FOTONİ - Kocaeli Üniversitesifotonik.Kocaeli.edu.tr/2019/ozetler/fotonik-2019-kitapcik.pdfP-29 39...

FOTONİK 2019

21. Ulusal Optik, Elektro-Optik ve Fotonik Çalıştayı

Koç Üniversitesi Sevgi Gönül Kültür Merkezi

06 Eylül 2019

FOTONİK 2019 | 21. 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 21.’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 (Umran İnan, Rektör)

10:00-10:45 Coşkun Kocabaş, The University of Manchester

10:45-11:15 Kahve Arası

11:15-11:45 11:45-12:15 12:15-12:45

Emir Salih Mağden, Koç Üniversitesi Ramiz Hamid, TÜBİTAK UME Onur Tokel, Bilkent Üniversitesi

12:45-14:30 Yemek Arası ve Poster Sunumları

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

Kürşat Şendur, Sabancı Üniversitesi Sevinç Figen Öktem, Orta Doğu Teknik Üniversitesi

15:30-16:00 Kahve Arası

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

Arif Engin Çetin, İzmir Biyotıp ve Genom Merkezi Ekmel Özbay, ABMN

17:00 Resepsiyon


v

DAVETLİ KONUŞMACI BİLDİRİLERİ LİSTESİ

Sayfa No Başlık

Ana (Plenary) Konuşmacı Coşkun Kocabaş (The University of Manchester)

2 Graphene-Based Adaptive Optics Coşkun Kocabaş The University of Manchester

3 Oktav Genişliğinde Silisyum Fotonik Filtreler Emir Salih Mağden Koç Üniversitesi

4 Frekansı Stabilize Kuantum Osilatörler ve Uygulamaları Ramiz Hamid TÜBİTAK UME

5 3D Laser Writing and High-Density Holography as Dual Photonic Approaches Onur Tokel Bilkent Üniversitesi

6 Geniş Spektral Bantta Yansıma ve Yayınım Yapan Yüzeyler Kürşat Şendur Sabancı Üniversitesi

7 Computational Imaging and Inverse Problems: Making the Invisible Visible Sevinç Figen Öktem Orta Doğu Teknik Üniversitesi

8 Düşük Maliyetli ve Yüksek Hassasiyete Optik Nokta-Bakım Analiz Platformları Arif Engin Çetin İzmir Biyotıp ve Genom Merkezi

9 Türkiye’de GaN RF Transistör ve MMIC Teknolojileri Ekmel Özbay ABMN


vi

POSTER BİLDİRİLERİ LİSTESİ

Poster Sayfa No Poster Başlığı ve Yazarlar

P-1 11 ASELSAN’da Gerçekleştirilen Mikrobolometre Dedektör Geliştirme Çalışmaları Mikro/Nano Aygıt Tasarım Müdürlüğü

P-2 12 85-W, 1908-nm Tulyum Fiber Lazer Bülent Öktem, Bartu Şimşek

P-3 13 ASELSAN’da Yüksek Performanslı MWIR ve LWIR Cıva Kadmiyum Tellür (MCT) Kızılötesi Dedektör Geliştirme Çalışmaları Mikro/Nano Aygıt Tasarım Müdürlüğü

P-4 14 ASELSAN’da Süperörgü Kızılötesi Dedektör Geliştirme Çalışmaları Mikro/Nano Aygıt Tasarım Müdürlüğü

P-5 15 Laser Proximity Sensor Effects in Missile Application Doğan Uğur SAKARYA

P-6 16 Optical Design of Dual-Mode Seeker for Long-Wave Infrared and Mid-Wave Infrared Seeker in Missile Application Doğan Uğur SAKARYA

P-7 17 Rüzgar Türbinleri için Fiber Halka Basınç Sensörü Uygulamaları Malik Kaya ve Okan Esentürk

P-8 18 A Home-Built Light Sheet Fluorescence Microscope for Biological Imaging Purposes Omer Yaman, Berna Morova, Yiğit Uysalli, Buket Yiğit, Müjdat Zeybel, Alper Kiraz

P-9 19 A Led Based Superresolution Digital Image Scanning Microscope Yiğit Uysallı, Ekin Özgönül, Fatmanur Tiryaki, Elif N. Fırat-Karalar, Alper Kiraz

P-10 20 Phase Shift Cavity Ringdown Spectroscopy Based Refractive Index Sensing Rana M. Armaghan Ayaz, Yigıt Uysallı, Nima Bavili, Berna Morova M. Imran Cheema, A. Kiraz

P-11 21 Low Dark Current Diffusion Limited Planar Type InGaAs Photodetectors M. Halit Dolas, Okan Atesal, M. Deniz Caliskan, Alpan Bek, Ekmel Ozbay

P-12 22 Automated Instance Segmentation of Skin Lesions Using Image Processing Mahmut Ozan GÖKKAN and Serhat TOZBURUN

P-13 23 Generation of Fast Optical Pulses Using Two Optical Phase Modulators and A Series-Connected Fabry-Perot Filter Ibrahim Akkaya and Serhat Tozburun

P-14 24 Aperiyodik Çok Tabakalı Dielektrik Yansıtıcılar S. Gökşin, F. Nutku

P-15 25 High Power Microsecond Pulsed Er-Yb Doped Fiber Laser Source S. Pavlova, E. Yagci, K. Eken, E. Tunckol and I. Pavlov

P-16 26 High Peak Power, Low Repetition Rate Nanosecond Fiber System at 1557 nm S. Pavlova, I. Pavlov, E. Yagci and K. Eken


vii


P-17 27 Evaluation of Cell Response to Femtosecond-Laser Induced Substrate Topography S. Mingu, F. İdikut, I. Pavlov, Ç. D. Son, A. Bek

P-18 28 Extensive Analysis of Ultrafast Transient Absorption Spectroscopy of BiVO4 Abdullah Kahraman, Mahsa Barzgar Vishlaghi, Işınsu Baylam Alphan Sennaroglu, Sarp Kaya

P-19 29 Indium Doped Zinc Oxide by Atomic Layer Deposition for Device Applications Hüseyin Çakmak, Doğan Yılmaz, Mustafa Öztürk, Bilge İmer and Ekmel Özbay

P-20 30 C+L Band Dalgaboyu Ayarlanabilir Lazer Kaynak Emre ALTAY, M. Emre YAĞCI, Erşan TUNÇKOL, Koray EKEN

P-21 31 C&L Band ASE Kaynak Emre ALTAY, M. Emre YAĞCI, Erşan TUNÇKOL, Koray EKEN

P-22 32 C Band Erbiyum Katkılı Fiber Yükselteç Emre ALTAY, M. Emre YAĞCI, Erşan TUNÇKOL, Koray EKEN

P-23 33 Metal Tozlarının Lazer ile Birleştirilerek Katmanlı Parça Üretimi ve Üretim Anında LIBS Analizi Kaan TURAN, Erhan AKMAN, E.Burak KAYA, Arif DEMİR

P-24 34 İnce Film Optik Filtreler için Otomatize Tasarım Sistemi Zeynep Arslantürk, Alperen Sezgin, Osman Saygıner

P-25 35 Modelling and Parameter Optimization of Selective Laser Melting Process Birol KÖSE, Zafer BİNGUL

P-26 36 Biomedical Device for Early Breast Cancer Detection: Device Performance Improving by Plasmonic-Photonic Mask Sanem Meral, Ezel Yalçınkaya, Metin Eroğlu, Ahmad Salmanogli, H.Selçuk Geçim

P-27 37 Broadband Reflectance from Refractory Metals Muhammed Ali Keçebaş, Kürşat Şendur

P-28 38 Single-Photon Nanoantenna with Ag-hBN Quantum Plasmonic System O. Yücel, S. Ateş, A. Bek

P-29 39 Ultimate Material Selection Methodology for Ultra-Broadband M-I-M Metamaterial Absorber Imre Ozbay

P-30 40 Yapılandırılmış Aydınlatma Mikroskopisi ve Uygulanması Musa Aydın, Buket Doğan, Yiğit Uysallı, Ekin Özgönü, Alper Kiraz

P-31 41 Bismuth Meta-absorbers: A Nano-sized Blackbody with Nanosecond-scale Excited State Hot Electron Lifetime Amir Ghobadi, Turkan Gamze Ulusoy Ghobadi, Ekmel Ozbay

P-32 42 İleri Elektronik Üretim Tekniklerine Yönelik Küme Mod Lazer Malzeme İşleme Sistemi Volkan Türker, Svitlana Pavlov, M. Emre Yağcı, Ihor Pavlov, Erşan Tunçkol, C. Mesut Tasalı, S. Koray Eken


viii


P-33 43 Plasmonically Enhanced Bio-polymer Interfaces Using Gold Nanoparticles for Extracellular Photostimulation of SH-SY5Y Cells Rustamzhon Melikov, Shashi Bhushan Srivastava, Sedat Nizamoglu

P-34 44 Yüksek Sıcaklık Teknikleri Kullanılarak Tek Kristal Si Alttaşlardaki Safsızlıkların Elektriksel Olarak Pasifleştirilmesi Cem Alibeyoğlu, Levent Özkarayel, M. Cihan Çakır, Ekmel Özbay

P-35 45 A Stretched-Pulse Mode-Locked Laser Source for Wavelength Sweeping at 1250 nm Onur ÇAKI, İbrahim AKKAYA, and Serhat TOZBURUN

P-36 46 Soğurucu Katman Kalınlığının CdTe/CdS Güneş Hücresinin Enerji Dönüşüm Verimliliği Üzerine Etkisi H. Kaplan, H.İ. Efkere, Y. Özen, S.Ş. Çetin, S. Özçelik

P-37 47 220nm Silicon-on-Insulator Waveguide Simulations S.Icli, O. Berat Yildirim, E. Salih Magden

P-38 48 Spektral Tekillikler ve Plazmonik Lazerler M.E. İndap, G. Oktay, M. Sarısaman

P-39 49 Disordered Silicon Nanorods for Ultrabroadband Light Harvesting E. B. Bosdurmaz, A. Ghobadi, and E. Ozbay

P-40 50 Spatial Concentration of Light via Diffractive Optical Elements Powered by Deep Learning O. Orakcı1, A. Yolalmaz, E. Yüce

P-41 51 Non-toxic Quantum Dot based Photoelectrodes Enables High Level Control on Photostimulation of Neurons Onuralp Karatum, Mohammad Mohammadi Aria, Guncem Ozgun Eren, Rustamzhon Melikov, Ugur Meric Dikbas, Shashi Bhushan Srivastava, Itır Bakıs Dogru, Houman Bahmani Jalali, Ibrahim Halil Kavakli, Sedat Nizamoglu

P-42 52 Efficient Intersystem Crossing in Naphthalimide-Derived Tröger’s Base Elif Akhuseyin Yildiz , Yingjie Zhao , Antonio Toffoletti , J. Zhao , M. Hayvali Antonio Barbon , H. G. Yaglioglu and Muralidharan Shanmugam

P-43 53 Patterning the Sunlight with Diffractive Optical Elements for the Lateral Architecture of the Solar Cells A. Yolalmaz, E. Yüce

P-44 54 Fabrication Methods and Analysis of Silicon Surface Texturing at Various Coverage Ratios for Improved Solar Cell Performance Nardin Avishan, Alp Akbiyik, Emre Yuce, Alpan Bek

P-45 55 Hızlı 3-Boyutlu Eşodaklı Görüntüleme İçin Paslanmaz Çelikten Mikro Tarayıcı H.A. Oyman, B.C. Efe, M.A. İçel, Y. D. Gökdel, O. Ferhanoğlu, A.D. Yalçınkaya

P-46 56 Performance Characterization of Different Fiber Optic Gyroscope Coils Tuğba Andaç, Aylin Yertutanol, Serdar Öğüt, Abdullah Ceylan and Ekmel Özbay

P-47 57 Ultra-Long-Range Direct Detection Fiber Optic Distributed Acoustic Sensor Faruk Uyar, Canberk Ünal, Tolga Kartaloğlu, Ekmel Özbay ve İbrahim Özdür


ix


P-48 58 Performance Analysis of Specialty Fibers for Distributed Acoustic Sensing Faruk Uyar, Tolga Kartaloğlu, İbrahim Özdür ve Ekmel Özbay

P-49 59 HSQ-based T-gate Process for AlGaN/GaN HEMTs Using E-beam Lithography Doğan Yılmaz, Hülya Esen, Gizem Karaca, Selim Çelik, Ekmel ÖZBAY

P-50 60 Improving Fiber Bend Sensor via Wavefront Shaping G. Afshari, Ş. Kürekci, E. Yüce

P-51 61 Cam Üzeri Altın, PDMS Mikrokanal ile Tümleşik, Yarık Halka Tınlayıcı Algıçlar B. Çamlı, E. Altınağaç, H. Kızıl, H. Torun, G. Dündar, A. D. Yalçınkaya

P-52 62 Girişimsel Tıbbi Cihazlar için Gerçek Zamanlı Tümleşik Algılayıcı Mikro Optoelektronik Sistem Geliştirilmesi O.K. Erden, P. Zolfaghari, O. Ferhanoğlu, A.D. Yalçınkaya

P-53 63 Glokom İzleme için Anten Eşlenik Pasif Algıçlar A. Calikoglu, D. Ozen, G. Dündar, H. Torun, A.D. Yalcinkaya

P-54 64 Manyetik Alan Duyarlılığı Azaltılmış Fiber Optik Dönüölçer Aylin Yertutanol, Önder Akçaalan, Serdar Öğüt, Abdullah Ceylan ve Ekmel Özbay

P-55 65 Göziçi Basıncı Analizi için Mekanik Göz Modeli Üstünde Kontak Lens Benzetimleri A. Calikoglu, G. Dündar, H. Torun, A.D. Yalcinkaya

P-56 66 Performance Development in 15 μm Pitch 640x512 Mid-Wavelength Type-2 Superlattice Sensors Fikri OĞUZ; Erkin ÜLKER; Yetkin ARSLAN, Zafer KESGİN, Oğuz ALTUN and Ekmel ÖZBAY

P-57 67 21-fs Pulse Generation From A Carbon Nanotube Mode-Locked Cr:LiSAF Laser at 850 nm G. Tanisali, I. Baylam, M. Tasci, J. Bae, F. Rotermund, U. Demirbas, and A. Sennaroglu

P-58 68 Temel Bileşenler Analizi'nin (PCA) LIBS ile Kullanımı Emrah Burak Kaya, Kaan Turan, Arif Demir

P-59 69 GaAs Tabanlı Tek Eklem Esnek İnce Film Güneş Hücreleri Ali BÜYÜKPINAR, Muhammed AKTAŞ , Mustafa KULAKCI

P-60 70 GaAs Tabanlı Güneş Pillerinde Yansıtma Önleyici Kaplamanın Elektriksel Performansa Etkisi Muhammed AKTAŞ , Onur ŞENEL , Ali BÜYÜKPINAR), Mustafa KULAKCI

P-61 71 Investigation of the Efficiency, Multi-Pulse Behavior, and Dual-Wavelength Operation of Tm3+:Lu2O3 Ceramic Lasers at 2 μm I. Baylam, F. Canbaz, and A. Sennaroglu

P-62 72 Tm3+:KY3F10 Lazerinin 2.3 Mikron Dalgaboyunda Sürekli Dalga ve Grafen Kip Kilitli Rejimde İlk Kez Çalıştırılışı A. Muti, M. Tonelli, J. E. Bae, F. Rotermund,, V. Petrov, A. Sennaroğlu


x


P-63 73 Optimization of Single Pixel Imaging via Compressed Sensing and Raster Scanning A. Azgın and E. Yüce

P-64 74 Lasing with Topological Weyl Semimetal Güneş Oktay, Mustafa Sarısaman and Murat Tas

P-65 75 Diffraction-based Optical Interferometer MEMS Blood Pressure Sensor P. Zolfaghari, O. K. Erden, A. D. Yalçınkaya, O. Ferhanoğlu

P-66 76 Küçük Süperparamanyetik Demir Oksit Nanoparçacıkların Fototermal ve Kombine Fotodinamik-Fototermal Potansiyelinin İncelenmesi Kubra Bilici, Abdullah Muti, Fatma Demir Duman, Alphan Sennaroğlu veHavva Funda Yağcı Acar

P-67 77 Fabrication and Characterization of Miniature Glass-blown Cs Vapor Cells İ. Araz , İ. Yorulmaz, A. Meraki, B. Kaçar, K.Topal,B. Kubanaliev

P-68 78 Liquid Quantum Dot White LEDs with High Luminous Efficiency Sadra Sadeghi, Baskaran Ganesh Kumar, Rustamzhon Melikov, Mohammad Mohammadi Aria, Houman Bahmani Jalali, and Sedat Nizamoglu

P-69 79 Zaman Çözünürlüklü Manyeto-Optik Kerr Etkisi Deney Düzeneğinin Kurulması ve Manyetik İnce Filmlerin Manyeto Optik Dinamiklerinin İncelenmesi Z.Tabak, M. Arslan, T.Bozdağ, E. Duman, H.G. Yağlıoğlu

P-70 80 FeAl Manyetik İnce Filminin Üretimi, Karakterizasyonu ve Lazer Işını ile Manyetik Örgülenmesi T.Bozdağ, Z.Tabak, M. Arslan, H.G. Yağlıoğlu, E. Duman

P-71 81 Micromaching on/under the Surface of the Semiconductor Materials by Focusing 1.5um Ultrafast Laser Beam with Nano-Spheres Fırat idikut,Mona Zolfaghari Borra ,N.S. Esmaeilzad and Alpan Bek

P-72 82 Serbest Uzay Optik Haberleşmesinde Optik Filtrelerin Performans Analizi S. Eylem Atabay, N. Özlem Ünverdi

P-73 83 Şeffaf Retro-Reflektör Tabanlı Optik Eldiven ile Gerçek Zamanlı El Takibi ve Segmentasyonu Osman Eldeş, Hakan Ürey

P-74 84 3D Printed Actuators:3D Printed Endoscopic Imaging Devices & Variable Focus Lenses İsra Salaheldin, Serkan Şatak, Oğuz Gürcüoğlu, Esat Can Şenel, Deniz Derman, Ahmet C. Erten, Onur Ferhanoğlu

P-75 85 Broadband Spectral Splitting of Light Using a Spatial Light Modulator B.N.Gün and E. Yüce

P-76 86 Pasif Optik Ağlardaki FTTX Uygulamalarında Veri İletimi Optimizasyonu Hakan Coşkun, N. Özlem Ünverdi

P-77 87 Lazer Mikroyapım Tekniği Kullanılarak PMMA Malzeme Üzerine Mikrokanal Üretimi B. Çamlı, Z.C. Canbek, T. Tugcu, A. D. Yalçınkaya


xi


P-78 88 Head-worn Pinhole Display with Pupil Tracker and Extended Eyebox M. Kıvanç Hedili, Burak Soner, Erdem Ulusoy, Hakan Ürey

P-79 89 Fiber Üzerinden Radyo Haberleşme Sistemlerinde Darbe Üreteci Analizi U. Umur Kazancılı, N. Özlem Ünverdi

P-80 90 Fiber Üzerinden Radyo Çoğullama Tekniğinin Akıllı Ulaşım Sistemlerindeki Uygulamaları Tuğçe Açıkgöz, N. Özlem Ünverdi

P-81 91 Optical Bit Extraction for High Speed Quantum Random Number Generators Helin Özel, Abdulrahman Dandaşi, Kadir Durak

P-82 92 Biyolojik Nanoparçacıkların Derinlik Taramalı Korelasyon Enterferometrik Mikroskopi Tekniği ile Görüntülenmesi Uğur Aygün, Ayça Yalçın Özkumur, Hakan Ürey

P-83 93 Improvements on Confocal Laser Scanning Microscope Controlling Software Marvin Ali Berkay Yetişer, Bilal Ekrem Harmanşa, Yiğit Uysallı, Ekin Özgönül, Berna Kiraz, and Alper Kiraz

P-84 94 Head-Worn Full-Color Display Using Computational Holography Ali Cem, Koray Kavaklı, M. Kıvanç Hedili, Seyedmahdi Kazempourradi, Erdem Ulusoy, Hakan Ürey

P-85 95 Pasif Optik Ağlarda Optik Güç Bölücü ve Optik Anahtarlayıcı Analizi Emine Koman, N. Özlem Ünverdi

P-86 96 Tarabios: Optical Sensor Based Point of Care Diagnostics Device for Blood Coagulation Measurements Ismail Tugberk Kaya, Bahar Aslan, Ali Cem, Gokhan Saglam, Selim İşler, Hakan Urey

P-87 97 A Universal Tip Enhanced Raman Spectroscopy Equipment for Opaque Samples H. A. Ersin , Ö. Demirtaş, İ. M. Öztürk, A. Bek

P-88 98 Tavlanmış Proton Değişimi Yöntemi ile Optik Kutuplayıcı Dalgakılavuzu Üretimi ve Optimizasyonu Fatma Yasemin AŞIK , Mutlu GÖKKAVAS, Abdullah CEYLAN, Ekmel ÖZBAY

