‘The influence of treatment duration on multi-walled carbon nanotubes functionalized

by H2SO4/HNO3 oxidation’, Appl. Surf. Sci., 2011, 257, 2401–2410.


115

Gümüş Nanotel Folyoların Yüzeyde Güçlendirilmiş Raman Saçılması

Ö. Demirtaş1,2, O. Akdemir1,2, İ. M. Öztürk2,4, Ş. Coşkun3, H. E. Ünalan1,2,3, A. Bek1,2,4

1 Mikro ve Nanoteknoloji Programı, ODTÜ, Ankara 06800, Türkiye 2 Güneş Enerjisi Araştırma ve Uygulamaları Merkezi (GÜNAM), ODTÜ Ankara 06800,

Türkiye 3 Metalurji ve Malzeme Mühendisliği, ODTÜ, Ankara 06800, Türkiye 4 Fizik Bölümü, ODTÜ, Ankara 06800, Türkiye

[email protected]

Yüzeyde güçlendirilmiş Raman spektroskopisi (YGRS) tekniği [1], Raman saçılması’nda kesit alanının çok küçük olması ve sinyal gözlenmesi zor olduğu için eser miktarda molekülün tespit edilme zorluğunu ortadan kaldırır. Plazmonik nanoyapıların yakın alanındaki analitler, uygun koşullarda güçlü elektromanyetik (EM) rezonanslardan yararlanır [2]. EM güçlendirme mekanizmasının bu benzersiz özelliğinin yanı sıra, lighting rod etkisi ve nanoyapı kuplaj etkisi de algılama hassasiyetini artırır. YGRS etkisinin doğru bir şekilde yorumlanmasından sonra, çeşitli araştırmalar yapılmış olmasına rağmen, kimyasal güçlendirme mekanizması tamamen açık değildir. Bu çalışmada, Al2O3'i esnek gümüş nanotel (AgNW) folyolar üzerine kontrollü bir şekilde ALD yöntemiyle kaplayarak kimyasal güçlendirme mekanizmasını inceledik. YGRS aktivitesini araştırmak için, crystal violet molekülleri bu plazmonik nanoyapıların üzerine tutturulduktan sonra, AgNW folyolar için Al2O3 kalınlığına bağlı olarak çok yönlü istatistiksel veriler elde ettik. Anahtar kelimeler: yüzeyde güçlendirilmiş Raman spektroskopisi, polyol sentezi, gümüş nanotel Kaynakça 1. K. A. Willets, R. P. van Duyne, “Localized Surface Plasmon Resonance Spectroscopy and Sensing”, Annual Review of Physical Chemistry 58, 267(2007). 2. E. L. Ru, P. Etchegoin, “Principles of Surface Enhanced Raman Spectroscopy”, Elsevier, Oxford- UK (2009).


116

Laser İşleme Yöntemiyle Yarı İletken Malzemelerin Yüzeyinde ve Yüzeyin Altında Mikrometre Ölçeğinde Yapıların Oluşturulması

Fırat İdikut1,3,*, Yıldız Doğa Menteşe1,3, Mona Zolfaghari Borra2,3, Alpan Bek1,2,3

1 Fizik Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800 Ankara –Türkiye 2 Mikro ve Nanoteknoloji Lisansüstü Programı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800 Ankara –

Türkiye 3 Güneş Enerjisi Araştırma Merkezi (GÜNAM), Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800 Ankara –

Türkiye *[email protected]