P-89 99 A Map of the Area of Photothermal Damage in Mucosal Tissue Merve TURKER BURHAN and Serhat TOZBURUN

P-90 100 Metal Coated Direct Laser Written Periodic Nanostructures for Surface Enhanced Raman Scattering S. N. Erkızan , Ö. Demirtaş , I. Pavlov , A. Bek

P-91 101 Optical Receiver with Zero Force Equalizer T. Erkinaci, R. Kisacik, E. Kizilca, M. Uysal, T. Baykas, A.E. Pusane, G. Dündar, A.D. Yalcinkaya

P-92 102 Deep Learning Image Transmission Through a Multi-mode Fiber Ş. Kürekci A. T. Temur, M. E. Odabaş and E. Yüce

P-93 103 RGB Magnetophotonic Crystals for High-contrast Magnetooptical Spatial LightModulators S. Kharratian, M. C. Onbaşlı, H. Urey


xii


P-94 104 Integrated All-CMOS Receiver Chip for Visible Light Communication R. Kisacik, E. Kizilca, T. Erkinaci, M. Uysal, T. Baykas, A.E. Pusane, G. Dündar, A.D. Yalcinkaya

P-95 105 Investigation of Non-linear Effects in φ-OTDR Based Distributed Acoustic Sensor Systems Anıl Nehir, Faruk Uyar, Tolga Kartaloğlu, İbrahim Özdür ve Ekmel Özbay

P-96 106 Simultaneous Ranging and Velocimetry with Multi-tone Continuous Wave Lidar Mustafa Mert BAYER, Rasul TORUN and Ozdal BOYRAZ

P-97 107 I-Line Stepper ile DNQ Foto-Resist Işıklandırma ve Şekillendirme Sürecinin Bilgisayar Ortamında Benzetimi Ahmet Unutulmaz

P-98 108 Investigation of Structural, Optical and Electrical Properties of Al0.3Ga0.7N/GaN HEMT Grown by MOCVD Ömer AKPINAR, A. Kürşat BİLGİLİ , M. Kemal ÖZTÜRK , Süleyman ÖZÇELİK, Ekmel ÖZBAY

P-99 109 Kaplama Basıncı ve Gücünün, Al2O3 İnce Filmlerin Optik, Yapısal ve Morfolojik Özelliklerine Olan Etkisi A. E. Gümrükçü1,2, H. İ. Efkere1,4, S. Özçelik1

P-100 110 Biyomedikal Uygulamalar için Ultrahızlı Fiber Lazer Geliştirilmesi ve Malzeme İşleme Uygulamaları Gizem Alpakut, Tolga Gürcan2, Eda Kalafat, Mehmet Burçin Ünlü, Seydi Yavaş

P-101 111 Surface Roughness Effects on Broadband Reflectivity and Emissivity Niloufar Pirouzfam, Lina Irez, Kürşat Şendur


1

DAVETLİ KONUŞMACI BİLDİRİ ÖZETLERİ


2

Graphene-Based Adaptive Optics

Coşkun Kocabaş The University of Manchester, School of Materials & National Graphene Institute

Manchester, UK In nature, adaptive coloration has been used for concealment and signaling. Various biological mechanisms have evolved to tune the reflectivity of visible and ultraviolet light. In modern technology, however, there are a limited number of active materials that can be used to develop surfaces with reconfigurable reflectance and transmittance in a very broad spectral window. Graphene provides new perspective for “smart” surfaces which can enable new technologies such as active radar shields to conceal objects from radar detection or flexible display devices for optical camouflage. The ability to control interaction of electromagnetic waves with matter forms the heart of these emerging applications. In this talk, I will summarize our recent work on graphene-based adaptive surfaces operating in a very broad spectrum covering from the visible to microwave. Our method relies on electro-modulation of interband and intraband electronic transition of large-area single and multilayer graphene in various device architectures. Based on this principle, we developed new class of adaptive surfaces capable of real-time electrical-control of its appearance. I will also talk about integration of possible feedback systems which allow us to realize adaptive camouflage systems that can sense the time-varying background and change the appearance to bend itself in the background.


3

Oktav Genişliğinde Silisyum Fotonik Filtreler

Emir Salih Mağden Koç Üniversitesi, Fotonik Mimarı Laboratuvarı

Elektrik ve Elektronik Mühendsiliği Bölümü, Sarıyer 34450, İstanbul [email protected], https://pal.ku.edu.tr/

Silisyum fotonik teknolojilerin yaygınlaşması ve üretim olanaklarının artmasıyla birçok farklı dalga boyunda yeni optic uygulamalar ortaya çıkmaktadır. Bu yeni uygulamalar sayesinde, optic haberleşmede geleneksel olarak kullanılan 1310 nm ile 1550 nm dalga boylarından çok daha farklı, oktav genişliğine kadar uzanabilen bant aralıkları ile, daha önceden elde edilemeyen hassasiyette ölçüm veya sinyal üretimi yapılabilmektedir. Bu çeşit geniş bantlı silisyum fotonik sistemlerin verimliliği, kullanılan bant aralıklarında optik sinyallerin etkili biçimde yönlendirilmesi, ayrıştırılması ve birleştirilmesine bağlıdır. Bu sistemlerin ölçeklenebilirliği ise, geniş bantlı sinyaller ile çalışabilen, optik masa üzerinde düzeneklerde de sıklıkla kullanılan çift renkli (dichroic) ayraçlara benzer aygıtların dalga kılavuzları ile oluşturulmasını gerektirmektedir. Bu konuşmada, bu problemin çözümü için geliştirdiğimiz, oktav genişliğinde çalışma aralığına sahip, gönderilen optic sinyali kısa-geçirgen ve uzun-geçirgen bantlara ayıran filtreler tanıtılacaktır. Bu filtrelerin tasarımı iki önemli unsurdan oluşmaktadır: İlk olarak spektral seçiciliğe sahip dalga kılavuzu arakesiti belirlenerek istenilen filtre sınır dalga boyu tasarlanabilmektedir. Daha sonra optik girdiyi bu belirlenen geometriye kayıpsız ulaştırabilmek için ışığın ilerlediği yönde yavaşça değişen dalga kılavuzları sayesinde standart bir arakesitten spektral seçici arakesite geçiş sağlanmaktadır. Bu yöntem kullanılarak sınır dalga boyu 1550 nm ve 2100 nm bantlarında, CMOS teknolojileryle üretilen filtrelerde 2.82 dB/nm’ye ulaşan bant geçişi hızları ölçülmüştür. Bu yeni aygıt teknolojisinin gelecekte tümleşik ve fiber-tabanlı iletişim, sensör, görüntüleme ve optik sentez uygulamalarında kullanılacağı öngörülmektedir.

Şekil 1: (a) Spektral seçici dalga kılavuzu arakesiti. (b) Sınır dalga boyuna göre değişen elektrik alan profilleri. (c) Arakesitler arasında kayıpsız geçişi sağlayan dalga kılavuzu geometrisi. (d) 1300 nm ve (e) 2800 nm dalga boylarında filtre simülasyonları. (f) 1550 nm ve (g) 2100 nm bantları için tasarlanan filtrelerin deneysel sonuçları. Anahtar kelimeler: geniş bantlı silisyum fotonik, kısa/uzun-geçirgen filtre, spektral seçici dalga kılavuzu Kaynakça Magden, E. S. v.d., "Transmissive silicon photonic dichroic filters with spectrally selective waveguides" Nature communications 9.1 (2018): 3009.


4

Frekansı stabilize Kuantum Osilatörler ve Uygulamaları

Ramiz Hamid TÜBİTAK UME

Ramiz Hamid, Çağrı Şenel, Mehmet Çelik, Ersoy Şahin, Cihangir Erdoğan, Damla Şendoğdu, Adem Gedik, Mesut Yoğun, Mustafa Çetintaş

TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME), Gebze, Kocaeli, Türkiye [email protected]

Bilim, teknoloji, metroloji ve konumlama (navigasyon) gibi alanlarda oluşan ihtiyaçlar ve gelişmeler neticesinde son yüzyılda stabil peryotlu elektromanyetik sinyaller üreten osillatörlerin frekans kararlılığı 10-8 seviyelerinden 10-18 seviyelerine ulaşmıştır. Çıkış sinyalinin frekansındaki kararlılık (Δf /f) = 10-8 olan kuars osilatörler, elektronik cihazların vazgeçilmez parçası ve özellikle saatlerin kalbi olarak bilinmekte olup bahsi edilen frekans kararlılığı Yer küresinin kendi ekseni dönüş periyodunun kararlılığı ile aynı mertebededir. Temel sabitlerin hassas ölçülebilmesi, gravitasyon dalgaların algılanması, hassas jeodesi, uzay araştırmaları ve konumlama, yüksek hızdaki haberleşme ihtiyaçlarının karşılanması kuars osilatör frekansının atomların enerji geçişlerine kilitlenmesi ile artan frekans kararlılığı sonucunda elde edilen atomik saatlerin üretimi ve kullanılmasıyla başlamıştır. Günümüzdeki Rb, Cs, H atomik saatlerinin frekans kararlılığı 10-11 - 10-16 olup mikrodalga-atom-lazer kuantum etkileşimi sonucunda elde edilebilmektedir. SI birimi saniyenin ve zaman ölçeği UTC’nin üretiminde kullanılan 1x 10-16 seviyesindeki mikrodalga Cs ve Rb atomik fıskiye saatleri atomların stabilize lazerler ile soğutulması sonucunda üretilmektedir. Lazer frekansının atomların enerji geçişlerine kilitlenebilmesi optik saatlerin geliştirilmesini başlatmıştır. Günümüzde 10-18 seviyesinde olan optik saatler soğutulmuş Sr atomlarına ve aynı zamanda Fabry-Perot kavitelere kilitlenmiş lazerlerle elde edilmektedir. 500 THz frekansa sahip lazerler ile saat üretimi ise femtosaniye comb ile faz kilitlenmesi sonucunda yapılmaktadır. Bilindiği gibi 1x10-18 seviyesindeki frekans kararlılığa sahip optik saatler en hassas kuantum osilatörü olup ve en az ölçüm belirsizliğine sahip teknoloji ürünüdür. Bu çalıştayda frekansı stabilize mikrodalga ve optik kuantum osilatörlerin bilim ve teknolojideki önemi vurgulanarak literatürde bilinen başarılı örnekler gösterilecek ve TÜBİTAK UME’de konu ile ilgili yapılan çalışmalar ve elde edilen sonuçlar sunulacaktır. Frekansı Rb, Cs, H atomların enerji geçişlerine kilitlenmiş kuantum osilatörlerle yapılan atomik saatler sunularak onların konumlama ve jeoloji uygulamalarındaki önemi, UTC ve ulusal zaman UTC(UME) ölçeğinin üretimindeki uygulaması anlatılacaktır. Burada ayrıca, TÜBİTAK UME’de tasarlanarak yapılan klasik ve fotonik Rb atomik saati ile ilgili ön sonuçlar ve yeni başlayan Sr optik saat faaliyeti hakkında bilgiler sunulacaktır. Sunumun ikinci kısmında 532 - 3390 nm dalgaboyu aralığında lazer kaynaklarının Cs, Rb atomları ve I2, CH4 moleküllerinin enerji geçişlerine kilitlenmesiyle geliştirdiğimiz optik kuantum osilatörleri ve uygulamaları gösterilecektir. TÜBİTAK UME’de geliştirilen ve frekansı Cs atomik saatine kilitli Yb femtosaniye Comb (33 fs, 700 – 1500 nm) ile ilgili sonuçlar gösterilecektir. Femtosaniye Er lazeriyle düşük faz gürültülü (<150 dBc) RF-MW sinyalinin (78 MHz, 10 GHz) üretimi ve analizi sunulacaktır. Sunumun son kısmında ise stabilize kuantum osilatörler ile <5 pm belirsizlikle yerdeğişim ölçümleri, <100 nm belirsizlikle 1 m mutlak uzunluk ölçümü ve son olarak lazer-atom-mikrodalga etkileşimi ile 9.2 GHz mikrodalga alan şiddeti ölçüm sonuçları gösterilecektir.


5

3D Laser Writing and High-Density Holography as Dual Photonic Approaches

Onur Tokel

Bilkent Üniversitesi [email protected]

Recent developments in three-dimensional (3D) lithography and analogous 3D printing approaches, such as additive/subtractive manufacturing, is rapidly capturing the imagination of scientific community. While the excitement was originally centred around 3D laser fabrication in glasses, polymers or plastics, the picture is now evolving, in particular with the introduction of 3D laser writing in semiconductors [1]. Here I will first summarize the first 3D laser writing approach in silicon, followed by the introduction of the first “in-chip” photonic devices created deep inside the wafer [1]. A subset of these photonic devices, i.e, holograms can be developed to establish a dual 3D optical technology. I will introduce this novel 3D optical projection capability, which is based on holography [2]. Holography is considered to be the most promising route to true-to-life 3D projections, but the incorporation of complex images with full depth control remains elusive. We demonstrate 3D holograms that form on-axis with full depth control without any crosstalk, producing large-volume, high-density, dynamic 3D projections with 1,000 image planes simultaneously, improving the state-of-the-art for the number of simultaneously created planes by two orders of magnitude [2]. These dual 3D approaches [1,2] are poised to establish a new photonic toolbox, where the strong 3D control on the laser light is expected to enable new 3D laser fabrication capabilities. I will finish with an outlook on the convergence of these approaches. [1] O. Tokel†, A. Turnalı†, G. Makey, P. Elahi, S. Ilday, T. Çolakoğlu, E. Ergeçen, Ö. Yavuz, R. Hübner, M. Z. Borra, I. Pavlov, A. Bek, R.Turan, S. Tozburun, F. Ö. Ilday., “In-chip microstructures and photonic devices fabricated by nonlinear laser lithography deep inside silicon”, Nature Photonics, 11, 639–645 (2017). [2] G. Makey, Ö. Yavuz, D. K. Kesim, A. Turnalı, P. Elahi, S. Ilday, O. Tokel†, F. Ö. Ilday†, “Breaking crosstalk limits to dynamic holography using orthogonality of high-dimensional random vectors”, Nature Photonics, 13, 251, 2019.


6

Geniş Spektral Bantta Yansıma ve Yayınım Yapan Yüzeyler

Kürşat Şendur Sabancı Üniversitesi, Orhanlı-Tuzla, 34956, İstanbul

[email protected] Yüksek miktarda radyasyona maruz kalan yüzeylerde, ışınımsal ısı yükü sebebi ile ısınma kaynaklı problemler meydana gelir. Özellikle ısınmaya sebep olan ışınımsal ısı kaynaklarının geniş spektral bantta radyasyona sebep olması, bu yüzeylerden meydana gelen ısınma problemlerinin çözümlerini de zorlaştırmaktadır. Yüzeylerin maruz kaldığı radyasyon sonucunda meydana gelen emilime bağlı olarak termomekanik problemler açığı çıkabilir. Bu konuşmada grubumda halen sürdürmekte olduğumuz ışınımsal ısı problemlerine geniş spektral bantta çözüm amacı ile yapılan çalışmaların bir özeti sunulacaktır. Bu problemin çözümü için iki ayrı strateji izlenebilir. Bunlardan ilki, yüzeylerden meydana gelen emilimi düşürmek amacı ile ışınımsal ısınıma sebep olan radyasyonun ilgili geniş bantlı spektrumda yansımasıdır. İkincisi ise emilen radyasyon sonucunda açığa çıkan ısının ilgili geniş spectral bantta yayınımıdır. Bu konuşmada her iki strateji ile ilgili çalışmalardan örnekler sunulacaktır.


7

Computational Imaging and Inverse Problems: Making the Invisible Visible

Figen S. Oktem

ODTU Dept. of Electrical & Electronics Eng., Ankara, Turkey [email protected], https://blog.metu.edu.tr/figeno/

Computational imaging is a rapidly evolving interdisciplinary field awarded of many Nobel prizes. In computational optical imaging, digital processing is employed in conjunction with an optical system to form images. That is, images are computationally formed from some indirect measurements by solving an inverse problem. Driven by advances in signal processing techniques and faster computing platforms, this approach continuously yields the development of next-generation imaging systems in consumer electronics, defense industry, space physics, bioimaging and medicine. These imaging systems enable new forms of visual information, new imaging functionalities, reduced hardware complexity, and cost, as well as higher resolution, that would be difficult, if not impossible, to achieve using traditional imaging. In this talk, first the fundamentals of computational optical imaging will be described and a unified treatment of the mathematical principles, inverse problems, and computational methods underlying the development of modern optical imaging technologies will be provided. Afterwards, an overview of ongoing projects at METU Computational Imaging Lab will be presented with a focus on spectral imaging. In particular, a class of novel spectral imaging techniques will be described in detail. All of these involve distributing the imaging task between a novel optical system and a reconstruction algorithm. The optical systems take multiplexed measurements using diffractive lenses and coded apertures, and then these measurements are used with a reconstruction algorithm to digitally form the spectral images. Compressive sensing theory, convex optimization, sparsity- and deep learning-based image reconstruction approaches are exploited for this purpose. The developed spectral imaging techniques not only enable high spatial, spectral, and temporal resolutions that are beyond the reach of conventional techniques, but also allow reduced hardware complexity and cost. Funding: Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK), 3501 Research Program, 117E160.


8

Düşük Maliyetli ve Yüksek Hassasiyete Optik Nokta-Bakım Analiz Platformları

Arif E. Çetin

İzmir Biyotıp ve Genom Merkezi (İBG), Balçova, 35340, İzmir [email protected], www.nanobiosyslab.com

Bu konuşmada, laboratuvarımızda geliştirdiğimiz plazmonik tabanlı ve taşınabilir biyosensör platformları ve uygulamaları tanıtılacaktır. Son yıllarda klasik optik yöntemler kullanan biyosensörlerin limitasyonlarının üstesinden gelmek için plazmonik sistemler üzerinde yapılan temel araştırmalarda, geleneksel yaklaşımlarda mevcut olmayan yeni işlevsellikler elde edilmiştir. Plazmonik tabanlı yeni nesil biyosensör sistemleri ile çok düşük konsantrasyon miktarlarındaki biyomoleküllerin gerçek zamanlı, optik-etiketlere gereksinim duyulmadan, yüksek verimli algılama ve analizleri yapılabilmektedir. Bu sistemler, belirli bir alanda güçlü bir şekilde lokalize olmuş, plazmon adı verilen güçlü yüzey elektromanyetik dalgalarını kullanarak yüksek biyo-duyarlılıklar ve kalite faktörlü optik yanıtları uyarmaktadır. Yaratılan bu güçlü optik yanıtlar kullanılarak spektrometre gibi klasik detektörlerin, tanımlanması istenen biyo-hedeflerin yarattığı sinyal varyasyonlarını kolayca ayırt edebilmesi sağlanabilmektedir. Geleneksel spektrometre tabanlı tanımlama sistemlerinde, kırılma indeks algılaması kullanılmakta ve incelen örneklerdeki biyomoleküllerin varlığı, plazmonik yapıların optik yanıtı içindeki spektral kaymaların izlenmesi ile ölçülmektedir. Bu platformlar, kliniklerde hastalık teşhisleri için tanımlanması gerekli olan konsantrasyonlardaki analitlerin (virüs veya bakteri) algılamasını, klasik biyokimya tekniklerini kullanılan yöntemlerine göre daha basit örnek hazırlama süreçleriyle mümkün kılabilmektedir. Biyosensörlerin eşzamanlı farklı örnek tanımlama ve yüksek verim kapasitesi, büyük ölçekli ve yüksek yoğunluklu plazmonik çiplerin görüntüleme tabanlı platformlara (CCD veya CMOS kamera) entegre edilmesiyle geliştirilebilir. Bu yeni nesil plazmonik biyosensörler, nano-çip teknolojisinin teletıp teknolojisine entegre edilmesiyle, altyapının yetersiz olduğu durumlarda kullanılması için taşınabilir bir platform dönüştürülebilirler. Bu platformlar, dizüstü bilgisayar veya cep telefonu gibi portatif okuma cihazlarına entegre edilerek, medikal altyapı eksikliği olan bir ortamda yüksek verimli biyo-hedef tanımlaması sağlayabilirler. Geliştirdiğimiz mikro-akışkan teknolojilerinin, taşınabilir plazmonik tanımlama platformları ile entegre edilmesiyle, protein-protein etkileşim kinetiği gibi temel çalışmaların gerçek zamanlı analizleri, maliyeti düşük ve yüksek verimli bir şekilde gösterilebilmektedir. Güçlü veri işleme algoritmaları kullanılarak, geliştirdiğimiz mikro-akışkan teknolojisi, piko-molar seviyelerinde biyomoleküler bağlanma etkileşimlerini izlemeyi sağlayabilmektedir.


9

Türkiye’de GaN RF Transistör ve MMIC Teknolojileri

Ekmel Özbay Genel Müdür, Aselsan Bilkent Mikro Nano Teknolojiler A.Ş.

[email protected] Özet Son yıllarda özellikle yüksek güçlü RF Analog uygulamalar için GaN temelli transistörler GaAs ve Si temelli transistörlerin yerini almaktadır. Bunun temel nedeni GaN’ın bir yarıietken malzeme olarak yüksek bant aralığı, yüksek kritik kırılım elektrik alan şiddeti, yüksek sıcaklıklarda ve yüksek hızlarda çalışma performansı gibi önemli avantajlara sahip olmasıdır. Bu konuşmada Türkiye’de 2002 yılından beri devam eden ve ticari ürün aşamasına gelen GaN RF Transistör ve MMIC teknolojilerinin günümüzdeki durumunu, fırsatları ve kısıtlamalarını aktaracağız.


10

POSTER BİLDİRİ ÖZETLERİ


11

ASELSAN’da Gerçekleştirilen Mikrobolometre Dedektör Geliştirme Çalışmaları

Mikro/Nano Aygıt Tasarım Müdürlüğü

ASELSAN Mikroelektronik, Güdüm ve Elektro Optik Sektör Başkanlığı Özet Soğutmasız mikrobolometre dedektör geliştirme konusundaki çalışmalar ASELSAN bünyesinde 2014 yılı sonrasında başlatılmıştır. Yapılan faaliyetler neticesinde yüksek TCR ve düşük 1/f gürültü değerine sahip vanadyum oksit (VOx) aktif malzeme temelli mikrobolometre dedektörler geliştirilmiştir. Çift katlı piksel mimarisi kullanılarak yüksek doluluk oranına sahip piksel yapıları elde edilmiştir. Sürdürülen FPA proses optimizasyonu ile de yüksek tepkisellik gösteren 640

x 480 formatlı 17 m piksel adımlı mikrobolometre dedektörler başarılı bir şekilde üretilebilmişlerdir. Bu çalışmalarda ASELSAN tarafından geliştirilen ve tasarlanan 8” CMOS okuma devreleri kullanılmıştır. Geliştirilen soğutmasız mikrobolometre dedektörler düşük NETD değerleri (<30mK @ f/1) nedeni ile birçok uygulama açısından kullanılabilir olmakla birlikte optimize zaman sabiti sayesinde yüksek tarama hızı gerektiren uygulamalar açısından da elverişli olmaktadır.


12

85-W, 1908-nm Tulyum Fiber Lazer

Bülent Öktem, Bartu Şimşek Aselsan MGEO, Laser Sistemleri Tasarım Mdl., 06750 Akyurt, Ankara, Türkiye

[email protected] Yönlendirilmiş kızılötesi karşı tedbir sistemi geliştirilmesi çalışmalarında Ho:YAG lazerinin pompalanması amacıyla 1908 nm dalgaboyunda ve 1 nm bant genişliğinde Tm-katkılı fiber lazerin geliştirilmesi hedeflenmektedir. Tm fiber lazerler oldukça geniş bir dalgaboyu aralığında ve ağırlıklı olarak 2000 nm’de ışıma yapabilmektedirler. Tm fiber lazerler tamamen fiberde tümleşik yapısıyla çok önemli avantajlar ve kolaylıklar sağlamaktadır. Bu yapı sayesinde mekanik titreşimlere karşı hassasiyetler oldukça azalmakta ve ışığın yol aldığı ortam lazer kutusu içinde bulunan havadan ayrık olmaktadır. Ho:YAG lazerinin pompalanması için 1908 nm’deki dar bir soğurum bandının hedeflenmesi gerekmektedir. Bu mimaride, 793 nm merkez dalgaboyunda yüksek güçlü pompa diyot lazerler, yüksek optik güçlere dayanabilen çoklu sinyal-pompa birleştiriciler, büyük kip alanlı çift kılıflı Tm-katkılı kazanç fiberi, yüksek ve düşük yansıtma değerlerine sahip fiber Bragg ızgaralar kullanılmıştır. Koşutlayıcı, lazer ışığının fiberden serbest uzaya kolime bir hüzme ile çıkmasını sağlamaktadır.

Şekil 1. Tm fiber lazerin çıkış spektrumu Şekil 2. Tm fiber lazerin çıkış gücü grafiği.

Tm-fiber lazerden 1908 nm dalgaboyunda, 1 nm bant genişliğine sahip, %40 eğim veriminde, 85 W ortalama çıkış gücü elde edilmiştir (Şekil 1, 2). Lazer hüzmesinin ışın kalitesi ise 85 W’lık ortalama çıkış güç seviyesinde M2=1.1 olarak ölçülmüştür (Şekil 3).

Şekil 3. Tm-katkılı fiber lazerin 85 W ortalama çıkış gücünde ışın kalitesi ölçümü.


13

ASELSAN’da Yüksek Performanslı MWIR ve LWIR Cıva Kadmiyum Tellür (MCT) Kızılötesi Dedektör Geliştirme Çalışmaları

Mikro/Nano Aygıt Tasarım Müdürlüğü

ASELSAN Mikroelektronik, Güdüm ve Elektro Optik Sektör Başkanlığı

Özet Mükemmele yakın fiziksel ve optiksel özelliklerinden dolayı, MCT halen dünya üzerinde en yüksek performansa sahip kızılötesi dedektör malzemesidir. MCT soğutmalı kızılötesi dedektörlerin geliştirilmesi; katı hal fiziği, mikroelektronik yüzey işleme teknolojileri, VLSI teknolojisine dayalı tümleşik devre tasarımı, krayojenik sıcaklıklara uygun mekanik tasarım, epi-katman ve hacimsel kristal büyütme teknolojileri, malzeme bilimi gibi birçok mühendislik disiplininin bir arada uygulanmasını zorunlu kılan bir teknolojidir. MCT kızılötesi dedektör üretimi, kızılötesi algılayıcı malzemenin epitaksiyel büyütme yöntemleri ile üzerine büyütüleceği ve algılayıcı katmanı taşıyan alttaş malzemesinin büyütülmesi, kızılötesi algılayıcı maddenin epitaksiyel yöntemler kullanılarak büyütülmesi, sensör piksellerinin mikroelektronik yüzey işleme süreçleri kullanılarak oluşturulması ve okuma devresi tasarımı gibi birçok alt süreçlerin geliştirilmesi ve bu süreçlerin birbirleriyle bütünleştirilmesinden oluşmaktadır. Bu poster sunumu ile ASELSAN Mikroelektronik, Güdüm ve Elektro Optik Sektör Başkanlığı bünyesinde gerçekleştirilen yüksek performanslı MWIR ve LWIR Cıva Kadmiyum Tellür (MCT) kızılötesi dedektör geliştirme çalışmalarında gelinen son durum hakkında bilgi verilecektir. Soğutmalı kızılötesi dedektörler ile birlikte kullanılacak okuma devresi tasarımı ve MCT odak düzlem dizini üretim süreçlerinde gerçekleştirilen ilerlemeler ve elde edilen sonuçlar özetlenecektir. Üretilen 640x512 çözünürlüğünde ve 15 µm piksel adımına sahip MWIR odak düzlem dizininin ve 320x256 çözünürlüğünde ve 30 µm piksel adımına sahip LWIR odak düzlem dizininin elektro-optik performans sonuçları sunulacaktır. Anahtar kelimeler: Cıva Kadmiyum Tellür, MWIR, LWIR, Okuma Devresi


14

ASELSAN’da Süperörgü Kızılötesi Dedektör Geliştirme Çalışmaları

Mikro/Nano Aygıt Tasarım Müdürlüğü ASELSAN Mikroelektronik, Güdüm ve Elektro Optik Sektör Başkanlığı

Özet Süperörgü kızılötesi dedektörler, teorik olarak cıva kadmiyum tellür dedektörlerden daha iyi elektro-optik performans sağlayabilmektedir. 2000’li yılların başından beri, süperörgü dedektörlerin geliştirlmesi konusunda dünya genelinde oldukça yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Dünya genelinde süperörgü detektörlerde elde edilen gelişmelerden sonra, ASELSAN’da MWIR dalga boyunda çalışan süperörgü dedektör geliştirme çalışmaları yoğunlaşarak devam etmektedir. Bu poster sunumunda, süperörgü dedektörlerin üretim süreçleri hakkında bilgi verilecektir. Üretilen 640x512 çözünürlüğünde ve 15 µm piksel adımına sahip odak düzlem dizinlerinin elektro-optik performans sonuçları sunulacaktır. Anahtar kelimeler: Süperörgü, MWIR, Kızılötesi Algılama


15

Laser Proximity Sensor Effects in Missile Application

Doğan Uğur SAKARYA° Tactical Missile Systems Group, Roketsan, Elmadağ Ankara TURKEY 06780

ABSTRACT Tactical missiles have seeker capability to detect and tract targets. Because of the seekers’ field of view, detonation range of the missiles has a limit. Mostly this limit is far away from the desired distance since seeker’s blind spot. To increase missile’s effectiveness against target, laser proximity sensor is used. Where the seeker’s blind spot distance is arrived, the proximity sensor will be used until its minimum distance limits. In this study, missile parameters are assumed and minimum detonation distance for seeker will be found. Effectiveness of warhead at this distance will be calculated. Later parameters of proximity sensor are determined. Optical design and modeling of the proximity sensor will be conducted and minimum distance of it will be determined. Warhead effectiveness of this minimum distance will be given. Finally, both results will be compared with each other. Keywords: Seeker, detonation range, laser proximity sensor, optical design, laser proximity sensor modeling

REFERENCES [1] Sakarya, Doğan Uğur. "Comparison of gimbal approaches to decrease drag force and radar cross sectional area in missile application." SPIE Defense+ Security. International Society for Optics and Photonics, 2017. [2] Sakarya, Doğan Uğur. "Four and eight faceted domes effects on drag force and image in missile application." Optifab 2017. Vol. 10448. International Society for Optics and Photonics, 2017. [3] Sakarya, Doğan Uğur. "Optical designs for MWIR and four quadrant detectors by using beam steering methods in missile applications." Optifab 2017. Vol. 10448. International Society for Optics and Photonics, 2017. [4]Sofradir.(2018). MARS MW - Sofradir. [online] Available at: http://www.sofradir.com/product/mars-mw/ [Accessed 4 Jul. 2018]. [5] G. C. Holst, Holst's Practical Guide to Electro-Optical Systems, JCD Publishing, 2003. [6] Adimec. (2018). Q-12A180 – Adimec. [online] Available at: https://www.adimec.com/cameras/machinevision- cameras/quartz-series/q-12a180/ [Accessed 16 Jul. 2018]. [7] Thorlabs.com. (2018). Thorlabs - DJ532-40 532 nm, 40 mW, E Pin Code, DPSS Laser. [online] Available at: https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=DJ532-40 [Accessed 16 Jul. 2018]. [8] Thorlabs.com. (2018). Thorlabs - FL532-3 Ø1" Laser Line Filter, CWL = 532 ± 0.6 nm, FWHM = 3 ± 0.6 nm. [online] Available at: https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=FL532-3 [Accessed 16 Jul. 2018].


16

Optical Design of Dual-Mode Seeker for Long-Wave Infrared and Mid-Wave Infrared Seeker in Missile Application

Doğan Uğur SAKARYA°

Tactical Missile Systems Group, Roketsan, Elmadağ Ankara TURKEY 06780

ABSTRACT In missile applications, there are many parameters to be optimized. One of these is diameter of seeker and the other one is counter-countermeasures. To decrease diameter of the seeker, there are some methods. One of them is light transfer to stable detector. In this technique, detector and objective stay stable out of gimbal mechanism and light is focused in front of the objective. Later virtual image is created at the detector. By this way, diameter of the objective and detector don’t affect diameter of the seeker and give more free space to put another detector for dual wavelength into system to be immune to countermeasures. In this study, dual mode system’s optical and mechanical designs have been made for mid-wave infra-red imaging and long-wave infra-red imaging. Optical designs performances have been illustrated in simulation results. Finally, conceptual design of dual mode seeker will be summarized. Keywords: Dual mode seeker, mid wave infrared, long wave infrared, optical design, missile application REFERENCES [1] Sakarya, Doğan Uğur. "Comparison of gimbal approaches to decrease drag force and radar cross sectional area in missile application." SPIE Defense+ Security. International Society for Optics and Photonics, 2017. [2] Sakarya, Doğan Uğur. "Four and eight faceted domes effects on drag force and image in missile application." Optifab 2017. Vol. 10448. International Society for Optics and Photonics, 2017. [3] Sakarya, Doğan Uğur. "Optical designs for MWIR and four quadrant detectors by using beam steering methods in missile applications." Optifab 2017. Vol. 10448. International Society for Optics and Photonics, 2017. [4] Perger, A. (2012). Porro Prism. US20120140349A1. [5]Sofradir.(2018). MARS MW - Sofradir. [online] Available at: http://www.sofradir.com/product/mars-mw/ [Accessed 4 Jul. 2018]. [6] Sofradir. (2018). MARS LW - Sofradir. [online] Available at: http://www.sofradir.com/product/mars-lw/ [Accessed 4 Jul. 2018]. [7] G. C. Holst, Holst's Practical Guide to Electro-Optical Systems, JCD Publishing, 2003. [8] Lutz Gretschel, S. (2018). F-15E.info: Strike Eagle reference and resources - F-15E.info - Pertinent Data (U.S.). [online] F-15e.info. Available at: http://www.f- 5e.info/joomla/en/technology/basics/75-pertinent-data-us [Accessed 4 Jul. 2018]. [9] Thorlabs.com. (2018). ZnSe Broadband Plate Beamsplitters for the Infrared. [online] Available at: https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=4805 [Accessed 5 Jul. 2018]. [10]NASA, «Shape Effects on Drag» [Online]. Available: https://www.grc.nasa.govv/www/k-12/airplane/shaped.html [Available: 05 12 2016]. [11] Skolnik, MI, Radar Handbook, McGraw-Hill, 1970 [12] A. E. Fuhs, «RADAR Cross Section Lectures,» Naval Postgraduate School, Moneterey, CA, 1983.


17

Rüzgar Türbinleri için Fiber Halka Basınç Sensörü Uygulamaları

Malik Kaya1 ve Okan Esentürk2 1Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Sağlık Hizmetleri Meslek Yüksekokulu, Eskişehir

2Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, Ankara* [email protected]

Özet Ultra yüksek hassasiyete sahip olan Fiber Halka Döngü Sönümleme Spektrometre (FHDS) tekniği kullanılarak elde edilen fiber optik sensörler günümüzde biyomedikal (1), yapısal sağlık görüntüleme (2), kimyasal gaz izleme (3), fiziksel basınç/gerilim (4) ölçümleriuygulamaları gibi geniş bir uygulama alanı bulmaktadır. FHDS tekniğinin hassasiyeti ve fiberin kolay uygulanabilirliği sayesinde köprü, kolon vb yapılarda farklı nedenlerle oluşan asimetrik kuvvetin yapıda yarattığı stres, esneme vb takibi üzerine olan uygulamalarda hızla artmaktadır. Bu çalışmada rüzgar gülünde kullanılan bloklara benzer, dikine bir yapıda oluşan stresin hassas ölçümü için FHDS tekniği uygulanmıştır. Fiber optik sensörler 3 cm çapındaki teflon blok üzerine monte edilmiş ve sonrasında deniz kumuna gömülerek bloğa uygulanan basınç ile sensörlerin ringdown zamanı (RDZ) değişimleri ölçümlenmiştir. Telfon üzerine çaprazlama sarmal yapıda ve bloğun her iki yüzeyine yerleştirlen fiber optik sensör ile oluşturulan halka ile fiber cavite tamamlanmıştır. Oluşan ölçüm sisteminde bloğa manuel olarak çekme kuvveti uygulanmış ve zamana bağlı olarak RDZ değişimi kaydedilmiştir. Kurulu sisteme uygulanan kuvvet sonunda oluşan stres nedeniyle RDZ zamanında azalma görülmektedir. Elde edilen verideki her bir nokta, 30 verinin ortalamasını göstermektedir. Artan basınç, optik kaybın fazlalaşmasına yol açarak RDZ'nin azalmasına neden olmaktadır. Fiber sensör dizilimleri ve sistem dizaynı sistemin hassasiyetini belirlemekte olduğu ayrıca gözlemlenmiştir. Buradan elde edilen sonuçlarla, sahil bölgelerindeki denize gömülü rüzgar enerji sistemlerinde oluşan eğilme/baskı veya deniz veya kara sistemlerinde aşırı rüzgar nediyle yaşanan basınç sonuncu oluşan yapısal baskının ölçülebilmesi için bir ön çalışma yapılmıştır. Böylece yıkılan veya hasar almış yapılar hızla belirlenebilecektir. Hassas ölçüm sonuçları ve uygulama imkanları fiber optik sensörlerin sadece rüzgar türbinleri için değil, yapısal sağlık görüntüleme uygulamları gibi birçok alanda kullanılma potansiyeline sahip olduğunu da göstermiştir. Anahtar kelimeler: fiber halka döngü spektroskopisi, fiber optik sensörler, rüzgar türbini, basınç sensörü Kaynakça 1. C. Herath, C. Wang, M. Kaya, and D. Chevalier, Fiber loop ringdown DNA and bacteria sensors, J. Biomed. Opt. 16(5), 050501/1-3, 2011. 2. M. Kaya, P. Sahay and C. Wang, Reproducibly reversible fiber loop ringdown water sensor embedded in concrete and grout for water monitoring, Sensor Actuat. B-Chem. 176, 803-810, 2013. 3. A. Yolalmaz, F. H. Sadroud, M. F. Danışman and O. Esenturk. Intracavity gas detection with fiber loop ring down spectroscopy. Optics Communications 396, 141–145, 2017. 4. C. Wang and S. Scherrer. Fiber ringdown pressure sensors. Optics Letters 29, 352-354, 2004.


18

A Home-Built Light Sheet Fluorescence Microscope for Biological Imaging Purposes

Omer Yaman1, Berna Morova1, Yiğit Uysalli1, Buket Yiğit2, Müjdat Zeybel2, Alper Kiraz1,3

1. Department of Physics, Koç University, 34450 Sarıyer, Istanbul 2. Department of Gastroenterology and Hepatology, Koç University School of Medicine, 34010

Topkapı, Istanbul 3. Department of Electrical and Electronics Engineering, Koç University, 34450 Sarıyer, Istanbul

Fluorescence microscopy is an imaging technique where only illuminated and stained sections of a sample is selectively imaged [1]. Light sheet fluorescence microscopy (LSFM) has many advantages compared with several other fluorescence microscopy techniques. Selective Plane Illumination Microscopy (SPIM), is a LSFM technique introduced in 2004 [2]. SPIM involves formation of a thin sheet of laser light using a cylindrical lens. The sample is scanned along the light sheet; thus the sample planes are selectively illuminated. SPIM is a non-destructive technique and since a narrow line of light; instead of a focused spot, is used for the illumination which allows for fast imaging with large field of view and reduced photobleaching effect. The selective illumination of the sample allows for selective fluorescent excitation at desired focal planes [3-4]. 3D image of the sample is acquired by the reconstruction of selected planes. In this study, a light sheet fluorescence microscope has been built utilizing Open Access platform for Selective Plane Illumination Microscopy (OpenSPIM). The sample used for early imaging was a paper tissue stained with Rhodamine B (C.I. 45170) dye which has maximum fluorescent absorption at 545 nm and maximum emission at 625 nm. In order to illuminate the sample, a Coherent Chameleon tunable laser was used with an SGH to get a wavelength of 525 nm. 3D images were reconstructed from the imaged planes using the ImageJ software (NIH) [5]. The thickness of the light sheet was measured by a CMOS sensor with a pixel size of 5.86 μm. Light sheet thickness analysis and 3D reconstructed paper tissue image are shown in Figure 1.

Fig. 1 (a) Front-view of the 3D reconstructed image of the paper tissue (b) The axial image of the light sheet on the CMOS

sensor (c) Intensity profile of light sheet References [1] J. W. Licthman, J. A. Conchello, "Fluorescence Microscopy" Nat. Methods, 2 :910-9. (2005). ・ [2] P. Santi, "Light Sheet Fluorescence Microscopy: A Review" J Histochem Cytochem, 59(2) :129-38. [3] J. Huisken, J. Swoger, F. Del Bene, J. Wittbrodt, EH. Stelzer, "Optical Sectioning Deep Inside Live Embryos by Selective Plane Illumination Microscopy" Science, 305(5686) :1007-9. (2004). [4] P. G. Pitrone, J. Schindelin, L. Stuyvenberg, S. Preibisch, M. Weber, K. W. Eliceiri, J. Huisken, and P. Tomancak, Nat. Methods 10, :598 (2013). [5] Schneider, C.A., Rasband, W.S., Eliceiri, K.W. "NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis". Nat. Methods 9, 671-675, (2012).