Özet Bu çalışmanın amacı daha önceki çalışmalarımızda keşfettiğimiz çığır açıcı yenilikteki özelleşmiş bir yarıiletken işleme tekniğinin 10-15 µm büyüklüğünde olan malzeme işleme piksel boyutlarının 1 µm ve altına indirilmesidir[1]. Bu işleme tekniği sırasında elde edilen piksellerin çözünürlüğü kullanılan optik elemanların oluşturduğu spotun boyutuna ve mekanik elemanların hareket hassasiyetleriyle doğrudan orantılıdır[2]. Işık yarıiletken pul içine yüksek bir açıyla odaklanarak gönderilse bile(NA>0.5) hava-yarıiletken sınırındaki kırılmadan ötürü yarıiletken içinde odak uzunluğu oldukça büyümekte ve işlenen yarıiletken pulun kalınlığı ideal olarak 1 mm civarında olmaktadır. Arka yüzeyden gelen yansıma sonucu hemen yüzey altında elde edilen işlenmiş bölge piksellerinin boyutlarının 10 µm ve üzerinde kalmasının bir nedeni nümerik açıklığın küçülmesidir. Daha yüksek numerik açıklıklı lensler kullanılması çalışma mesafesinin kısalmasından ötürü mümkün olmamaktadır. Yöntem olarak bu çalışmada karşılaşılan sınırlanmaları ortadan kaldırmak üzere 1) geri yansımanın oluştuğu arka yüzeye üzerinde 1 µm ve altına desen bulunan yansıma engelleyici tabaka yerleştirilmesiyle yansımanın yerel olarak ortadan kaldırılarak piksel boyutlarının küçültülmesini [3], 2) atım enerjisinin azaltılıp arka yüzeye kuvvetli ışık saçıcı özellikte plazmonik metal nanoyapılar yerleştirerek geri yansımanın yerel olarak artırılması sayesinde piksel boyutlarının küçültülmesini hedefliyoruz [4]. Doğrudan lazerle yarıiletken yüzey altının 1 µm altında işlenebilmesi çalışması gerçekleştirildiğinde, doğrusal olmayan ışık-madde etkileşiminin geri besleme mekanizmaları ve sınırları test edilebilecek, üretilebilecek yapıların boyutları nanoteknolojik uygulamaların alanına girebilecek, gömülü fotonik yapılar ile aynı pul üzerinde ışığa duyarlı dedektörler tümleştirilerek optik eleman sayısı azaltılabilecek, savunma ve sağlık gibi alanlarda kendine yer edinebilecek bir teknolojik kazanım elde edilecektir. Desteklerinden dolayı TÜBİTAK - 115M061, 115F167 ve 113M931 numaralı projelere teşekkür ederiz. Anahtar Kelimeler: yarıiletken, doğrudan yazma, femtosaniye, kızılötesi, lazer, mikron altı Referanslar [1] O. Tokel, A. Turnalı, G. Makey, P. Elahi, T. Çolakoğlu, E. Ergeçen, Ö. Yavuz, R. Hübner, M. Z. Borra, I. Pavlov, A. Bek, R. Turan, D. K. Kesim, S. Tozburun, S. Ilday, F. O. Ilday “In-chip microstructures and photonic devices fabricated by nonlinear laser lithography deep inside silicon” Nature Photonics 11, 639 (2017) [2] Grojo et. al., Limitations to laser machining of silicon using femtosecond micro-Bessel beams in the infrared, Journal of Applied Physics 117, 15 (2015) [3] ] J. H. Seo, J. H. Park, S. I. Kim, B. J. Park, Z. Q. Ma, J. Choi, and B. K. Ju, “Nanopatterning by Laser Interference Lithography: Applications to Optical Devices,” Journal of Nanoscience Nanotechnology 14(2), 1521–1532 (2014). [4Shouyi Xie, Zi Ouyang, Baohua Jia, and Min Gu, "Large-size, high-uniformity, random silver nanowire networks as transparent electrodes for crystalline silicon wafer solar cells," Opt. Express 21, A355-A362 (2013)


117

V2O5/Ti/V2O5 Çok Katmanlı Yapısının Derinlik Profil Analizi

M. Dönmez1,2, N. Akın Sönmez1,3, M. Çakmak1,4 ve S. Özçelik1,4 1Fotonik Uygulama ve Araştırma Merkezi, Gazi Üniversitesi Ankara, Türkiye

2İleri Teknolojiler Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Ankara, Türkiye 3Elektrik ve Enerji Bölümü, Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye

4Fizik Bölümü, Gazi Üniversitesi, Ankara Türkiye [email protected], [email protected]