19

A Led Based Superresolution Digital Image Scanning Microscope

Yiğit Uysallı1, Ekin Özgönül1, Fatmanur Tiryaki2, Elif N. Fırat-Karalar2, Alper Kiraz1

1Department of Physics, Koç University, Istanbul, Turkey 2. Department of Molecular Biology and Genetics, Koç University, Istanbul, Turkey

Imaging subcellular structures such as microtubules or centrosomal proteins play a vital part in understanding key cellular processes such as cell division and cellular signaling. Dissecting their function and regulation is in part dependent on revealing their structural organization. However, the size of a wide range of cellular structures are below the resolution limit of conventional optical microscopy methods, necessitating super-resolution microscopy techniques to further increase the resolution beyond the diffraction limit. Structured illumination microscopy (SIM) provides a solution to this problem. Using the SIM method known as image scanning microscopy (ISM), it’s possible to enhance the lateral resolution by a factor of √2. In ISM multiple excitation spots are scanned on the sample surface and only the images from corresponding illumination loci are collected. Later these images are summed and processed to generate a high-resolution image. In this work we present a laser free, fully configurable, DLP projector-based ISM super-resolution microscope. Various sub-diffractive biological structures were imaged, such as microtubules, centrosomal proteins and centriolar satellite proteins. The maximum achieved lateral resolution was detected to be ~150nm. The microscopy system is entirely home-built and it’s able to work in various imaging modes. The entire system is LED based which allows for easy switching of excitation wavelengths and low cost.


20

Phase Shift Cavity Ringdown Spectroscopy Based Refractive Index Sensing

Rana M. Armaghan Ayaz1, Yigıt Uysallı2, Nima Bavili3, Berna Morova4 M. Imran Cheema5, A. Kiraz6

1,2,3,4,6 Department of Physics, KOÇ University, 34450 Sarıyer/İstanbul, Turkey 5Department of Electrical Engineering, Lahore University of Management Sciences(LUMS)

[email protected]

Özet A Correct and precise knowledge of refractive index of liquid media has utmost importance in scientific and industrial applications. Phase shift cavity ringdown spectroscopy (PS-CRDS) technique, has been demonstrated for the first time for refractive index sensing. A cost effective and easy to fabricate, refractive index sensor consisting of a tapered single mode optical fiber [1-2] and two Fiber Bragg Gratings (FBGs)[3] is proposed. The sensing methodology is based on continuous measurement of the phase shifts of individual cavity modes in accordance with the refractive index change of the external media. An intensity modulated laser beam centered at 1550 nm from a DFB laser is scanned at a wavelength range and cavity modes are excited. Later the phase shift, corresponding to these cavity modes is measured using a lock-in amplifier. Sucrose solutions of various con-centrations are used for performance analysis of the refractive index sensing device. Limit of detection (LOD) is ~6.4x10-6 refractive index units (RIUs), which is approximately the same when compared to presently available, costly and com-plex optical sensors available for the same purpose . Anahtar kelimeler: Tapered Optical Fiber, Fiber Bragg Gratings, Phase Shift Cavity Ringdown Spectroscopy, Refractive Index. Kaynakça [1] Lee, Byoungho, Yoonchan Jeong, S. Yin, P. B. Ruffin, and F. T. S. Yu. Interrogation techniques for fiber grating sensors and the theory of fiber gratings. Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2008. [2] Marquardt, Michael J. The global advantage. Routledge, 2009. [3] Othonos, Andreas, and Kyriacos Kalli. Fiber Bragg gratings: fundamentals and applications in telecommunications and sensing. Vol. 99. Boston: Artech house, 1999.


21

Low Dark Current Diffusion Limited Planar Type InGaAs Photodetectors

M. Halit Dolasa, b, Okan Atesala, M. Deniz Caliskana, Alpan Bekb, Ekmel Ozbaya a Nanotechnology Research Center (NANOTAM)

Bilkent University, Ankara, Turkey b Micro and Nanotechnology Department

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

Imaging technology in Short Wavelength Infrared (SWIR) band is employed in many applications from military, industrial and medical fields. Among the number of its critical properties, one of the most accentuated ability of SWIR imaging is passive night vision by making use of the night glow under even moonless night conditions. However this requires very low dark current values that enable low noise detection. Lattice matched InGaAs/InP based planar type photodetectors can provide such ability. In this work, we design and produce 1280x1024 format InGaAs based planar type detectors with 15µm pixel pitch. We obtain diffusion current limited low dark current (~10fA) and high responsivity (1.08A/W at 1.55µm) values at room temperature conditions. Dark current modeling is performed using diffusion, generation and recombination (GR) and tunneling current mechanisms. Ideality factor is estimated from forward bias characteristics. Excellent match between modeling and experimental data is obtained. Temperature dependency of dark current is studied in 10 oC – 60 oC ranges. Area and perimeter related dark current components are differentiated using test detectors with changing diameters that is placed next to the detector array structure. Experimental data shows good agreement with theoretical expectations.


22

Automated Instance Segmentation of Skin Lesions Using Image Processing

Mahmut Ozan GÖKKAN1,4 and Serhat TOZBURUN1,2,3

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

3Department of Biophysics, Faculty of Medicine, Dokuz Eylul University, Turkey 4Department of Biomedical Technologies, Graduate Faculty of Natural and Applied

Science, Ege University, Izmir, Turkey [email protected]

Abstract Objective: In this study, the instance segmentation of superficial spreading melanoma and nevocellular nevus was investigated using image processing. Background: Melanocytic lesions can occur in various areas of the skin and have the potential to develop into fatal malignant tissue types1. Computer-assisted detecting systems play an important role not only for detection purposes, but also for segmentation of the outer edge of skin lesions2. Methods: In this study, we used the open-access MED-NODE dataset validated in histopathology to develop and test our algorithm. The dataset included images of 70 superficial spread melanomas and images of 100 nevocellular nevus. The instance segmentation of the lesions were tackled in two steps, respectively. (i) To apply filtering steps such as morphological operations for enhancing the homogeneous distribution of a lesion region at pixel group level on each image. (ii) To apply otsu’s method for binarization of the image to complete both detection and segmentation tasks. Results:

Keywords: Lesion detection, border segmentation Conclusions: Automatic instance segmentation of skin lesions can play an important role at the diagnosis stage of dermatologists. Acknowledgements: This work was supported by TUBITAK under project no: [116E815]. References 1. Thanh-Toan D., Tuan H., Victor P., Yiren Z., Zhao C., Ngai-Man C., Dawn K., Aaron T., Suat-Hoon T., “Accessible Melanoma Detection using Smartphones and Mobile Image Analysis”, IEEE, 2018, DOI:10.1109/TMM.2018.2814346 2. Ioannis G., Nynke M., Sander L., Michael B., Marcel F. J., Nicolai P., “MED-NODE: A computer-assisted melanoma diagnosis system using non-dermoscopic images”, Expert Systems with Applications, 2015, DOI: https://doi.org/10.1016/j.eswa.2015.04.034


23

Generation of Fast Optical Pulses Using Two Optical Phase Modulators and A Series-Connected Fabry-Perot Filter

Ibrahim Akkaya1 and Serhat Tozburun1,2,3

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

3Department of Biophysics, Faculty of Medicine, Dokuz Eylul University, Turkey [email protected]

Abstract In this study, we have simulated that the combination of two optical phase modulators and a fiber Fabry-Perot filter in series can produce optical pulses. In order to obtain optical pulses, the aim was to drive the phase modulators with a phase difference of 180 degrees. By simply producing a frequency difference in the small intervals (MHz) between these two electrical signals, a 180-degree phase difference was controlled in MHz repetition rates. The simulation was performed with OptiSystem 16.0 (Optiwave, Canada) software. A linear cavity laser was designed including a single wavelength optical amplifier, two optical phase modulators and a fiber Fabry-Perot filter. The laser wavelength was set to 1300 nm. The first phase modulator was driven with an 8 GHz RF signal while the second was driven with a <8 GHz RF signal. Figure 1 shows an example of a laser output at a repetition rate of ~ 50 MHz, the frequency difference between the two electrical signals driving the optical phase modulators. This technique may promise an alternative way to produce fast optical pulses rather than using optical intensity modulators1,2. In addition, this technique can be employed in mode locking by a using precise repetition rate (i.e., frequency difference between two RF signals) control capability. Keywords: optical phase modulation, Fabry-Perot, optical pulse generator

Acknowledgements This work was supported by TUBITAK under project number: [116E815]. The authors would like to thank Dr. Ahmad Atieh (University of Jordan) for providing OptiSystem and his collaboration. References 1. F. J. Leonberger, “High speed operation of LiNbO3 electro optic interferometric waveguide modulators”, Optics Letter, 5(7), 312 – 314, 1980. 2. J. J. Veselka, S. K. Korotky, “Pulse generation for soliton systems using Lithium Niobate modulators”, IEEE J. of Selected Topics in Quantum Elect., 2(2), 300 – 310, 1996.


24

Aperiyodik Çok Tabakalı Dielektrik Yansıtıcılar

S. Gökşin, F. Nutku Hezarfen Mesleki ve Teknik Anadolu Lisesi, Pendik, 34912, İstanbul, Türkiye

İstanbul Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, Vezneciler, 34134, İstanbul, Türkiye [email protected]

Özet Belirli bir deterministik kurala göre dizilmiş çok sayıda katmandan oluşan aperiyodik yapılar geniş optik uygulama alanları, tasarım esnekliği ve kontrol edilebilir özellikleri nedeniyle son yıllarda araştırmacıların gözdesi haline gelmiştir. Aperiyodik yapılarda ışığın kontrol edilebilmesi çok yönlü aynalar [1], dalgakılavuzları [2], optik haberleşme sistemlerinde kullanılan optik filtreler [3], işaretlemesiz (label-free) biyosensörler [4] gibi farklı optik uygulamalarda periyodik yapılara kıyasla, dar keskin yansıtma bantları ve polarizasyondan bağımsız yansıtma gibi avantajlar sağlamaktadır. Bu çalışmada, GaAs ve AlAs yarıiletken tabakaların farklı aperiyodik dizilimlere uygun olacak şekilde bir boyutta tekrarlanması sonucu oluşturulan düzlemsel çok tabakalı dielektrik yapıların dalgaboyuna bağlı yansıtma spektrumları ve monokromatik ışığın gelme açısına bağlı yansıtma spektrumları incelenmiştir. Hesaplamalarda transfer matris ve özmod seri açılım metotlarını kullanan CAMFR [5] yazılımı kullanılmıştır. Fibonacci, Thue-Morse ve Rudin-Shapiro dizilim kurallarına uygun olarak oluşturulan aperiyodik yapılar için elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Çeşitli tipte aperiyodik yapıların, periyodik yapılara kıyasla farklı uygulamalarda sağlayabileceği avantajlar tartışılmıştır. Anahtar kelimeler: fotonik kristaller, aperiyodik yapılar, Fibonacci, Thue-Morse, Rudin-Shapiro Kaynakça [1] Nguyen, D. T., Norwood, R. A. and Peyghambarian, N., 2010, Multiplespectral window mirrors based on Fibonacci chains of dielectric layers, Optics Communications 283 (21), 4199–4202. [2] Hiltunen, M., Negro, L. D., Feng, N. N., Kimerling, L. C. and Michel, J., 2007, Modeling of aperiodic fractal waveguide structures for multifrequencylight transport, Journal of Lightwave Technology 25 (7), 1841–1847. [3] Golmohammadi, S. and Rostami, A., 2010, Optical filters using optical multilayer structures for optical communication systems, Fiber and Inte-grated Optics 29 (3), 209–224. [4] Boriskina, S. V. and Dal Negro, L., 2008, Sensitive label-free biosensing using critical modes in aperiodic photonic structures, Optics Express 16 (17), 12511–12522. [5] Bienstman, P., Rigorous and efficient modelling of wavelength scale photonic components, PhD thesis, Ghent University, 2001.


25

High Power Microsecond Pulsed Er-Yb Doped Fiber Laser Source

S. Pavlova1,3, E. Yagci1, K. Eken1, E. Tunckol1 and I. Pavlov1,2,3 1. FiberLAST, A.S., Ankara 06531, Turkey

2. Department of Physics, Middle East Technical University, Ankara 06800, Turkey. 3. Institute of Physics of the NAS of Ukraine, Kyiv 03028, Ukraine

High-power Er and Er/Yb co-doped fiber laser systems, operating at 1550 nm are attractive for many practical

applications. At present, the most efforts of the laser developers are focused on the production of such lasers either with fs or ns pulse duration. Lasers with μs pulse duration are suitable for special material processing, coherent detection sources (trace gas detection [1], CO2 LIDAR system [2]. For the ns operation, master oscillator power amplifier (MOPA) design is commonly used, where the master oscillator is semiconductor DFB or DBR laser. It allows on the fly electronically configurable design of the laser, with adjustable repetition rate and pulse duration. Such concept cannot be applied if μs pulse-width is required. During the operation of the system in pulsed mode with 10-100 μs pulse duration and the repetition rate 50 Hz-10 kHz main difficulties are arising: slow increase of inversion population (Fig. 1a,b),

uncontrollable ASE growth; significant pulse steepening (Fig. 1c).

Pulsed pumping is a common solution to avoid ASE at low repetition rate for the ns or fs laser sources. However, for the μs laser it does not solve the problem of pulse steepening, which decreases the pulse duration from μs range to almost ns, and, due to specific Er-Yb band configuration, at reasonable pump level the inversion population increases slowly, reaching the maximum nearly 150 - 300 μs after the pump starts. It makes impossible to create homogeneous rectangular shape μs pulses. In our

work, all these features were analyzed by performing numerical simulation, based on the model described in [3]. Here we report on the development of a μs system, operating at a central wavelength of 1550 nm. The system

emitting controllable rectangular shape μs pulses in the range from 10 μs to 100 μs and works in a wide range of repetition rates 50 Hz-10 kHz. In order to avoid the aforementioned pulse steepening and ASE problems we keep the pump level at quasi CW mode, use two different seed sources operating consecutive at 1550 nm and 1560 nm correspondingly, and pass only one wavelength (1550 nm) after the amplifier by narrow band pass filter (NBF). The scheme of the laser system and its operational principles are depicted in Fig. 2 (a-c). The first two preamplifiers PA1 and PA2 are working in CW mode. The last amplifier is starting to be pumped around 1 ms prior the expected pulse at 1550 nm arrives. During the pumping time only the seed source at 1560 nm is working (red trace in Fig. 2), which converts ASE to stimulated emission at 1560 nm and filtered out by NBF. After the inversion population of the main amplifier reaches steady-state, the seed at 1560 nm is switched off and only 1550 nm seed is working (green line), which creates the desired pulse. After the desired duration, the 1550 nm source and the pump diodes of the main amplifier are shut down, and the seed at 1560 nm starts again. This allows us to create clear rectangular-shape pulses at 1550 nm (blue trace). The measured beam quality is found to be M2=1.1.

Fig.2 (a) Schematic of the system. (b-d) the oscilloscope traces: gren trace - 1550 nm seed, red trace - 1560 nm seed, blu trace – optical output pulse for (b) – 10 μs, (c)- 50 μs. (d) 100 μs.

As a conclusion, we demonstrated high power, on the fly electronically configurable laser system emitting controllable rectangular shape μs pulses in the range from 10 μs to 100 μs, in a wide range of repetition rates from 50 Hz to 10 kHz with peak power ap to 32 W. In CW mode the system can operate at 1550 nm, 1560 nm or both wavelength at the same time with output power up to 35 W. Key words: fiber laser, microsecond pulses, ASE. References 1. Pavlov at al, Diffraction-limited, 10-W, 5-ns, 100-kHz, all-fiber laser at 1.55 μm, Opt. Lett. 39, 2695-2698, 2014. 2. J. B. Barria at al., Microsecond fiber laser pumped, single-frequency optical parametric oscillator for trace gas detection, Opt. Lett. 38, 2013. 3. J.W. Nicholson at al., High energy 1572.3 nm pulses for CO2 LIDAR from a polarization-maintaining very-large-mode-area Er-doped fiber amplifier, Optics Express, Vol. 24, 19961-19968, 2016.

Fig. 1 The measured (a) and simulated (b) results based on the Er-Yb energy transport model at pulsed pumping, (c) – pulse steepening:10 μs – green line, 50 μs – red, 100 μs – yellow, 300 μs – blue, black line – operating in CW mode.


26

High Peak Power, Low Repetition Rate Nanosecond Fiber System at 1557 nm

S. Pavlova1,3, I. Pavlov1,2,3, E. Yagci1 and K. Eken1

1. FiberLAST, A.S., Ankara 06531, Turkey 2. Department of Physics, Middle East Technical University, Ankara 06800, Turkey.

3. Institute of Physics of the NAS of Ukraine, Kyiv 03028, Ukraine Abstract High-performance pulsed lasers at 1.5 μm plays a key role in LIDAR systems. Pulsed laser sources with a wavelength of 1.5 μm can be used when it is necessary to identify obstacles for helicopters and cars or topographic mapping of the earth's surface. In general, all efforts in development of the high energy ns systems operating at 1.5 μm are at high repetition rate. The laser system 100 μJ, 5 ns at 100 kHz has been described in [1]. However, high peak power at low repetition rate is problem to achieve, where the main problem is significant amplified spontaneous emission (ASE). For the operation in ns range at low repetition rate the last results are such as: at 10-100 kHz with output average power up to 10 W [2], but ASE was more than a signal, 140-100 μJ at 25-100 kHz with pulse duration of 10 ns [3], however at 25 kHz ASE was up 30 %. In present work, we demonstrate nanosecond high peak power fiber laser system, operating at 1557 nm [Fig.1]. At low repetition rate from 5 kHz to 50 kHz, system can produce pulses with 15-17 kW peak power at pulse duration 6-8 ns. With this configuration for the system, the ASE amount is less than 8 %.

So as, in ns-mode at low repetition rate, one seed diode emits low peak power, resulting is ASE during amplification. In order to remove undesirable ASE growth, we applied a new method which is based on usage of two seed sources operating at wavelength 1557 nm and 1550 nm (additional source). The additional seed produces stimulated emission at 1550 nm instead of a broadband ASE radiation, which is effortlessly filtered out by the narrow band pass filters. At the output of the system, we obtained radiation with a central wavelength of 1557 nm and 6-8 ns pulse duration. The output pulse shape and spectrum are depicted in Fig. 1. Key Words: fiber laser, ns laser, ASE. References 1. I. Pavlov at al., Diffraction-limited, 10-W, 5-ns, 100-kHz, all-fiber laser at 1.55 μm, OPTICS LETTERS, 39, 2014. 2. V. Dvoyrin at al., Multi-kilowatt peak power nanosecond Er-doped fiber laser, IEEE Photon. Technol. Lett., 28, 2016. 3. L. Holmen, G. Rustad, and M. Haakestad, Robust Eye-safe Pulsed Fiber Laser Source for 3D Ladar Applications, Applied Optics, 57, 2018.