Özet Metal oksit filmler arasında VOx filmler, infrared dedektör malzemesi olarak kullanılmaktadır [1]. Bu çalışmada, V2O5/Ti/V2O5 yapısı eş püskürtme tekniği ile n-Si ve Corning cam alttaşlar üzerine oda sıcaklığında Ti metali ve V2O5 hedefi kullanılarak hazırlandı. Tüm deneylerde; RF gücü 100 W değerine set edilerek, numune ile alttaş arasındaki mesafe yaklaşık 35 mm alındı ve püskürtme basıncı (PS) argon gazı ortamında 3.9x10-3 Torr olacak şekilde tutuldu. Üretilen filmler termal tavlama ile hava atmosferinde 1 saat süre ile 300 oC, 500 oC ve 700 oC’de tavlandı. Biriktirme sıcaklığı ve biriktirme sonrası tavlamanın filmlerin yapısal, morfolojik ve optik özelliklerine etkisini incelemek amacıyla, derinliğe bağlı olarak ikincil iyon kütle spektrometresi (SIMS), atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ve UV-VIS spektrometre analizleri gerçekleştirildi. SIMS sonuçları, tavlama sıcaklığının artması ile ara katmandaki Ti atomlarının V2O5 filmine giderek tamamen nüfuz ettiğini gösterdi. Ayrıca, filmlerin kök ortalama karesi (RMS) değerinin arttığı gözlendi. Üretilen filmlerin bant aralığı değeri yaklaşık 2.5 eV olarak belirlendi. Anahtar kelimeler: V2O5, İnce Film, Püskürtme. Bu çalışma 2016K121220 nolu proje kapsamında Kalkınma Bakanlığı tarafından desteklenmektedir.

Kaynakça [1] Raj, P. Deepak, Sudha Gupta, and M. Sridharan. "Nanostructured V2O5 thin films deposited at low sputtering power." Materials Science in Semiconductor Processing 39 (2015): 426-432.


118

Tunable, Omnidirectional, and Nearly Perfect Resonant Absorptions by a Graphene-hBN-Based Hole Array Metamaterial

H. Hajian1, A. Ghobadi1,2, B. Bütün1, and E. Özbay1,2,3,4

1. NANOTAM-Nanotechnology Research Center, Bilkent University, 06800 Ankara, Turkey

2. Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, 06800 Ankara, Turkey

3. Department of Physics, Bilkent University, 06800 Ankara, Turkey 4. UNAM-Institute of Materials Science and Nanotechnology, Bilkent University, 06800

Ankara, Turkey [email protected], [email protected]

Özet In this paper, we propose an electrically tunable mid-infrared plasmonic-phononic absorber with omnidirectional and polarization insensitive nearly perfect resonant absorption characteristics. The absorber consists of a graphene/hexagonal boron nitride (hBN)/graphene multilayer on top of a gold bottom reflector separated by a dielectric spacer. It is noteworthy that hBN is a natural hyperbolic medium and finitethickness slabs of this material are capable of supporting sub-diffractional volume-confined polaritons [1] and can act as multimode waveguides for the propagation of hyperbolic phonon polariton (HPP) collective modes for TM polarization [2]. The graphene/hBN/graphene multilayer under our consideratione here is patterned as a hole array in square lattice. We analytically and numerically prove that, due to the support of hybrid plasmon-phononpolaritons, nearly perfect multi-resonant absorption peaks with high quality factors are obtained both inside and outside of the Reststrahlen band of hBN. As a result of the hybridization of graphene plasmons with the hyperbolic phonon polaritons of hBN, the high quality resonant absorptions of the metamaterial are almost unaffected by decreasing the phenomenological electron relaxation time of graphene. Moreover, the obtained resonances can be effectively tuned in practice due to the continuity of the graphene layers in the hole array metamaterial. These features make the graphene-hBN metamaterial a skeptical design for practical purposes and mid-infrared multi-functional operations such as sensing [3]. Anahtar kelimeler: Hegzagonal boron nitride, Graphene, Perfect absorption Kaynakça [1] J. D. Caldwell, et al., Nat. Commun. 5, 5221 (2014). [2] A. Kumar, T. Low, K. H. Fung, P. Avouris, and N. X. Fang, Nano Lett. 15, 3172–3180 (2015). [3] H. Hajian, A. Ghobadi, B. Butun, and E. Ozbay, Opt. Express. 26, 16940-16954 (2018).


119

Design and Setup of Optical Tweezer System for Yeast Cell Trapping

Yasemin Karademirci1,2, Necla Kenar1,2, Esra Öztürk1, Elif Kaçar1,2 1 Department of Physics, Kocaeli University, 41380 Umuttepe, Kocaeli TURKEY

2 Laser Technologies Research and Application Center, Kocaeli University, 41275 Başiskele, Kocaeli TURKEY

In this work, the design and setup of the optical tweezers system for trapping of biological cells will be given. In the optical tweezer system, a single laser beam is used at a wavelength of 976 nm and a power of 300 mW. The parameter calculations for the trapping of yeast cells at sizes of about 1-5 microns placed in the liquid were made for lasers at 300-976 nm wavelengths for 300 mW laser power. Also gradient, scattering, escape forces and effective temperature increments for the polystyrene beads were calculated. Using of these calculated parameters, the parameters for the yeast cells were determined. With the optical tweezer system installed, stable trapping applications have been performed.