27

Evaluation of Cell Response to Femtosecond-Laser Induced Substrate Topography

S. Mingu1,*, F. İdikut2, I. Pavlov2,3, Ç. D. Son4, A. Bek1,2,3

1 Micro and Nanotechnology Graduate Program, Middle East Technical University, 06800, Ankara 2 Department of Physics, Middle East Technical University, 06800, Ankara

3 Güneş Enerjisi Araştırma ve Uygulama Merkezi (GÜNAM), Middle East Technical University, 06800, Ankara

4 Department of Biological Sciences, Middle East Technical University, 06800, Ankara *[email protected]

Abstract The interaction of living cells with their physical environment is important for studies in fields such as regenerative medicine, tissue engineering and lab-on-a-chip technologies. Evidence supports the view that cells are able to sense and respond to the topographical features of their substrate [1][2]. Advances in micromachining technologies have allowed precise control of topographical features in micron and submicron scales [3]. These length scales are comparable to cell bodies or individual cell parts and therefore they could be sensed by cells. In the present study, silicon substrates were modified using a home-made femtosecond laser with central wavelength at 1032 nm. The laser power, scan speed and scan shape may be tailored, allowing for the generation of a large variety of surfaces. The surfaces are characterized using SEM and AFM. Neuro-2A cells (mouse neuroblastoma) were used as model cells for evaluation of these substrates. This line is widely used for nervous system research at the cell level. Neuro-2A cells expressing fluorescent proteins were grown on various kinds of Silicon substrates and visually inspected using confocal microscopy. Cell number, cell distribution on the substrate, neurite lengths and alignments may be obtained using the cell images. Cells seemed to respond to some of the presented topographies. Preliminary results show that cell number and the alignment of cell neurites may be affected by specific topographies. Support from TÜBİTAK under grant number 118F375 is kindly acknowledged. Keywords: Silicon, femtosecond laser modification, cell growth, microscopy, SEM, AFM [1] Yang, L. et al., Biomaterial nanotopography-mediated cell responses: experiment and modeling. International Journal of Smart

and Nano Materials, 5 pp. 227-256 (2015) [2] Martinez-Calderon, M. et al., Surface micro- and nano-texturing of stainless steel by femtosecond laser for the control of cell

migration. Scientific Reports, 6 36296 (2016) [3] Guo, C. et al., Direct femtosecond laser surface nano/microstructuring and its applications. Laser Photonics Rev. 7 pp. 385-407

(2012)


28

Extensive Analysis of Ultrafast Transient Absorption Spectroscopy of BiVO4

Abdullah Kahraman,1,2,3* Mahsa Barzgar Vishlaghi,1,2,3 Işınsu Baylam,3 Alphan

Sennaroglu,1,2,3,4,* Sarp Kaya1,2,3,5,* 1 Material Science and Engineering, Koç University, Istanbul 34450, Turkey 2 Koç University TUPRAS Energy Center (KUTEM), Istanbul 34450, Turkey

3 Koç University Surface Science and Technology Center (KUYTAM), Istanbul 34450, Turkey 4 Departments of Physics and Electrical and Electronics Engineering, Koç University, Istanbul

34450, Turkey 5 Department of Chemistry, Koç University, Istanbul 34450, Turkey

BiVO4 is one of the most promising semiconductors used as a photoanode for photoelectrochemical (PEC) water splitting. The carrier recombination dynamics of BiVO4 is one of the main obstacles for the water oxidation reaction and it is commonly addressed employing the Ultrafast Transient Absorption Spectroscopy (UTAS). Relating TAS features to the carrier lifetime help us to understand the recombination mechanism, which is one of the major obstacle to obtain considerable PEC efficiency. Interpretation of the kinetics of UTAS of BiVO4 is delivered by providing references of the UTAS results of pioneering photoanode materials such as TiO2, Fe2O3. Although these studies have tremendous contribution to the understanding of the carrier dynamics in BiVO4, there is still no consensus about the dynamical processes behind the spectral features. We report a combination of numerical modeling and experimental investigations on the TAS features of BiVO4 in the ultrafast time scale. The numerical model, based on rate equations, presents the possibility of both photogenerated hole and electron absorption dynamics below 500 nm, as opposed to the generally suggested photogenerated hole absorption mechanism. The investigations done in the ultrafast time regime show that the positive transient absorption peak at 470 nm exhibits inverse behavior as compared to the broad-band feature represented at 550 nm under anodic bias, in the presence of a hole scavenger and at increasing excitation pump power. A combination of TAS findings under various conditions with the numerical modeling reveals that, whereas the hole absorption is the dominant process in the spectral region above 500 nm, excited state electron absorption plays a significant role at shorter wavelengths. Moreover, the major changes in transient absorption response take place in the ultrafast time scale and overall recombination dynamics is a reflection of the ultrafast recombination mechanism.


29

Indium Doped Zinc Oxide by Atomic Layer Deposition for Device Applications

Hüseyin Çakmak1,4,5, Doğan Yılmaz 4,5, Mustafa Öztürk4,5, Bilge İmer2 and Ekmel Özbay3,4,5

1Graduate School of Natural and Applied Science - Micro and Nanotechnology, METU 2Department of Metallurgical and Materials Engineering, METU

3Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University 4Nanotechnology Research Center (NANOTAM), Bilkent University

5AB MicroNano, Ankara [email protected]

Abstract Aluminum-doped zinc oxide (AZO) which has a similar electrical and optical properties with indium-tin-oxide (ITO) but is non-toxic and cheaper, has been explored as an transparent conductive oxide (TCO) for various application. The aluminum-doped zinc oxide (AZO) films, which show a low electrical resistance and high transmittance in the visible range of the spectrum, have superior physical and optical properties. Due to these unique optical and electronic properties AZO films are widely used as a reliable electrode materials for electronic and opto-electronic devices including flat displays, thin-film transistors and solar cells 123. In this study AZO films was grown on silicon substrate by a thermal Atomic Layer Deposition (ALD) system with using trimethylaluminum (TMAl), diethylzinc (DEZ) and deionized water (DI) as a precursors. Al content of AZO films was tunes by optimizing growth conditions. Morphological, electrical and optical properties of AZO films were inverstigated.

Fig.1. Eg of AZO grown at different temp. Table1. Electrical Properties of AZO grown at different temp. Keywords: Aluminum Doped Zinc Oxide (AZO), Atomic Layer Deposition (ALD), transparent electrodes References 1 Su et al. Nanoscale Research Letters (2017) 12:469 2 Chong et al. Chineese Physics Letters (2014) Vol.31, No:12, 128501 3 Han et al. Current Applied Physics 12 (2012) 1536e1540


30

C+L Band Dalgaboyu Ayarlanabilir Lazer Kaynak

Emre ALTAY, M. Emre YAĞCI, Erşan TUNÇKOL, Koray EKEN 1FiberLAST, A.Ş., 06800 Ankara, Türkiye

*[email protected] Özet C&L band sinyalleri fiber-optik sistemlerde, mesafeye bağlı sönümün az olmasından dolayı yaygın olarak kullanılan dalgaboylarıdır. C&L band sinyalleri, fiber-optik iletim hatlarında, gerek sistem komponentlerinin dalgaboyuna bağlı davranışlarının incelenmesinde, gerek CWDM, DWDM, CATV sistemlerdeki bilgi aktarımının sağlanmasında yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Ayrıca fiber-optik algılama, spektroskopi gibi geniş uygulama alanlarında kilit rol üstlenmektedir. Bu bağlamda ilgili sinyallerin üretimi büyük önem arzetmektedir. Şu an için yurtiçinde C&L band dalgaboyu ayarlanabilir lazer kaynak ihtiyacı, ithal ürünler ile sağlanmaktadır. Kavite lazer mimarisi üzerinden dalgaboyu seçilimine dayanan bir yapı kurularak istenilen C+L band dalgaboyları elde edilmiştir. Dalgaboyu ayarlanabilir lazer kaynak firma bünyesinde ticari bir ürün olarak gerçeklenmiştir.

Anahtar kelimeler: C&L band haberleşme, fiber-optik iletişim, dalgaboyu ayarlanabilir lazer kaynak, optik komponent test.

Şekil 1: Lazer Kaynak Diyagramı ve Sinyal Spektrumları


31

C&L Band ASE Kaynak


*[email protected] Özet ASE kaynaklar C&L band bölgesinde çalışan optik komponentlerin spektral testleri, gürültü faktörü simülasyon, fiber-optik algılama, fiber-optik gyroscope gibi sahalarda geniş uygulama alanına sahiptir. C&L band ASE kaynaklar geniş uygulama alanlarında kilit rol üstlenmektedir. Bu bağlamda C&L band ASE üretimi büyük önem arzetmektedir. Şu an için yurtiçinde C&L band ASE kaynak ihtiyacı ithal ürünler ile giderilmektedir. Çalışmada basit bir ASE kaynak yapısı kurulmuş olup, aktif fiber boylarına ve pompalama tiplerine göre davranışı incelenmiştir. Çalışmalar neticesinde C band ve C&L band aralığında ASE üretebilen kaynak, yerli olarak gerçeklenmiştir. Anahtar kelimeler: C&L band haberleşme, fiber-optik iletişim, ASE kaynak, optik komponent test, fiber-optik gyroscope, WDM bileşen testi, ithal ikamesi.

Şekil 1: ASE Kaynak Diyagramı ve ASE Spektrumları


32

C Band Erbiyum Katkılı Fiber Yükselteç


*[email protected] Özet C band sinyalleri geleneksel fiber-optik iletişimde yaygın olarak kullanılan sinyallerdir. Günümüz fiber-optik uzak mesafe iletişim hatlarının olmazsa olmazı ilgili band aralığında yükseltim yapabilen yükselteçlerdir. Bilginin uzak mesafeler taşınabilmesi için sinyalin belirli mesafe periyotlarında yükseltilmesi gerekmektedir. Erbiyum katkılı aktif fiberler ile yükseltilebilen sinyaller olması sebebiyle Erbiyum Katkılı Fiber Yükselteçler (EDFA) iletim hatlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. C band sinyalleri, fiber-optik iletim hatları olan CWDM, DWDM, CATV sistemlerdeki bilgi aktarımının sağlanmasında yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Dolayısıyla uzak mesafe haberleşme sistemlerinde bu sinyallerin yükseltilmesi büyük önem arzetmektedir. Firma bünyesinde geleneksel C-EDFA gerçeklemesi yapılmıştır. Anahtar kelimeler: C band haberleşme, fiber-optik iletişim, optik yükselteç, erbiyum katkılı fbier yükselteç, EDFA, uzak mesafe haberleşme, ithal ikamesi.

Şekil 1: EDFA Davranış sinyal gücüne bağlı spektral davranış grafiği ile EDFA kazanç grafiği.

Soldaki grafikte aktif fibere 108 mW pompalama yapılmaktadır. Grafikte beyaz renkte gösterilen kısım, hiçbir giriş sinyali olmadığında EDFA çıkışındaki spektrumdur. Girilen sinyalin gücüne göre çıkış spektrum değişimleri verilmektedir. Girilen sinyal gücü arttıkça, sinyalin daha çok atomla etkileşime girebilmesinden dolayı ASE miktarındaki azalma açıkça görülebilmektedir. Sağ tarafta EDFA’ nın spektral kazanç grafiği verilmiştir.


33

Metal Tozlarının Lazer ile Birleştirilerek Katmanlı Parça Üretimi ve Üretim Anında LIBS Analizi

Kaan TURAN1, Erhan AKMAN2, E.Burak KAYA1, Arif DEMİR1,3

1 BEAM ARGE Optik Lazer Teknolojileri Ltd.Şti Kocaeli/Türkiye 2 Kocaeli Üniversitesi Havacılık ve Uzay Bilimleri Fakültesi Kocaeli/Türkiye

3 Kocaeli Üniversitesi Fizik Bölümü Kocaeli/Türkiye [email protected]

Özet İmalat yöntemlerinin Endüstri 4.0’a hazırlandığı günümüzde otomasyon teknolojilerinde de önemli gelişmelerin olduğu gözlenmektedir. Bunlarda en önemlilerinden biride üzerinde yoğun proje geliştirme ve araştırma çalışmalarının gerçekleştirildiği 3D yazıcılardır. Katmanlı üretim teknolojisi ile karmaşık geometrilere sahip parça üretilebilmekte ve tasarım değişikliği için hiçbir maliyet ya da süre gerekmemektedir. Katmanlı üretim geleneksel imalat yöntemleri göre tasarım sınırı olmadan, karmaşık geometriler ve yapımı güç parçalar üretilebilmektedir.SLS(Selective Laser Sintering/Melting) katmanlı üretim tekniği ile Cad programları aracılığı ile tasarımı yapılan modelin stl. dosya formatı ile sisteme aktarılarak,tasarlanan parçanın kullanım alanına uygun olan metal tozunun lazer ile eritilerek tasarlanan yapının katmanlar halinde oluşturması tekniğidir.Bu teknik ile katman kalınlığı 20-100μm aralığında oluşmaktadır.Lazer eritmeli katmanlı üretim tekniği üretim metoduna bağlı olarak toz yataklı (SLS/SLM) veya toz beslemeli (Laser Cladding) olarak ayrılmaktadır.Katmanlı üretim tekniği ile üretilen metal numunelerin elementel analizlerinde kullanılabilecek XFR,EDX,X-ray spekroskopi sistemleri numune hazırlama,vakum ortamı gibi özel ortamlara gereksinim duymaktadır.Bu spektroskopik analiz yöntemleri ile metal numunelerin içerisinde küçük atom numarasına sahip ve ppm seviyesinde bulunabilecek elementlerin analizinde düşük hassaiyete sahiptirler.LIBS(Laser Induced Breakdown Spectroscopy) katmanlı üretim anında kantitatif multi-elemental analiz için uygun bir analiz sistemidir.LIBS tekniğin uzaktan algılama özelliği,küçük atom numaralı elementleri tespit edebilme yeteneği ile katmanlı üretim analiz yöntemi için avantaja sahiptir.Katmanlı üretim anından analiz sistemi için geliştirilen ışın toplama sistemininde toz yayma ve toz beslemeli üretim sistemlerine entegre edilebilecek yapıya sahip olması LIBS sisteminin avantajını sunmaktadır.Bu çalışma ile SLS(Selective Laser Sintering) tekniği ile LIBS(Laser Induced Breakdown Spectroscopy) analiz sisteminin tek bir sistem üzerinde birleştirilerek üretim anında parça üzerinden multi elementel,nicel ve gerçek zamanlı ölçüm alınması hedeflenerek sistem oluşturulmuştur. Bilgilendirme:Bu çalışmada TÜBİTAK TEYDEB’e destekleri için teşekkür ederiz. Anahtar kelimeler: Addative Manufacture,LIBS,SLS Kaynakça [1] VasilyN.Ledneva,PavelA.Sdvizhenskii,RomanD.Asyutinc,RomanS.Tretyakovc,MikhailYa.Grishina, AntonYa.Stavertiyc,SergeyM.Pershina ‘’In situ multi-elemental analysis by laser induced breakdown spectroscopy in additive manufacturing’’ doi.org/10.1016/j.addma.2018.10.043 ,2019 [2]https://www.stm.com.tr/documents/file/Pdf/1.katmanli_imalat_teknolojileri_raporu__2016-08-03-14-11-28.pdf Ziyaret tarihi:22.08.2019 [3] J-P. Kruth, P. Mercelis and J. Van Vaerenbergh , L. Froyen and M. Rombouts ‘’ Binding mechanisms in selective laser sintering and selective laser melting’’ doi.org/10.1108/13552540510573365 , 2019 [5] David A. Cremers and Rosalie A. Multari, Andrew K. Knigh ‘’ Laser-induced Breakdown Spectroscopy’’

DOI: 10.1002/9780470027318.a5110t.pub3 ,2016


34

İnce Film Optik Filtreler için Otomatize Tasarım Sistemi

Zeynep Arslantürk*,1,2, Alperen Sezgin3, Osman Saygıner4,5 1Endüstri Mühendisliği, Yıldız Teknik Üniversitesi, [email protected]

2Türkiye Şişe ve Cam Fabrikaları, Bilgi Teknolojileri Teknoloji Geliştirme Müdürlüğü 3Şişecam Bilim ve Teknoloji Merkezi, [email protected]

4Trento Üniversitesi - İnşaat, Çevre ve Makine Mühendisliği Departmanı, [email protected] 5İtalya Ulusal Araştırma Kurumu (CNR) - Trento Fotonik ve Nanoteknoloji Enstitüsü (IFN -

CSMFO), Bruno Kessler Vakfı - Fotonik Birimi, [email protected]

Özet İnce filmler, kalınlıkları nanometre-mikrometre boyutları arasında değişen malzeme tabakalarının oluşturduğu yapılardır. Mikroelektronik, devre elemanları üretimi, güneş pilleri, optik sensörler ve koruyucu kaplamalar gibi ışığın kontrolünü gerektiren ve ışığın optik özelliklerinden yararlanılan, optoelektronik ile ilgili hemen her alanda kullanılmaktadırlar [1,2]. İnce filmlerin optik özelliklerinden yararlanılarak, farklı malzemelerin dizilimi ile malzemelere doğada var olmayan davranışlar kazandırılabilir. Bu özelliklerden yararlanılarak tasarlanan ince film filtreler, optik ve fotonik uygulamalarının geliştirilmesi için büyük bir önem taşımaktadır. Bu çalışmada, ince film yapılarının Transfer Matris Yöntemi [3] ile benzetiminin gerçekleştirilmesi ve daha sonra benzetim modelinin Meta-Sezgisel Optimizasyon Algoritmaları [4] ile çalıştırılması ile tasarım isterilerini karşılamayı hedefleyen otomatize bir sistemin oluşturulması amaçlanmıştır. Böylelikle üstün ve özgün ürün tasarımları için bir çatı yöntem geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu çalışma Türkiye Şişe ve Cam Fabrikaları A.Ş. sanayi ortaklığıyla yürütülmekte olup, TÜBİTAK 2209-B Sanayiye Yönelik Lisans Araştırma Projeleri Destekleme Programı (2019/1) kapsamında desteklenmektedir. Anahtar Kelimeler: İnce Filmler, Transfer Matris Yöntemi, Tasarım Mühendisliği Kaynakça 1. Macleod, A. Thin-Film Optical Filters, 4th edition, by H. Angus Macleod; 2012; Vol. 53; ISBN 9781420073027. 2. Sayginer, O.; Chiasera, A.; Zur, L.; Varas, S.; Tran, L.T.N.; Armellini, C.; Ferrari, M.; Bursi, O.S. Fabrication, Modelling and Assessment of Hybrid 1-D Elastic Fabry Perot Microcavity for Mechanical Sensing Applications. Ceram. Int. 2019. 3. Topasna, D.M.; Topasna, G.A. Numerical modeling of thin film optical filters. Educ. Train. Opt. Photonics 2009, EP5. 4. Sayginer O., Kiziltas G., “Integrated topology optimization of volumetric antenna substrates and conductor surfaces for broadband microstrip patch antennas“, IEEE AP-S Symposium on Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting, 2017, San Diego, California, USA.


35

Modelling and Parameter Optimization of Selective Laser Melting Process

Birol KÖSE1,2, Zafer BİNGUL1

1. Mechatronics Engineering, Kocaeli University, Kocaeli, Turkey 2. Arma Filtre Sistemleri Sanayi ve Tic. A.S, Sakarya, Turkey

E-mail: [email protected]

ABSTRACT

In today's developing technology and industrial conditions, inadequate traditional manufacturing methods lead us to develop new manufacturing methods such as additive manufacturing (AM). The progress in the speed and performance of AM machines, the diversification of the materials, the decrease in the prices of the machine and the materials further increase the interest in this technology. When the additive manufacturing method is compared to traditional manufacturing methods, it provides rapid prototyping, flexible operation, low energy consumption, minimum consumable (waste) material, production and easy use of difficult shape and geometry products which can not be produced by other production methods. Additive manufacturing is a method developed to produce complex geometries in layers using 3B Cad data. Additive manufacturing is more advantegous than conventional method in term of flexible production. However, to achieve this advantage, it is very important to work with optimize proses parameters. Otherwise the overall part quality can be poor due to mechanical and thermal defect. Parts produced with optimum parameters eliminate of thermal stresses and structural deterioration and increase efficiency. It is used many sectors mainly aerospace, biomedical and energy in terms of working efficiency and flexibility. In this study, the thermal and mechanical properties of the powder bed fusion process were analyzed in COMSOL Multiphysics program by the selective laser melting (SLM) method. The SLM process is based on during the melting the material with laser beams. The biggest problems encountered in the application are thermal stress, gaps and distortions during melting. This modeling is necessary to determine the thermal behavior of the process. The most important part of this process is the heat transfer to the material with optimum laser power at the desired scanning speed. In the modeling, the high resolution solid surface is used instead of powder. Laser beam intensity distribution is modeled in gaussian form. For different power and scanning speed values, the laser beam is moved over the surface and heat transfer is provided. The results obtained were compared with the experimental results obtained from the articles in the literature under the same conditions.[1] In this comparison, the results were tested in agreement with each other. The aim of this study is to find the most optimum parameters for the materials to be processed and to eliminate thermal stresses, gaps and distortions during melting. In addition, process behavior can be monitored and controlled. Also with this modeling, it is believed that the working parameters of the materials used in the SLM process or which will be added new can be predicted.