120

Lazerle Metallerde Farklı Yüzey Uygulamaları

Ersin KAYAHAN*1,2 Levent CANDAN1, Mustafa ARAS1,3, Mohamad ALHAJ HAMOUD1,3 and Özcan GÜNDOĞDU1,3

1 Lazer Teknolojileri Araştırma ve Uygulama Merkezi (LATARUM), Kocaeli Üniversitesi, Türkiye

2 Fen Bilimleri Enstitüsü Elektro-Optik Sistem Mühendisliği Anabilim Dalı, Kocaeli Üniversitesi, Türkiye

3 Teknoloji Fakültesi Biyomedikal Mühendisliği Bölümü, Kocaeli Üniversitesi, Türkiye

* Corresponding author. Tel.: +90 555 975 02 22, Fax.: +90 262 303 22 03 E-mail Adresi: [email protected]

Özet Günümüzde lazer teknolojisi havacılıktan sağlığa, savunmadan eğlence sektörüne kadar yayılan geniş bir yelpazede uygulama alanı bulmaktadır. Malzeme bazlı bakıldığında ise lazer teknolojisinin en fazla metallerde kullanıldığı görülmektedir. Lazerlerin sanayi uygulamaları açısından belirli bir bilgi birikimi ve tecrübenin var olduğu gözlenmektedir. Sanayide lazerler en çok kesme, delme ve kaynak uygulamalarında kullanılmaktadır. Bu çalışmada bilinen temel lazer uygulamalarının dışında nispeten farklı sanayi uygulamaları ele alınmıştır. Çalışmada farklı metalik yüzeyler üzerinde fiber lazer ile yüzey temizleme işlemleri yapılmıştır. Yapılan uygulamaların, geleneksel yöntemler ile yapılan temizleme işlemlerine önemli bir alternatif oluşturacağı öngörülmektedir. Bu yöntem geleneksel yöntemlere kıyasla daha çevreci ve ekonomiktir. İlk kurulum maliyeti ve yetişmiş iş gücü sınırlılığı ise bu yeni teknolojinin endüstride yaygınlaşmasının önündeki önemli engelleri oluşturmaktadır. Anahtar Kelimeler: Lazer, Metal Yüzey.


121

Fiber Lazerle Biyometallerin Yüzey Modifikasyonu

Emre AYKAÇ*1,2, Mustafa TÜRKMEN3, Ersin KAYAHAN1 ve Levent CANDAN1 1Lazer Teknolojileri Araştırma ve Uygulama Merkezi (LATARUM),

Kocaeli Üniversitesi, Türkiye 2Biyomedikal Müh. A.B.D., Fen Bilimleri Ensitüsü, Kocaeli Üniversitesi, Türkiye

3Metalürji Programı, Hereke MYO, Kocaeli Üniversitesi, Türkiye [email protected]

Özet Bu çalışmada, endüstride yaygın olarak kullanılan alaşımlardan; 316 L paslanmaz çelik malzemelerin hassas döküm yöntemi ile üretimi ve fiber lazerle yüzey modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. Malzeme yüzeylerinin biyouyumluluğunu geliştirmek için fiber lazerle 316 L malzemeler üzerinde mikro kanallar açılmıştır. Ayrıca hassas döküm yöntemi ile üretimi gerçekleştirilen 316 L paslanmaz çelik malzemenin hali hazırda ticari olarak kullanılan 316 L paslanmaz çelik malzeme ile aynı deney parametreleri sonucunda meydana gelen farklılıklar karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Farklı lazer parametreleri ile hidrofilik ve hidrofobik yüzeyler oluşturulmuştur. Bu oluşturulan yüzeylerin pürüzlülük ve kontak açısı ölçümleri alınmıştır. Kullanılan lazerin her iki yöntemle üretilen 316 L malzemesinin yüzey yapısında farklı değişiklikler yaptığı gözlenmiştir. Key words: 316 L Paslanmaz Çelik, Hassas Döküm, Fiber Lazer, Yüzey Modifikasyonu, Temas Açısı


122

Hedef-Öncelikli Algoritma ile Fotonik Ortamların Tersine Tasarımı

D. Yılmaz, M. Tutgun, Y. A. Yılmaz, A. M. Alpkılıç, H. Kurt Nanofotonik Araştırma Laboratuvarı

TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi, Ankara, Türkiye [email protected]