Keywords: Additive Manufacturing, SLM, Melt Depth, Laser Beam, Parameter Optimization References [1] Ansari MJ., Nguyen DS., Park HS. Investigation of SLM Process in Terms of Temperature Distribution and Melting Pool Size: Modeling and Experimental Approaches. Materials 2019, 12, 1272


36

Biomedical Device for Early Breast Cancer Detection: Device Performance Improving by Plasmonic-Photonic Mask

Sanem Meral, Ezel Yalçınkaya, Metin Eroğlu, Ahmad Salmanogli, H.Selçuk Geçim

Faculty of Engineering, Cankaya University Electrical and Electronics Engineering Department, Ankara, Turkey

[email protected], [email protected]

Abstract In this article, a new device to detect breast cancer at an early stage, is presented. The main advantages of the device are its easy operational procedure, portability, high accuracy due to usage of plasmonic-photonic mask and the low cost. In fact, the novelty of the device presented is to apply the new mask called plasmonic-photonic mask for precise analysis of the captured images. In the early stage of the work, a phantom model is employed and the operation of the system is realized. It is shown that the image processing toolbox is safely matched with the device. It should be noted that for the in-vivo imaging, the device should be completed and equipped with a high accuracy charge coupled device (CCD) and laser. Keywords: Biomedical Imaging Device, In-vivo Imaging, NIR, Plasmonic Resonance, Plasmonic Mask. References Grover, V., Tognarelli, J., Crossey, M., Cox, I., TaylorRobinson, S. and McPhail, M., 2015. Magnetic Resonance Imaging: Principles and Techniques: Lessons for Clinicians. Journal of Clinical and Experimental Hepatology, 5(3), pp.246-255. Goldman, L., 2007. Principles of CT and CT Technology. Journal of Nuclear Medicine Technology, 35(3), pp.115-128. Basu, S., Hess, S., Nielsen Braad, P., Olsen, B., Inglev, S. and Høilund-Carlsen, P., 2014. The Basic Principles of FDG-PET/CT Imaging. PET Clinics, 9(4), pp.355-370. Schueler, B., 1998. Clinical applications of basic x-ray physics principles. RadioGraphics, 18(3), pp.731-744. Moseley, T., 2016. Digital Mammography and Digital Breast Tomosynthesis. Clinical Obstetrics and Gynecology, 59(2), pp.362-379. Yasrib, A. and Suhaimi, M., 2003. Image Processing in Medical Applications. Journal of Information Technology Impact, 3(2), pp.63-68. Gonzalez, D., 1993. Digital Image Processing. Addison Wesley. Joo, S., Yang, Y., Moon, W. and Kim, H., 2004. ComputerAided Diagnosis of Solid Breast Nodules: Use of an Artificial Neural Network Based on Multiple Sonographic Features. IEEE Transactions on Medical Imaging, 23(10), pp.1292-1300. Moon, W., Lin, Y., O'Loughlin, T., Tang, Y., Kim, D., Weissleder, R. and Tung, C., 2003. Enhanced Tumor Detection Using a Folate Receptor-Targeted NearInfrared Fluorochrome Conjugate. Bioconjugate Chemistry, 14(3), pp.539-545. DeSchepper, A., Parizel, P., Ramon, F., DeBeuckeleer, L. and Vandevenne, J., 1997. Imaging of Soft Tissue Tumors. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. Cletus, B., Künnemeyer, R., Martinsen, P., McGlone, A. and Jordan, R., 2009. Characterizing liquid turbid media by frequency-domain photon-migration spectroscopy. Journal of Biomedical Optics, 14(2), p. 24-41. Clement, M., Daniel, G. and Trelles, M., 2005. Optimising the design of a broad¬band light source for the treatment of skin. Journal of Cosmetic and Laser Therapy, 7(3-4), pp.177-189. Ash, C., Dubec, M., Donne, K. and Bashford, T., 2017. Effect of wavelength and beam width on penetration in light-tissue interaction using computational methods. Lasers in Medical Science, 32(8), pp.1909-1918. Salmanogli A.,Salimi, K., 2017. Lattice plasmon effect on imaging resolution: Point-spread function enhancing. Sensors and Actuators A: Physical, 267, pp.21-29. Salmanogli A., Farhadnia, F., 2016. Portable in-vitro & invivo imaging system in the low photon condition based on the plasmonic-photonic virtual mask image processing system, IR PATENT: G06T; A61B; G06K. Salmanogli A., Gecim, H., 2018. Quantum eye: Lattice plasmon effect on quantum fluctuations and photon detection. Annals of Physics, 394, pp.162-178. Salmanogli, A., Gecim, H. and Piskin, E., 2018. Plasmonic System as a Compound Eye: Image Point-Spread Function Enhancing by Entanglement. IEEE Sensors Journal, 18(14), pp.5723-5731. Salmanogli, A., Salimi, K., Farhadnia, F. and Usta, D., 2017. Sensitive plasmonic-photonic nanosensor as a morphologic mask. Optical Materials, 70, pp.73-82.


37

Broadband Reflectance from Refractory Metals

Muhammed Ali Keçebaş1,*, Kürşat Şendur1,2 1Faculty of Engineering and Natural Science, Sabanci University, Istanbul, 34956, Turkey

2Sabanci University Nanotechnology Application Center, Istanbul, 34956, Turkey *Corresponding author: [email protected]

Özet Good thermomechanical properties of refractory metals, including tungsten, tantalum, molybdenum, and niobium, make them attractive candidates for operation in extreme environments. In addition, their ability to reflect thermal radiation in the infrared region beyond 1.5 μm makes them attractive for use as reflective surfaces in extreme environments. These refractory metals, however, have relatively poor reflectivity in the visible and near-infrared spectral regions, making them absorb incident thermal radiation. Average absorption percentages of these metals at the 300–1500 nm spectrum is in the range of 40%–50%. In this paper, we propose and demonstrate that by using periodic thin-film dielectric coatings deposited over refractory metals, the absorption of thermal radiation can be drastically reduced. Various thin-film optical filter designs are investigated to engineer and improve the spectral reflectivity of refractory metals in the visible and near-infrared spectral regions without deteriorating the performance beyond 1.5 μm. TiO2, Al2O3, and SiO2 are used as materials, which are dielectrics that do not absorb incident radiation in the visible and near-infrared with high melting points and Young’s modulus. Our results indicate that a combination of several periodic segments, designed at different wavelengths around which high reflectivity is desired, can be utilized to generate high reflectivity in the broadband spectrum. Bandwidth and magnitude of the reflectivity over the spectrum are highly dependent on materials, number of segments, and number of layers in the segments of the filters. Besides designing periodic segments, an approach based on impedance mismatch for designing broadband reflective refractory surfaces is presented in this work. The most notable applications in which highly reflective refractory surfaces are utilized are hypersonic applications [1–3], space applications [4], and solar/thermophotovoltaics [5,6] in which extreme temperatures are observed. Anahtar kelimeler: Multilayer Design, Thin Films, Optical Filters, Thermal Radiation Kaynakça 1. D. M. Van Wie, D. G. Drewry, D. E. King, and C. M. Hudson, “The hypersonic environment: required operating conditions and design challenges,” J. Mater. Sci. 39, 5915–5924 (2004). 2. T. H. Squire and J. Marschall, “Material property requirements for analysis and design of UHTC components in hypersonic applications,” J. Eur. Ceram. Soc. 30, 2239–2251 (2010). 3. A. Mack, “Aerothermodynamic behaviour of a generic nosecap model including thermomechanical structural effects,” Aerosp. Sci. Technol. 11, 386–395 (2007). 4. E. A. Thornton, Thermal Structures for Aerospace Applications, AIAA Education Series (American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1996). 5. E. Rephaeli and S. Fan, “Absorber and emitter for solar thermophotovoltaic systems to achieve efficiency exceeding the Shockley- Queisser limit,” Opt. Express 17, 15145–15159 (2009). 6. S. Molesky, C. J. Dewalt, and Z. Jacob, “High temperature epsilon-near-zero and epsilon-near-pole metamaterial emitters for thermophotovoltaics,” Opt. Express 21, A96–A110 (2013).


38

Single-Photon Nanoantenna with Ag-hBN Quantum Plasmonic System

O. Yücel1,3, S. Ateş2, A. Bek1

1- Middle East Technical University, Ankara 2- Izmir Institute of Technology, İzmir

3- Bilkent University, Ankara [email protected]

Abstract Quantum light sources are at the core of quantum technologies and single-photon sources (SPSs) are perfect components with their purely non-classical light emissions for the demand. In this connection; quantum dots, diamond N-V centers, trapped-ions are some of the examples for SPSs. However, practicality of on-chip applications of two-dimensional materials, room temperature operation, high brightness and photostability features make hexagonal Boron Nitride (hBN) defect centers a hot topic for research. In this work, defect centers embedded in hexagonal Boron Nitride (hBN) multilayers are studied. Their emission properties are experimentally modified using plasmonic nanoantennae. Computational investigations are performed in order to characterize nanocavity parameters. In the quantum emitter part, hBN defect emission characteristics are studied experimentally and demonstrated to have bright and stable quantum emitter features. For the coupling part, first, hBN flakes spread over a vast area are surveyed and spotted emissive defect centers were spatially marked and characterized using angle-, power-, time-resolved photoluminescence spectroscopy and HBT interferometer. After fabricating nanoantennae on hBN multilayers, very same defect centers are re-found and measurements are repeated. As a result, depending on size of the nanoantennae, quenching and enhancement of photon emission effects are observed. It is also shown that sub-Poissonian photon statistics of a defect is not affected by a plasmon cavity. Finally, the experimental findings are confirmed via simulation results and used to estimate the configuration of the defect-nanoantenna system. Keywords: Single-photon source, Purcell effect, h-BN defect center, Quantum plasmonics References 1) Purcell, E. M. Spontaneous emission probabilities at radio frequencies. Physical Review 1946, 69, 681. 2) Tran, T. T.; Bray, K.; Ford, M. J.; Toth, M.; Aharonovich, I. Quantum emission from hexagonal boron nitride monolayers. Nature Nanotechnology 2015, 11, 37. 3) Chang, D. E.; Sørensen, A. S.; Hemmer, P. R.; Lukin, M. D. Quantum Optics with Surface Plasmons. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 053002.


39

Ultimate Material Selection Methodology for Ultra-Broadband M-I-M Metamaterial Absorber

Imre Ozbay1,* 1Department of Electrical and Electronics Engineering, Middle East Technical University,

06810Ankara Turkey * Corresponding authors: [email protected]

Abstract We demonstrate an ultra-broadband metal-insulator-metal (MIM) metamaterial absorber of unrivaled bandwidth within the near-infrared (NIR) regime. For any metal with a given n-k data, the maximum attainable absorption bandwidth for a MIM cavity is investigated. An ideal metal in such structures should have positive real permittivity part in the NIR regime. Through our novel analysis methodology based on transfer matrix method (TMM), we reveal and exploit the extraordinary optical response of Bismuth (Bi) metal. Contrary to noble and lossy metals utilized by most research groups within the field, this requirement is satisfied only by Bismuth, whose data greatly adheres to the ideal material properties predicted by our analysis. A Bi nano disc MIM resonator with an absorption above 0.9 in an ultra-broadband range of 800 nm- 2410 nm is designed, fabricated, and characterized. To the best of our knowledge, this is the broadest absorption bandwidth (BW) reported for a MIM cavity in the near infrared with its upper to lower absorption edge ratio of more than three. Keywords: Metamaterials, Plasmonics, Ultra-broadband absorbers


40

Yapılandırılmış Aydınlatma Mikroskopisi ve Uygulanması

Musa Aydın1, Buket Doğan2, Yiğit Uysallı3, Ekin Özgönül3, Alper Kiraz3,4 1Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Fatih Sultan Mehmet Vakıf Üniversitesi, İstanbul

2Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Marmara Üniversitesi, İstanbul 3Fizik Bölümü, 4Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Koç Üniversitesi, İstanbul

[email protected] Özet Yapılandırılmış Aydınlatma Mikroskopisi (Structured Illumination Microscopy - SIM) tekniği, sinusoidal aydınlatma desenleri ile aydınlatılmış ve elde edilmiş ham verileri kullanarak süper çözünürlüklü görüntüleme yapmayı sağlayan bir tekniktir [1]. Gelenelsel geniş alan aydınlatmalı (Wide Field Illumination) mikroskipi tekniğinde, örnek modüle edilmemiş, uniform bir aydınlatma kaynağı ile aydınlatılır ve örnekten toplanan floresans şiddeti kaydedilir [2].

Geleneksel geniş alan aydınlatmalı mikroskobik sistemin çözünürklük limiti kesim frekansı;

şeklinde hesaplanmaktadır. mikroskobik sisteme ait Optik Transfer Fonksiyonunun (Optical Transfer Function - OTF) kesim frekansıdır. SIM tekniğinde OTF kesim frekansı yaklaşık olarak 2 katına çıkarılmaktadır, buda SIM yöntemi ile elde edilen görüntünün orijinal geniş alan aydınlatmalı mikroskobik görüntüleme sistemine göre 2 kat daha yüksek çözünürlüğe sahip görüntünün oluşturulmasını sağlamaktadır. SIM tekniğinde, modüle edilmiş sinüs aydınlatma desenleri, örneğin yüksek frekans bileşenleri ile örtüşmektedir (overlap). SIM yöntemin temel adımları; örneğin farklı faz ve yönelime sahip patternlerler aydınlatılması (Şekil 1-a), elde edilen ham görüntülerin frekans uzayında doğru konumlarına kaydırılması (Şekil 1 -c), frekans uzayında doğru konumlarına kaydırılan görüntülerin birleştirilerek yüksek çözünürlüklü görüntünün elde edilmesi şeklinde sıralanabilir [3].

Şekil 1 SIM aydınlatm patterni ve yeniden yapılandırma (reconstruciton) aşamaları

Örnek 2D olarak modüle edilmiş bir pattern ile aydınlatılmıştır aydınlatma patternine ait yönelim (orientation) ok ile gösterilmiştir (Şekil 1-a). Şekil 1-b’ de aydınlatma patterninin fourier dönüşümü gösterilmektedir, ±k aydınlatma patterninin uzamsal frekansıdır. SIM yönteminde ile örnek farklı faz ve yönelime sahip aydınlatma patternleri ile

aydınlatılarak ham veriler elde edilir. Aydınlatma patternleri faz değerleri (0, , ), yönelim (orientation) (0, ,

şeklindedir. Ham olarak elde edilen görüntüler, sonradan işlenerek Şekil 1-d’ de gösterilen gözlemlenebilir frekans alanın ≅ 2 kata kadar çıktığı nihai görüntü elde edilir. Bu çalışmada modüle edilmiş aydınlatma desenlerinin oluşturulması için DMD(Digital Micromirror Device) cihazından yararlanılmıştır [4]. Anahtar kelimeler: Structured Illumination Microscopy, DMD, Kaynakça [1] M. G. L. Gustafsson, “Surpassing the lateral resolution limit by a factor of two using structured illumination microscopy. SHORT COMMUNICATION,” J. Microsc., vol. 198, no. 2, pp. 82–87, May 2000. [2] B. O. Leung and K. C. Chou, “Review of Super-Resolution Fluorescence Microscopy for Biology,” Appl. Spectrosc., vol. 65, no. 9, pp. 967–980, Sep. 2011. [3] A. Lal, C. Shan, and P. Xi, “Structured Illumination Microscopy Image Reconstruction Algorithm,” IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., vol. 22, no. 4, pp. 50–63, 2016. [4] F. P. Martial and N. A. Hartell, “Programmable illumination and high-speed, multi-wavelength, confocal microscopy using a digital micromirror.,” PLoS One, vol. 7, no. 8, p. e43942, Aug. 2012.


41

Bismuth Meta-absorbers: A Nano-sized Blackbody with Nanosecond-scale Excited State Hot Electron Lifetime

Amir Ghobadi1, 2, Turkan Gamze Ulusoy Ghobadi1, 4, *, Ekmel Ozbay1, 2, 3, 4, *

1NANOTAM-Nanotechnology Research Center, Bilkent University 2Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University

3Department of Physics, Bilkent University 4UNAM-Institute of Materials Science and Nanotechnology, Bilkent University

* Corresponding authors: Amir Ghobadi [email protected]

Özet In this study, we reveal extraordinary potential of bismuth (Bi) metal in achieving light perfect absorption in deep sub-wavelength geometries throughout a broad frequency regime. For this aim, a large scale compatible scheme is adopted to create densely packed disordered Bi nanorods. Later, material, optical and electrochemical characterizations are conducted on the Bi meta-absorber design. Figure 1a depicts the scanning electron microscopy (SEM) image of the sample. The optical characterizations reveal that, the proposed structure is a near ideal “blackbody” absorber that harvest all incoming photons from ultraviolet (UV) to mid-infrared (MIR). The absorption spectra of the sample has been depicted in Figure 1a. Afterward, this broad absorption response is utilized for realization of a hot electron based photo-electrochemical water splitting cell. Electrochemical characterizations proved superior photocurrent values for nano Bi design (Figure 1c). In-depth analysis of carrier dynamics, using transient femtosecond absorption spectroscopy, unveiled that this high photocurrent values originate from unprecedented hot carrier lifetime which was in the order of nanoseconds (Figure 1d). The achievements of this paper proves that Bi semimetal based perfect absorbers can significantly boost the efficiency of hot electron based systems and bring this technology one step closer to commercialization. Anahtar kelimeler: Bismuth, Metamaterials, Plasmonics, Hot electron, Water splitting

Kaynakça 1. Ghobadi, A., Hajian, H., Butun, B. & Ozbay, E. Strong Light − Matter Interaction in Lithography-free Planar Metamaterial Perfect Absorbers. ACS Photonics 5, 4203–4221 (2018). 2. Ghobadi, A., Hajian, H., Gokbayrak, M., Butun, B. & Ozbay, E. Bismuth based metamaterials : color From to narrowband reflective filter extremely broadband near perfect absorber. Nanophotonics 1, 1–10 (2019).


42

İleri Elektronik Üretim Tekniklerine Yönelik Küme Mod Lazer Malzeme İşleme Sistemi

Volkan Türker1,*, Svitlana Pavlov1, M. Emre Yağcı1, Ihor Pavlov2, Erşan Tunçkol1,

C. Mesut Tasalı1, S. Koray Eken1 1FiberLAST, A.Ş., 06800 Ankara, Türkiye

2Fizik Bölümü, ODTÜ, 06800 Ankara, Türkiye *[email protected]

Lazer ile yapılan malzeme işleme uygulamalarında, lazerin malzeme üzerinde oluşturduğu ısı ve malzeme yüzeyinde oluşan hasarın malzeme işleme kalitesiyle doğrudan bir ilişkisi vardır. Bu sebepten ötürü endüstride mikro boyutlar mertebesindeki malzemelerin işlenmesinde, sebebiyet vereceği ısıl etkilerin ve hasarın az olması sebebiyle ultrahızlı lazerler öncelikli olarak tercih konusu olmaktadır. Ultrahızlı lazerlerin sadece mikroboyutta malzeme işleyebilme kabiliyeti değil aynı zamanda güneş paneli, dijital ekran, elektronik devre, sensör vb bileşenlerin üretimine yönelik silikon, polimer, cam, metal vb alttaş üzerinde yüksek kaliteli filmlerin yığma/kaplama (deposition) yapılması, spektroskopi, nano boyutta baskı/desenleme (patterning), fotolitografi v.b. gibi uygulamalarda da önemli avantajları vardır. Ultrahızlı lazerlerde atım uzunlukları pikosaniye, femtosaniye mertebelerinde olup son derece kısadır ve bir önceki paragrafta belirtilen uygulamalar için çok elverişlidir. Bununla birlikte lazer atım enerjileri, uzun atımlı sistemlerle karşılaştırıldığında düşük kalmakta olup endüstriyel uygulamalar için işlem süresi olarak yavaş kalmaktadır. Küme-mod (burst-mode) çalışma rejimi buna çözüm olabilecek bir gelişmedir. Ultrahızlı lazerlerin ablasyon parametreleri ve dolayısıyla malzeme işleme hassasiyeti ve hızı, lazer atımlarının kümelendirilmesiyle, kontrollü bir hale getirilebilir. Burada kümelendirilme prosesi, lazer atımlarının belirlenebilen aralıklar ile kendini tekrar eden küme paketlerinin içine sıkıştırılması ve bu küme paketlerinin atım küme paketlerinin içlerindeki atımların sayısının kontrolüyle, her bir atım grubunun sahip olacağı tepe güçlerinin kontrol edilebilmesini ifade etmektedir. Dolayısıyla kontrollü bir ablasyon işlemi söz konusu olabilmektedir [1]. Ablasyon olayının gerçekleşmesi için, lazer ışık şiddetinin (birim alana düşen optik güç) belli bir eşik değeri üzerinde olması gereklidir. Yeterli optik güce ulaşmak, çoğu durumda ancak lazeri darbeli hale getirmekle mümkün olur. Atımlı lazerlerde, lazer enerjisi kısa bir atım süresine sıkıştırıldığı için tepe güç oldukça yüksek seviyelere ulaşabilir. Bu sebepten ötürü femtosaniye ile malzeme işlemede kullanılan sinyallerin tepe güçleri çok yüksektir. Dolayısıyla her bir atım önemli miktarda malzemeyi ablasyona uğratır. Lakin gönderilen enerjinin büyük bir kısmı, malzeme işleme için gerekli eşik enerjisinin gereksiz derece üstünde kalmaktadır. Bu durumu verimli hale getirmeye yönelik olan bir başka yaklaşım da çok daha düşük enerjili atımların daha sık bir şekilde kullanılması üzerinedir. Yapılan çalışmanın ana motivasyon kaynağı olan, ablasyon-soğutmalı malzeme kaldırma fikri [2], yüksek tekrar frekanslı ultrahızlı lazer atımları ile malzeme üzerinde enerjinin yayılmasına izin vermeden ve sadece işlem alanının çevresinde asgari düzeyde hasar oluşturarak, atımların kümülatif etkisinin sonucuyla birlikte, yüksek verimlilikte malzeme buharlaştırılması olarak özetlenebilir. Küme içerisindeki atımların sayısının ve gücünün kontrolü ile bu yöntemin kullanılması mümkündür. Söz konusu bu çalışmada küme paketli, yüksek enerjili, femtosaniye atımlı, Yb+3 katkılı ve küme-mod rejimini kullanabileceğimiz yeni bir lazer malzeme işleme sistemi geliştirilmektedir. Bu lazer sistemi, ultrahızlı kısa atımların üretilmesi için gerekli fiberoptik bir salıngaç içermektedir. Salıngaçtan elde edilen pikosaniye mertebesindeki atımlı lazer önce frekans çoğaltıcıdan geçer ve burda sinyalin frekans değeri yükseltilir. Atımlar, frekans çoğaltıcıdan sonra genişletme fiberinde, zaman uzayında genişletilirler. Ardından yükselteçler fiberoptik sisteme eklenir ve genişletilmiş atımlı lazer bu bölgede güçlendirilir. Atım genişletme yapılmaz ise güçlendirilen atımların enerjileri fiber içerisinde kontrol edilemeyecek etkilerin oluşmasına sebep olur. Bu işlemin ardından güçlendirilmiş atımlar optik bir sıkıştırıcıda, atım daraltma işlemine tabi tutulur. Bu teknik, literatürde “chirp pulse amplification” yöntemi olarak isimlendirilir. Söz konusu bu atımlı lazer, ilk yükselteçte bir başka fiberoptik komponent ile kümelendirilir. Bu kümelendirilme süresince kümelerin içerisindeki atımların tepe güçlerinin, küme tekrar sürelerinin ve küme uzunluklarının kontrolü mümkündür. Kümelerin içerisindeki atımların tekrar frekansı ise, tamamen salıngaç ve frekans çoğaltıcı ile alakalıdır. Bu çalışmanın ana motivasyon kaynağı olan, ablasyon-soğutmalı malzeme kaldırma tekniğinin doğası gereği, sistemdeki 1- 2 GHz’lik atım tekrarı değeri, frekans çoğaltıcı ile yakalanacak ve kümelendirme işlemiyle, küme içerisindeki atımların sayısının ve tepe güçlerinin kontrolü ile bu yöntemin kullanılması gerçekleştirilecektir. Böylelikle, ablasyon-soğutmalı malzeme kaldırma yöntemi gerçekleştirilmesi için gerekli, düşük küme frekanslı, yüksek küme içi frekanslı ultrahızlı atımların, küme içerisindeki sayılarının kontrolüne bağlı olarak malzeme üzerinde asgari miktarda enerji aktarımının sağlanması ve bu aktarımların kümülatif etkisinin sonucuyla birlikte, kullanılacak malzemeye göre verimli bir malzeme işleme işlemi gerçekleştirilecektir. Proje kapsamında, salıngaç ile birlikte frekans çoğaltıcıya kadar gerekli bütün fiberoptik sistem kurulmuştur. Devam sürecindeki hedefimiz, frekans çoğaltıcısını, yükselteçleri ve atım sıkıştırma düzenini bitirip, bütün sistemi endüstriyel olarak seri üretime uygun ve kullanıcı tarafından kolaylıkla kullanılabilecek arayüzlere ve kullanım kolaylıklarına sahip, ucuz bir ürün olarak tamamlamaktır. 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 ] Kerse C., Kalaycıoğlu H., Elahi P., Çetin B., Kesim D. K., Akçaalan Ö., Yavaş S., Aşık M. D., Öktem B., Hoogland H.,

Holzwarth R., and, Ilday F. Ö., “Ablation-cooled material removal with ultrafast bursts of pulses,” Nature 537, 84-88, 2016


43

Plasmonically Enhanced Bio-polymer Interfaces Using Gold Nanoparticles for Extracellular Photostimulation of SH-SY5Y Cells

Rustamzhon Melikov,a Shashi Bhushan Srivastava,b Sedat Nizamoglu a,b,*

a Department of Electrical and Electronics Engineering, Koc University, Istanbul, Turkey b Graduate School of Biomedical Science and Engineering, Koc University, Istanbul, Turkey

*[email protected] Abstract Recently there is an extensive research effort for developing new devices for neuronal photostimulation. Metallic nanoparticles were widely used for photothermal stimulation of neurons and polymers are ideal photoactive materials due to their biocompatibility and mechanical property [1-2]. Their combination can generate interesting device structures [3]. Different from the previous neurostimulation strategies, which in general uses photothermal stimulation at high light intensity levels, we demonstrate plasmonically enhanced photocurrent generation to enhance extracellular stimulation at low intensity levels. We observed more than two times photocurrent enhancement due to plasmonic enhancement, in comparison with photoactive layer without Au nanoparticles. Keywords: photostimulation, plasmonics, ... References 1. Martino, N., et.al. (2015). Photothermal cellular stimulation in functional bio-polymer interfaces. Scientific reports, 5, 8911. 2. Ghezzi, D., et.al. (2011). A hybrid bioorganic interface for neuronal photoactivation. Nature Communications, 2, 166. 3. Carvalho-de-Souza, J. L., et.al. (2015). Photosensitivity of neurons enabled by cell-targeted gold nanoparticles. Neuron, 86(1), 207-217. 4. Zhang, H., et.al. (2012). Layered nanocomposites from gold nanoparticles for neural prosthetic devices. Nano letters, 12(7), 3391-3398.


44

Yüksek Sıcaklık Teknikleri Kullanılarak Tek Kristal Si Alttaşlardaki Safsızlıkların Elektriksel Olarak Pasifleştirilmesi

Cem Alibeyoğlu1, Levent Özkarayel1, M. Cihan Çakır1, Ekmel Özbay1

1Bilkent Üniversitesi, Nanoteknoloji Araştırma Merkezi, Ankara Özet Bu çalışmada, ‘Float Zone’ tekniği kullanılarak üretilmiş olan yüksek dirençli (>15kohm.cm) Silikon waferlarda elektriksel aktifliğe sahip olan ve aygıt aşamasında istenmeyen büyüklükte kaçak akımlara sebebiyet veren safsızlıkların yüksek sıcaklık etkilerinden yararlanılarak toplanması, yakalanması ve pasifleştirilmesi amaç edinilmiştir. Yığın içerisinde bulunan safsızlıklar özellikle VLSI üretimlerinde aygıt üretim verimliliğini düşüren önemli bir parametredir. Alttaş üretim tekniklerinin gelişen teknolojik imkanlar doğrultusunda geldiği nokta, alttaşın yüksek saflıkta üretilebilmesinde başarı sağlamış fakat yarıiletken endüstrisinde ortaya çıkan ihtiyaçlar, alttaş üretim tekniklerindeki gelişmenin ilerisinde olmuş ve daha yüksek safsızlıklara gereksinim duyulmuştur. Bu sebeple; özellikle yüksek hacimli aygıt üretimlerinde alttaş safsızlıklarının azaltılması, verimliliği önemli ölçüde artırma potansiyeline sahiptir. Bu teknikte üç aşamalı yüksek sıcaklık prosesi uygulanmaktadır. 1170˚C’de gerçekleştirilen birinci aşamada, yeniden düzenlenimle kristal kusur yoğunluğu artırılmakta ve kristal içerisine doymuş oksijen difüz ettirilmektedir. Birinci aşama sonundaki soğuma evresinde ve 700˚C’deki ikinci aşamada doymuş oksijenin çökelmesi giderek büyüyen bir kusur kümesi oluşturmaktadır. 1000˚C’deki üçüncü aşamada safsızlıkların kristal içerisindeki hareket kabiliyetleri yüksek sıcaklık etkisiyle yeniden artırılarak ikinci aşama sırasında oluşturulmuş olan kusur kümeleri içerisine bağlanmaları sağlanmaktadır. Kusur kümesi içerisine hapsedilmiş olan safsızlık atomu artık kristal içerisine taşıyıcı enjekte etme olasılığını kaybetmiştir ve besleme altında kaçak akıma katkı sağlayamayacaktır.

Anahtar kelimeler: safsızlık formasyonu, elektriksel pasifleştirme, aygıt verimliliği Kaynaklar 1. O. Ueda, K. Nauka, J. Lagowski and H.C. Gatos - On the Mechanism of Intrinsic Gettering by Butterfly-Type Defects in Silicon 2. James A. Will, Development and evaluation of an intrinsic gettering process for fabrication of integrated circuits


45

A Stretched-Pulse Mode-Locked Laser Source for Wavelength Sweeping at 1250 nm

Onur ÇAKI1,4, İbrahim AKKAYA1, and Serhat TOZBURUN1,2,3

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

3Department of Biophysics, Faculty of Medicine, Dokuz Eylul University, Turkey 4Department of Electrical and Electronics Engineering, Izmir Institute of Technology, Turkey

[email protected]

Abstract Objective: In this study, we introduce a time-stretched wavelength swept laser source based on stretched-pulse mode-locking. Background: Optical Coherence Tomography (OCT) is an imaging technique to produce 2D cross-section images based on low-coherence interferometry1. Various light sources and systems have been developed for swept-source OCT to date2. Methods: A broadband semiconductor optical amplifier (SOA) technology is used as an optical gain element. The laser comprises a unidirectional ring cavity with two continuous crimped fiber Bragg gratings (FBG) that provide chromatic dispersion to higher degrees. One FBG generates a total positive dispersion of 454 ps/nm at 1250 nm and the other generates a total negative dispersion of -454 ps/nm at 1250 nm. A high-extension lithium-niobate intensity modulator (>30dB extinction at 1250 nm, 4.9 dB loss at maximum transmission) is driven with short pulses (i.e., 0.235 ns full-width at half-maximum pulse profiles) generated a bit pattern generator providing. These pulses are stretched, amplified, and compressed within the ring cavity, and the modulator pulsing is synchronized to a harmonic of the cavity round trip time. Laser output is provided from the cavity by a 20% coupler. Output light is amplified by another SOA. Results: The laser source provides a sweep range of approximately 55 nm centered at around 1250 nm at a sweep rate of >18 MHz. This yields an estimated axial resolution of 13 μm in air. Keywords: Mode-Locking, Pulse Stretching, Wavelength-Swept Laser Source, Dispersion Acknowledgements: This work was supported by TUBITAK under project no [116F192]. References: [1] Huang, D., Swanson, E., Lin, C., Schuman, J., Stinson, W., Chang, W., Hee, M., Flotte, T., Gregory, K., Puliafito C., Fujimoto, J. (1991). Optical coherence tomography. Science, 254(5035), 1178–1181. doi: 10.1126/science.1957169 [2] Klein, T., & Huber, R. (2017). High-speed OCT light sources and systems. Biomedical Optics Express, 8(2), 828. doi: 10.1364/boe.8.000828


46

Soğurucu Katman Kalınlığının CdTe/CdS Güneş Hücresinin Enerji Dönüşüm Verimliliği Üzerine Etkisi

H. Kaplan1,4, H.İ. Efkere2,4, Y. Özen3,4, S.Ş. Çetin3,4, S. Özçelik3,4

1Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Bölümü, 06500 Ankara, Türkiye 2Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Malzeme ve Metalürji Mühendisliği Bölümü, 06500

Ankara, Türkiye 3Gazi Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, 06500 Ankara, Türkiye

4Gazi Üniversitesi, Fotonik Uygulama ve Araştırma Merkezi, 06500 Ankara, Türkiye [email protected]

Özet Bu çalışmada soğurucu katman kalınlığının Cam/ITO/ZnO/CdS/CdTe güneş hücresinin enerji dönüşüm verimliliği üzerine etkisi incelendi. ITO kaplı cam üzerine sırasıyla ZnO, CdS ve CdTe tabakaları Eş-Püskürtme Sistemi kullanılarak kaplandı. Burada CdTe tabakaları 1000, 1500 ve 2000 nm kalınlıklarda kaplandı ve numuneler sırasıyla N1, N2 ve N3 olarak isimlendirildi. Numunelerin kalınlık ölçümleri Profilometre Sistemi, yapısal ve optik ölçümleri X-ışını kırınımı difraktometresi (XRD), Fotolüminesans Spektrometresi (PL) ve UV-Vis Spektrometresi ile yapıldı. Elektriksel analizler için numunelerin metalizasyon işlemleri Isıl Buharlaştırma Sistemi kullanılarak gerçekleştirildi. Elektriksel çıktı parametreleri 1 güneş altında Solar Simülatör Sistemi kullanılarak elde edildi. Ölçüm sonuçları analiz edildiğinde, en yüksek enerji dönüşüm verimliliğinin 1500 nm kalınlığa sahip N2 güneş hücresi yapısında olduğu belirlendi. Anahtar Kelimeler: Güneş Hücresi, İnce Film, CdS/CdTe Teşekkür: Bu çalışma 2011K120290 ve 2016K121220 numaralı projeler ile Cumhurbaşkanlığı Strateji ve Bütçe Başkanlığı tarafından desteklenmektedir.


47

220nm Silicon-on-Insulator Waveguide Simulations

S.Icli1, O. Berat Yildirim2, E. Salih Magden3 Photonic Architecture Laboratories, Department of Electrical and

Electronics Engineering, Koc University, Sariyer, Istanbul 34450, Turkey [email protected], [email protected], [email protected]

Abstract Waveguides are the primary elements of integrated guided-wave photonic systems. Effective index, determining on-chip phase velocity in a waveguide depends on parameters including waveguide geometry, material, and wavelength. Characteristics of on-chip devices heavily depend on the effective index, which has to be accurately determined for each type of waveguide used in the system. The effective index and the field distributions are conventionally calculated by an eigensolver whose accuracy depends on the spatial domain discretization with more accurate results obtained from longer and more memory-intensive simulations. Here, we show a proof-of-concept demonstration that allows a set of simulation results to be used as fitting parameters to quickly obtain various waveguide parameters in the commonly used 220 nm silicon-on-insulator platform without solving for separate eigenmodes. The results obtained with these fitting parameters show agreement with those calculated with the FDTD method in a resonator example while taking only a fraction of the time to run FDTD simulations. Keywords: silicon-on-insulator platform, guided wave photonics, eigenmode simulations


48

Spektral Tekillikler ve Plazmonik Lazerler

M.E. İndap, G. Oktay, M. Sarısaman İstanbul Üniversitesi, Fizik Bölümü, 34134 Vezneciler İstanbul

[email protected] Özet Bu çalışmada spektral tekilliklerin yüzey plazmon polaritonları üzerindeki etkilerini inceleyerek plazmonik lazerlerin çalışma prensiplerini ortaya koyacağız. Bu çalışmamız özellikle difraksiyon limiti içerisindeki optik olguların anlaşılmasına oldukça önemli katkı sağlayarak nanooptik özelliklerin anlaşılmasına yardımcı olacaktır. Bu doğrultuda dielektrik metal arayüzeyine TM modunda elektromanyetik dalgaların gönderilmesi ile yüzey plazmon polaritonların oluşması (YPP) sağlanarak, yine arayüzeyde oluşturulan bir kazanç ortamına elde edilen bu YPP dalgalarının spektral tekillik koşulunun uygulanması ile plazmonik lazer oluşuma sebep olacaktır. Oluşturmuş olduğumuz kuramsal yapı, son yıllarda deneysel olarak çalışılma imnkanı bulunmasına rağmen henüz kuramsal altyapısı bulunmadığı için bu alandaki çalışmalara değerli katkılar sağlayacaktır. Dolayısıyla plazmonik lazerlerin çalışma prensipleri daha net bir şekilde anlaşılmış olacaktır. Mevcut çalışmamızda plazmonik lazerlerin lazer eşik koşulu elde edilerek, optik sisteme ait parametrelerinin bu tür lazer oluşumu için sağladığı gerekli koşullar incelenmiştir. Anahtar kelimeler: spektral tekillikler, yüzey plazmon polariton, plazmonik lazerler, lazer eşik koşulu. Kaynakça: [1] J. M. Pitarke, V. M. Silkin, E. V. Chulkov and P. M. Echenique Rep. Prog. Phys(2007). [2] J. Zhang, L. Zhang, and W. Xu, J. Phys. D 45, 113001 (2012). [3] A. A. Maradudin, J. R. Sambles, and W. L. Barnes, eds., Modern Plasmonics (Elsevier, 2014). M.E. İndap, G. Oktay, M. Sarısaman, Lasing Threshold Condition for Plasmonic Lasers, in preparation.


49

Disordered Silicon Nanorods for Ultrabroadband Light Harvesting

E. B. Bosdurmaz,1,2,3 A. Ghobadi,1,2 and E. Ozbay1,2,3, * 1NANOTAM-Nanotechnology Research Center, Bilkent University, 06800, Ankara, Turkey

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

*e-mail: [email protected] Nanorods composed of different materials are promising solutions for creating metamaterials based nearly perfect absorbers [1]. However, there is no absolute design framework for creating the nearly perfect absorbers that are tuned to the desired wavelength regime. Also most of the designs in the literature that have tuned absorption profiles requires lithography techniques which are not large scale compatible[2]. This study aims to reveal the superiority of aperiodic designs to the periodic ones by proposing the randomness in the design which is inherently available in most of the fabrication routes such as vapor deposition.

Keywords: Perfect absorbers, nanorods, metamaterials. [1] D. U. Yildirim et al., “Disordered and Densely Packed ITO Nanorods as an Excellent Lithography-Free Optical Solar Reflector Metasurface,” ACS Photonics, vol. 6, no. 7, pp. 1812–1822, 2019. [2] A. Ghobadi, H. Hajian, B. Butun, and E. Ozbay, “Strong Light-Matter Interaction in Lithography-Free Planar Metamaterial Perfect Absorbers,” ACS Photonics, vol. 5, no. 11, pp. 4203–4221, 2018.


50

Spatial Concentration of Light via Diffractive Optical Elements Powered by Deep Learning

O. Orakcı1,*, A. Yolalmaz1,2, E. Yüce1,2,3

1Programmable Photonics Group, Department of Physics 2Micro and Nanotechnology Program

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

*[email protected] Abstract With advances in science and technology, controlling light properties such as phase, intensity, direction, etc. bear importance. Diffractive optic elements are dispersive structures with micron-size height which modulate the light properties. Diffractive optic elements are capable of converting and recasting wavefronts employing refraction, reflection, and dispersion simultaneously. DOEs are implemented in many areas such as integrated optics, optical computing, optical sensors, fiber optics. [1-2] Designing of a DOE capable of simultaneous wavelength demultiplexing and spatial concentration using traditional algorithms is time-consuming. [2]

Convolutional Neural Network (ConvNet), is a deep learning technique, inspired by the working process of biological visual cortex. [3] The visual cortex has specific regions of cells corresponding to specific regions of the visual field. Just like the visual cortex, in Convolutional Neural Network, specific neurons correspond to the associated features of the input. Convolutional Neural Networks use layers, which perform transformations on input data set to figure out relations between the input and output data sets. Thus, sophisticated neurons between input and output are revealed and used to predict output for unknown input.

In this study, the first time in the literature, we have implemented the design of diffractive optic elements using convolutional neural network algorithm of deep learning for spatially concentrating two light sources with wavelengths of 700 and 1100 nm. Using 90% of 100000 input data consisting of intensity distributions on the target and DOE height profiles as a training set, we achieved less than 0.5% error in the concentration of these light sources (700 & 1100 nm). Given the desired intensity mapping of two wavelengths, it generates a DOE pattern capable of wavelength demultiplexing and spatial focusing with decent accuracy. Moreover, this prediction step takes nearly a second (0.75 seconds), while the local search optimization algorithm takes several hours.

Keywords: Diffractive optical element, wavelength demultiplexing, deep learning References [1] Gu, B. Y.; Yang, G. Z.; Dong, B. Z.; Chang, M. P.; Ersoy, O. K. Appl. Opt. 1995, 1 14, 2564-2570. [2] Dong, B. Z.; Zhang, G. Q.; Yang, G. Z.; Gu, B. Y.; Zheng, S. H.; Li, D. H.; Chen, 3 Y. S.; Cui, X. M.; Chen, M. L.; Liu, H. D. Appl. Opt. 1996, 35, 6859-6864. [3] Khan, A. I., Afzal, S., Bhat, F. A., & Wani, M. A. (2019). Advances in Deep Learning. Springer.


51

Non-toxic Quantum Dot based Photoelectrodes Enables High Level Control on Photostimulation of Neurons

Onuralp Karatum1, Mohammad Mohammadi Aria2, Guncem Ozgun Eren2, Rustamzhon Melikov1, Ugur Meric Dikbas3, Shashi Bhushan Srivastava1, Itır Bakıs Dogru2, Houman

Bahmani Jalali2, Ibrahim Halil Kavakli3, Sedat Nizamoglu1, 2, * 1Department of Electrical and Electronics Engineering, Koc University, Istanbul, 34450, Turkey. 2Department of Biomedical Sciences and Engineering, Koc University, Istanbul, 34450, Turkey.