Özet Nanofotonik yapıların tersine tasarımı yapısal parametrelerin eniyilemesi ile yüksek verimlilik sağladığı için son zamanlarda kapsamlı olarak incelenmeye başlanmıştır. Tersine tasarım metodlarından biri olan hedef-öncelikli algoritma yüksek performans sergileyen fotonik ortam tasarımları ile etkili bir yaklaşımdır [1]. Fotonik cihazların önceki tasarımlarından farklı olarak hedef-öncelikli algoritma geniş parametre uzayı taramaktadır. Bu yöntemde elektrik ve manyetik alan dağılımı gibi hedef performans parametreleri algoritmaya tanıtıldıktan sonra yapının dielektrik dağılımı arka arkaya tekrar edilen iterasyonlar ile elde edilmektedir. Bu algoritma yüksek işlevsellik, tasarım esnekliği ve düşük hesaplama maliyetinin yanı sıra günümüz litografi ve yarı iletken üretim süreçleri kullanılarak üretilebilen cihaz tasarımı sağladığı için oldukça önemli bir tekniktir [2,3]. Bu çalışmada hedef-öncelikli ters tasarım algoritması kullanılarak nano kavite, optik filtreler ve dalgaboyu ayrıştırıcı yapılar tasarlanmıştır. Tasarlanan nano kavite yapısı 87600 kalite faktörü ile ışığı etkin bir şekilde yapı içerisinde tuzaklayabilmektedir. Geliştirilen algoritmada, en iyi yansıma koşulunu elde etmek için ayna bölümlerinin boyutu ve şekli belirlenmiştir. Böylece, en iyi manyetik alan dağılımını veren yapının tasarımı, ayna bölümlerinin özelliklerinin herhangi bir geleneksel parametrik analizi yapılmadan gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan nanoışın kavite yapısı, etkin ışık-madde etkileşimi sağlaması nedeniyle nano boyutlarda optik filtreler, ışık kaynakları ve biyosensör tasarımlarında kolaylık sağlamaktadır. Nano kavitenin yanı sıra tersine algoritma ile optik haberleşme bandında yansıtma tabanlı yüksek ve alçak geçiren filtre tasarımları da gerçekleştirilmiştir. Ayrıca filtre tasarımlarının iterasyon sayısına bağlılığı da incelenmiştir. Yüksek geçiren filtre yapısında 210-240 THz frekans aralığında iletim değeri önemli bir doğrusalllık sergileyerek %93.38’e kadar ulaşmıştır. 170-210 THz frekans aralığında ise iletim yaklaşık %0.1 gibi makul değerlere düşmüştür. Alçak geçiren filtre tasarımında ise 170-210 THz aralığı %86.95 verimliliğe kadar iletilirken, 210-240 THz frekans aralığında ise iletim yaklaşık %0.005 değerine kadar düşmüştür. Dalga boyu ayrıştırıcı tasarımı için ise belirlenen dalga boylarının ilgili portlara yüksek verimlilikte iletilmesi hedef olarak seçilmiştir. T-eklem yapısına sahip 1x2’lik yapı 1310 nm dalgaboyuna sahip ışığı alt porta %97.55 verimlilikle iletirken, 1550 nm dalgaboyunu %94.35 iletim oranı ile üst porta yönlendirmektedir. Sonuç olarak hedef-öncelikli tersine tasarım algoritmasının etkin bir şekilde kullanımı ile yüksek performanslarda, küçük boyutlara sahip fotonik ortam tasarımları gerçekleştirilmiştir. Anahtar kelimeler: tersine tasarım, nano kavite, optik filtre, dalgaboyu ayrıştırıcı, hedef-öncelikli algoritma Teşekkür Bu bildirideki çalışmalar TÜBİTAK 116F200 numaralı proje tarafından desteklenmektedir. Yazarlar bu destek için TÜBİTAK'a teşekkür etmektedir. Kaynakça [1] J. Lu and J. Vučković, “Nanophotonic computational design,” Opt. Express, vol. 21, no. 11, p. 13351, 2013. [2] A. Y. Piggott, J. Lu, T. M. Babinec, K. G. Lagoudakis, J. Petykiewicz, and J. Vučković, “Inverse design and implementation of a wavelength demultiplexing grating coupler,” Sci. Rep., vol. 4, pp. 1–5, 2014. [3] A. Y. Piggott, J. Petykiewicz, L. Su, and J. Vučković, “Fabrication-constrained nanophotonic inverse design,” Sci. Rep., vol. 7, no. 1, pp. 1–7, 2017.


123

Görünür Spektrumda Metayüzey Tabanlı Optik ve Fotonik Uygulamalar

A. Ozer, N. Yılmaz, T. Yıldırım, H. Koçer ve H. Kurt

TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi [email protected]

Özet Metayüzeyler ışığın fazının, polarizasyonun ve genliğinin eşsiz bir şekilde kontrolünü mümkün kılarlar. Bu önemli özelliklerinden dolayı, metayüzeyler, ışık bükme [1], ışığın odaklanması [2], hüzme ve dalga cephesi şekillendirme [3], hologram [4] ve girdap ışın demeti oluşturma gibi çeşitli optik uygulamalarda dikkat çekici bir hale gelmiştir. Metayüzeyler plazmonik ve tamamen dielektrik malzemelerden tasarlanabilmektedir, ancak ışığın plazmonlara dahil olarak büyük optik kayıplara neden olduğu plazmonik yapıların verimleri düşüktür. Yani, metalik ısı kayıplarından dolayı verim sınırlıdır. Bu problem, iletim modunda tamamen dielektrik yapıları kullanmakla aşılabilir. Bu çalışmada nümerik olarak tamamen yalıtkandan oluşan geniş bantlı ve polarizasyon bağımsız bir ışın ayırıcı ile meta-lenslerden oluşan lens dizisi [5] ve yamuk şekilli metallerden oluşan metayüzey tabanlı asimetrik iletim [6] çalışmaları sunulmuştur. Işın ayırıcı, aralarında π radyan faz faklı bulunan periyodik olarak sıralanmış ikili birim hücreden oluşmaktadır. Her bir birim hücre cam alttaş üzerine yerleştirilmiş TiO2 silindirik bloklardan oluşmaktadır. Metayüzeyin yüzeyindeki faz gradyanın işareti periyodik olarak değişmektedir. Bu yüzden ışın iki tarafa bükülerek ayrılmaktadır. Diğer yandan asimetrik iletim görünür bantta polarizasyon bağımsız 3 boyutlu yamuk şekilli metalik yapı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Metayüzey yalıtkan dielektrik alttaş üzerine yerleştirilen yamuk şekilli metalik yapıdan oluşmaktadır. Yamuk şekilli metal ve alttaşın tüm geometrik ve yapısal parametrelerinin etkisi analiz edilmiş, bu sayede geniş bantlı asimetrik iletimin meydana geldiği optimum parametrik değerler belirlenmiştir. Anahtar kelimeler: metayüzey, ışın ayırıcı, meta-lens, asimetrik iletim. Kaynakça [1] N. Yu, P. Genevet, M.A. Kats, F. Aieta, J.-P. Tetienne, F. Capasso, and Z. Gaburro, “Light propagation with phase discontinuities:

generalized laws of reflection and refraction,” Science 334, 333 (2011). [2] A. Arbabi, Y. Horie, A.J. Ball, M. Bagheri, and A. Faraon, “Subwavelength-thick lenses with high numerical apertures and large

efficiency based on high-contrast transmitarrays,” Nat. Commun. 6, (2015). [3] N.M. Estakhri and A. Alù, “Wave-front Transformation with gradient metasurfaces,” Phys. Rev. X 6, (2016). [4] B. Wang, F. Dong, Q.-T. Li, D. Yang, C. Sun, J. Chen, Z. Song, L. Xu, W. Chu, Y.-F. Xiao, Q. Gong, and Y. Li, “Visible-frequency

dielectric metasurfaces for multiwavelength achromatic and highly dispersive holograms,” Nano Lett. 16, 5235 (2016). [5] A. Ozer, N. Yilmaz, H. Kocer, and H. Kurt, “Polarization-insensitive beam splitters using all-dielectric phase gradient metasurfaces

at visible wavelengths," Opt. Lett. 43, 4350-4353 (2018). [6] A. Ozer, H. Kocer, and H. Kurt, "Broadband and polarization-independent asymmetric transmission of visible light through a three-

dimensional trapezoidal metallic metasurface," J. Opt. Soc. Am. B 35, 2111-2117 (2018).

fotonİ - kocaeli Üniversitesifotonik.kocaeli.edu.tr/2018/ozetler/fotonik-2018-kitapcik.pdf ·...

Documents