3Department of Molecular Biology and Genetics, Koc University, Istanbul, 34450, Turkey. *[email protected]

Compared to electrical stimulation of neurons, optical stimulation enables less invasive operation by removing the need for a wired system. Photoactive surfaces have been attracting attention in the past two decades due to high temporal and spatial resolution, ease of fabrication, and effective performance both in vitro and in vivo. Colloidal quantum dots (QDs) are remarkable candidates for photoactive devices owing to band gap tunability, high photostability, solution processablity and high absorption coeffiicient -comparable with organic semiconductors- in visible spectrum. Since the toxicity of II-IV QDs creates concerns about their use in biological applications, we used intrinsically non-toxic III-V InP QDs as the photoactive material in our photoelectrodes. We designed three types of photoelectrodes in the following structures: i) ITO/QD/ZnO (type-I) ii) ITO/ZnO/QD (type-II) iii) ITO/TiO2/QD (type-III). Due to the band alignments, type-I produces cathodic photocurrent, while type-II and type-III produces anodic photocurrent. We observed that using a core/shell InP/ZnS QD as photoactive layer yields higher photocurrent for all types of devices as InP/ZnS has less defect states than InP QD. We maximized the photocurrents of the devices by measuring the photocurrent for different photoactive layer thicknesses. Finally, with the optimized devices, we verified the membrane depolarization and hyperpolarization of SHSY cells grown on the photoelectrodes via patch clamp setup in wireless free-standing mode. This study shows a detailed investigation of band alignment, nanostructure and device structure of a non-toxic QD-based photoelectrodes, which altogether provides a high level control on both the direction and the amount of stimulation.

Fig 1: Three different device structure for depolarization and hyperpolarization of neurons, and corresponding photocurrent levels.


52

Efficient Intersystem Crossing in Naphthalimide-Derived Tröger’s Base

Elif Akhuseyin Yildiz a, Yingjie Zhao b, Antonio Toffoletti c , J. Zhao b , M. Hayvali d Antonio

Barbon c, H. G. Yaglioglu a and Muralidharan Shanmugame a Department of Engineering Physics, Faculty of Engineering, Ankara University, 06100 Beşevler,

Ankara, Turkey b State Key Laboratory of Fine Chemicals, School of Chemical Engineering, Dalian University of

Technology, Dalian 116024, PR China c Dipartimento di Scienze Chimiche, Università degli Studi di Padova, Via Marzolo 1, 35131

Padova, Italy. E-mail: [email protected] d Department of Chemistry, Faculty of Science, Ankara University, 06100 Beşevler, Ankara, Turkey.

e Manchester Institute of Biotechnology, The University of Manchester, 131 Princess Street, Manchester, M1 7DN, The United Kingdom. E-mail:

[email protected] [email protected]

Abstract We used the Tröger’s base as a novel molecular structural motif for attaining efficient spin orbit charge transfer intersystem crossing (SOCT-ISC). Conventional electron donor/acceptor dyads showing SOCT-ISC are with semi-rigid linkers, torsion (rotation) about the linker is allowed to some extent. In contrast, the linker between the two chromophores in Tröger’s base is fully rigid, rotation about the linker is completely inhibited. This conformation is beneficial for attaining efficient SOCT-ISC. The photophysical properties of the NI-TB were studied with various steady state and time-resolved transient optical and electron paramagnetic resonance spectroscopies. Femtosecond transient absorption spectra demonstrated that the charge transfer takes 0.30-0.53 ps, and the charge recombination induced SOCT-ISC takes 3.3 ns. Nanosecond transient absorption spectroscopy confirmed the ISC and the triplet state is long-lived (46 µs). In conclusion, we observed efficient intersystem crossing (ISC, solvent polarity-dependent quantum yields: 8% ~ 41%) for a naphthalimide (NI)-derived Tröger’s base (NI-TB), and the unique structure of Tröger’s base is proposed as a novel heavy atom-free molecular structure platform for attaining efficient spin orbit charge transfer intersystem crossing (SOCT-ISC).

References [1] Yang, W.; Zhao, J.; Sonn, C.; Escudero, D.; Karatay, A.; Yaglioglu, H. G.; Küçüköz, B.; Hayvali, M.; Li, C.; Jacquemin, D. Efficient Intersystem Crossing in Heavy-Atom-Free Perylenebisimide Derivatives. The Journal of Physical Chemistry C 2016, 120, 10162-10175. [2] Wu, W.; Zhao, J.; Sun, J.; Guo, S. Light-Harvesting Fullerene Dyads as Organic Triplet Photosensitizers for Triplet–Triplet Annihilation Upconversions. The Journal of Organic Chemistry 2012, 77, 5305-5312.

400 500 600 700 800

0.00

0.02

0.04

0.06NI

3NI*

O

.D.

Wavelength / nm

0.36 ps 0.41 ps 0.51 ps 0.69 ps 1.03 ps 3.16 ps 81.4 ps 381 ps 713 ps 1650 ps 2520 ps 3150 ps

a

NI

400 500 600 700 800

0.00

0.02

0.04

0.06

A, 0.30 ps B, 19 ps C, 3.3 ns D, long

O

.D.

Wavelength / nm

c

0 2040 1000 2000 3000

0.00

0.02

0.04

0.06

438 nm Fitting line 480 nm Fitting line

O

.D.

Time / ps

b


53

Patterning the Sunlight with Diffractive Optical Elements for the Lateral Architecture of the Solar Cells

A. Yolalmaz1,2,*, E. Yüce1,2,3

1Programmable Photonics Group, Department of Physics 2Micro and Nanotechnology Program

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

*[email protected]

Abstract As being a renewable energy source, solar energy carries enormous interests to supply our energy demand. Conversion of solar energy via state-of-art material technologies has bottlenecks due to the broadband nature of the sunlight and fixed bandgap of the solar cells. Laterally arrangement of multiple solar cells plays important roles to enhance the amount of converted solar energy [1,2]. Using the concept of diffractive optical elements [3,4], broadband solar radiation can be dispersed and concentrated into multisubband [5–8]. Therefore, a huge increase in converted solar energy and depletion in the angle-dependent conversion of solar radiation are observed. Here, we present the design of diffractive optical elements to spectrally split and concentrate the sunlight. In our design, we use the realistic structure of the diffractive optical elements involving material dispersion and the Blackbody radiation of the Sun. Our results show that a dichromatic light source is spectrally separated with 89% average diffraction efficiency. Furthermore, using a diffractive optical element, we realized that the broadband solar illumination is separated into two bands and concentrated on two regions of the target with an additional 5.3% solar radiation. Keywords: Diffractive optical element, solar energy. References 1. A. G. Imenes and D. R. Mills, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 84, 19 (2004). 2. A. Mojiri, R. Taylor, E. Thomsen, and G. Rosengarten, Renew. Sustain. Energy Rev. 28, 654 (2013). 3. T. R. Sales and D. H. Raguin, Appl. Opt. 38, 3012 (1999). 4. B. Z. Dong, G. Q. Zhang, G. Z. Yang, B. Y. Gu, S. H. Zheng, D. H. Li, Y. S. Chen, X. M. Cui, M. L. Chen, and H. D. Liu, Appl. Opt. 35, 6859 (1996). 5. G. Kim, J. A. Dominguez-Caballero, H. Lee, D. J. Friedman, and R. Menon, Phys. Rev. Lett. 110, 1 (2013). 6. T. P. Xiao, O. S. Cifci, S. Bhargava, H. Chen, T. Gissibl, W. Zhou, H. Giessen, K. C. Toussaint, E. Yablonovitch, and P. V. Braun, ACS Photonics 3, 886 (2016). 7. Q. Huang, P. Qi, J. Hu, H. Xu, C. Jiang, and Q. Liu, Proc. 2016 IEEE Adv. Inf. Manag. Commun. Electron. Autom. Control Conf. IMCEC 2016 1528 (2017). 8. B. Parida, S. Iniyan, and R. Goic, Renew. Sustain. Energy Rev. 15, 1625 (2011).


54

Fabrication Methods and Analysis of Silicon Surface Texturing at Various Coverage Ratios for Improved Solar Cell Performance

Nardin Avishan1,3, Alp Akbiyik2, Emre Yuce1,2,3, Alpan Bek1,2,3

1. Micro and Nanotechnology Program of Graduate School of Natural and Applied Sciences, Middle East Technical University, Ankara 06800, Turkey

2. Physics Department, Middle East Technical University, Ankara 06800, Turkey 3. Center for Solar Energy Research and Applications, Middle East Technical University

[email protected] Abstract Surface texturing is an efficient and long-lasting technique for reflection reduction by enhancing light trapping, compared to antireflection coatings. By surface texturing, it is possible to control the incoming light through multiple interactions which cause a significant increase in absorption. Various techniques such as wet and dry etchings are generally used for surface texturing in solar cell technology. Other than alkaline texturing which is the standard method in the industry, metal-assisted etching (MAE) is introduced as an alternative texturing technique with a greater potential application for thin silicon wafers and multi-crystalline silicon solar cell fabrication. This method has been widely used to form nanowires and nanoholes on the surfaces. Rather than the fact that it is relatively cheaper than dry plasma etching techniques, it is possible to obtain both random and periodic patterns with MAE by utilizig Polystyrene Nanspheres as a mask [1]. Laser-assisted wet chemical etching, called photoelectrochemical etching is another method for surface texturing and porous silicon fabrications. Photoelectrochemical etching (PEC-etching) of semiconductor electrodes is controlled photocorrosion performed under anodic polarization in an electrolyte in which the semiconductor is generally chemically stable in the dark. This method is also called photochemical etching even though this is a misnomer as charge exchange occurs between the Si and solution [2]. Such treatment modifies the electronic and optical surface properties of chalcogenide materials (ie II-VI compounds and layered compounds) and yields improved photoelectrochemical properties. Recent studies show that PEC etching, carried out in HF solution, has beneficial effects on the photoelectrochemical behavior of n-type silicon in aqueous media as well [3]. By utilizing a proper Laser and a Dijital Micromirror Device (DMD) it is possible to texture the surface in desired patterns. In this study, full surface texturing and partial surface texturing are achieved by MAE and Photoelectrochemical etching. The purpose is to keep the electrical properties as high as possible while the nanostructures on the surface will improve the optical properties by light trapping and acting as an anti-reflection coating. Keywords: Surface texturing; Light trapping; Metal assisted etching; Photoelectrochemical etching; Microstructure; Nanostructure; Periodic patterning; References: [1] Li, Y., Li, Z., Zhao, Y., & Lennon, A. (2012). Modelling of light trapping in acidic-textured multicrystalline silicon wafers. International Journal of Photoenergy, 2012. [2] Moreno, M., Murias, D., Martínez, J., Reyes-Betanzo, C., Torres, A., Ambrosio, R., ... & Escobar, M. (2014). A comparative study of wet and dry texturing processes of c-Si wafers for the fabrication of solar cells. Solar Energy, 101, 182-191. [3] Kolasinski, K. W., Mills, D., & Nahidi, M. (2006). Laser assisted and wet chemical etching of silicon nanostructures. Journal of Vacuum Science & Technology, 24(4), 1474-1479.


55

Hızlı 3-Boyutlu Eşodaklı Görüntüleme İçin Paslanmaz Çelikten Mikro Tarayıcı

H.A. Oyman1,2, B.C. Efe,1 M.A. İçel1, 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 mikroskop, yüksek kontrast ve çözünürlük sağlayan bir optik görüntüleme düzeneğidir [1]. Bu çalışma, manyetik olarak hareketlendirilmiş paslanmaz çelikten üretilen mikroaynanın tasarım, üretim ve karakterizasyon süreçlerini anlatmaktadır. Mikro tarayıcı üretimi lazer işleme teknolojisi ile gerçekleştirilmiştir ve bu yöntemin en önemli avantajı düşük maliyetli hızlı üretimdir. Tarayıcı ünite, 60 mA akımda 5 derece optik tarama açısına, yavaş ve hızlı tarama eksenlerinde 998 Hz ve 2795 Hz rezonans frekanslarına sahiptir. Bu cihaz ayrıca 1723 Hz frekansında düzlem dışı rezonans kipine sahiptir ve bu rezonans hareket hedef üzerinde odağı kaydırmak için kullanılmıştır. Düzlem dışı kip hareketi, özel yapım derinlik tarama düzeneği ile deneysel olarak çıkarılmıştır. Üretilen mikro tarayıcı eş odaklı mikroskop düzeneği içine entegre edilmiş ve tarayıcının optik performansı Birleşmiş Devletler Hava Kuvveti (USAF) hedef ve müge köksapının (Convallaria Rhizome) üzerinde test edilerek mikroskop sisteminin 240 μm × 240 μm optik görüş alanına ve 2.8 μm çözünürlüğe sahip olduğu bulunmuştur. Deneysel sonuçlardan elde edilen frekans değerlerine göre mikro tarayıcının 218 μm derinlik alanına sahip olduğu ve 240 μm × 240 μm × 218 μm büyüklüğünde üç boyutlu bir hücre bloğunu saniyede 3 blok ve %50 tarama oranıyla taradığı ve 1 saniyede toplam alanın %87’sini taradığı benzetim ortamında gözlenmiştir. Son olarak özgün bir üç boyutlu eşodaklı mikroskop sistemi ileri sürülerek üç boyutlu ışın idaresi için geçerliliği test edilmiştir.

Şekil 1. (a) Üretilen mikro tarayıcı (b) Manyetik eyleme şematiği Şekil 2. Özel yapım derinlik tarama düzeneği

Şekil 3. (a) Ticari eş odaklı mikroskop ile alınan toplam görüntü. Şekil 4. İleri sürülen üç boyutlu eşodaklı mikroskop (b) Kırmızı alanın özel yapım mikroskop sistemi alınan görüntüsü. sistemi.

Anahtar kelimeler: Eşodak Mikroskop, Mikroayna, Lazer tarama Kaynakça: Webb, R. H. (1996). Confocal optical microscopy. Reports on Progress in Physics, 59(3), 427.


56

Performance Characterization of Different Fiber Optic Gyroscope Coils

Tuğba Andaç1,2 *, Aylin Yertutanol1,3, Serdar Öğüt1,4, Abdullah Ceylan3 and Ekmel Özbay1,2,4

1Nanotechnology Research Center-NANOTAM, Bilkent University, Ankara, Turkey 2Department of Physics, Bilkent University, Ankara, Turkey

3Department of Nanotechnology and Nanomedicine, Hacettepe University, Ankara, Turkey 4Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University, Ankara, Turkey

*[email protected] Abstract Fiber optic gyroscope is a kind of sensor which uses the interference of light to detect rotation in a ring interferometer. The fact that GPS might not be reliable enough, as their signals can sometimes be jammed or even destroyed all together, delayed or out of reach because of the physical obstructions such as tunnels or caves have made the fiber optic gyroscopes popular for navigation, guidance, control and stabilization in land, air, marine and even space. The physical phenomenon that lies behind the operation of a fiber optic gyroscope is the Sagnac Effect which states that the light wave propagating in one direction in a rotating loop is not equivalent to the light wave propagating in the opposite direction due to the phase difference induced by the rotation [1]. An ideal fiber optic gyroscope should be able to measure only Sagnac phase shift, unfortunatelly in practice, the Sagnac effect is not the only source of measurable phase shift. Environmental effects creating differences in the optical paths can cause some undesired nonreciprocal phases apart from Sagnac phase shift. Because of the difficulty of distinguishing the real Sagnac phase shift from the other nonreciprocal phase shifts, reducing these nonreciprocal errors caused by the environmental effects becomes a necessity and success of this reduction eventually determines the quality of these fiber optic rotation sensors [2]. As the sensing element of a fiber optic gyroscope, fiber coil is the most important part of a fiber optic gyroscope. It should be carefully designed and wound in order to avoid the thermal and stress gradients which cause undesired nonreciprocal errors. In this paper, we present the data of 4 different fiber coils wound in quadrupolar winding pattern at low tension and cured in the same cycle using different fiber types, winding epoxy and buffer layers. Coils were characterized as a function of temperature with respect to polarization extinction ratio and rate. This study suggests that one can obtain a higher performance over a large temperature range by using accurate fiber, winding epoxy and buffer type.

Figure 1: Temperature dependence of (a) polarization extinction ratio and (b) rate obtained by using different fiber optic gyroscope coils. Keywords: Fiber optic gyrcoscope, fiber coil, polarization extinction ratio, rate, temperature References [1] Lefévre, H. C. (1997). Fundamentals of the interferometric fiber-optic gyroscope. Optical review, 4(1A), 20-27. [2] Shupe, D. M. (1980). Thermally induced nonreciprocity in the fiber-optic interferometer. Applied optics, 19(5), 654-655.


57

Ultra-Long-Range Direct Detection Fiber Optic Distributed Acoustic Sensor

Faruk Uyar1,2*, Canberk Ünal1, 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 acoustic sensors (DAS) have been utilized as a powerful tool for real-time monitoring of oil and gas pipelines, intrusion detection, critical facility security, various vibration measurements and so on [1]. In field applications such as pipeline and national borderline security monitoring, long-distance sensing range and high signal-to-noise ratio (SNR) become critical. To achieve this, various DAS technologies have been reported including coherent detection scheme, Raman optical amplification assistance, distributed hybrid amplification, and implementation of certain denoising algorithms. However, all these approaches generally add a significant increase in the cost and complexity of the system. In this study, we present an ultra-long range direct detection φ-OTDR sensor system without any such additional modifications to the structure or any signal processing algorithms. Vibration detection at the distance of 94.8 km with a spatial resolution of 10 m is achieved by optimizing the system design and the building components of the system.

Figure 1: Experimental set-up (Acronyms are explained in the text).

The experimental setup of our direct detection φ-OTDR based DAS system is shown in Figure 1. A high-coherence high-stability laser is used as the light source and a high power booster erbium doped fiber amplifier (EDFA) is used for amplify the light signal. Dual cascaded acousto-optic modulators (AOM) are adopted for generating extremely high extinction ratio (ER) interrogation pulses. The interrogation pulses are launched into the test fiber via a high isolation circulator and the Rayleigh backscattered light from the sensing fiber is guided to another EDFA via the same circulator. After this EDFA, a number of optical bandpass filters (OBPF) are employed in a cascaded arrangement to filter out the amplified spontaneous emission (ASE) noise of pre-amplifier EDFA. The filtered optical signal is converted to electrical signal by a photodetector (PD), then acquired by a data acquisition (DAQ) card and processed in PC. According to the results, the system is verified to be capable of sensing the vibration events at the distance of 94.8 km and providing a maximum of 16.0 dB and mean of 7.4 dB SNR, calculated using the method described in [2].

Keywords: Fiber optics sensors, optical time domain reflectometry, distributed acoustic sensing, phase References: [1] X. Liu et al., “Distributed fiber-optic sensors for vibration detection,” Sensors 16, 1164 (2016). [2] F. Uyar, T. Kartaloglu, I. T. Ozdur, and E. Ozbay, “Field test and fading measurement of a distributed acoustic sensor system over a 50 km long fiber,” in Fiber Optic Sensors and Applications XV, vol. 10654 (International Society for Optics and Photonics, 2018), p. 106540D.


58

Performance Analysis of Specialty Fibers for Distributed Acoustic Sensing

Faruk Uyar1,2*, Tolga Kartaloğlu1, İbrahim Özdür1,3 ve Ekmel Özbay1,2,4


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

*[email protected]

Abstract Distributed acoustic sensing (DAS) technology which is derived from phase-sensitive optical time domain reflectometry (φ-OTDR) is a rapidly evolving fiber‐optic based technology which has a wide range of practical applications such as health monitoring and security of civil infrastructures, railways, pipelines, borderlins and so on. DAS systems use fiber optic cable as the sensing element. Standard telecom fibers as well as some specially designed sensing optical fibers can be employed in the sensor systems. Depending on the application optical fiber type, cable design, installation and protection conditions become critical for the performance of the sensor system [1]. In this work, we examine the relative coupling amount of the acoustic signal to the fibers and compare the differences between the fiber types with respect to the performance of distributed acoustic sensing. Six different types of specialty fibers, cross sections of which are shown in Figure 1, were deployed in the field around the NANOTAM facility. Series of tests were carried out to investigate the response of the sensor system to motor vibration activity and to evaluate the system performance for different types of fibers.

Figure 1: Cross section of different specialty fibers used in field tests.

We provide the SNR results of different cables calculated over the field tests using the method described in [2]. The results are believed to help the proper selection and installation of optical fiber cables for DAS applications.

Keywords: Distributed acoustic sensing, optical time domain reflectometry, optical fiber cable, specialty fiber, field tests References [1] R. S. Freeland, B. Chow, J. Williams, and A.Godfrey "Relative acoustic sensitivity of standard telecom and specialty optical fiber cables for distributed sensing", Proc. SPIE 10208, Fiber Optic Sensors and Applications XIV, vol. 10208 (International Society for Optics and Photonics, 2018), p. 102080M. [2] F. Uyar, T. Kartaloglu, I. T. Ozdur, and E. Ozbay, “Field test and fading measurement of a distributed acoustic sensor system over a 50 km long fiber,” in Fiber Optic Sensors and Applications XV, vol. 10654 (International Society for Optics and Photonics, 2018), p. 106540D.


59

HSQ-based T-gate Process for AlGaN/GaN HEMTs Using E-beam Lithography

Doğan Yılmaz1, Hülya Esen1, Gizem Karaca1, Selim Çelik1, Ekmel ÖZBAY1,2,3

1Aselsan Bilkent Mikro Nano A.Ş., 06800 Ankara/Türkiye, 2Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, Bilkent Universitesi, 06800 Ankara/Türkiye

3Fizik Bölümü, Bilkent Universitesi, 06800 Ankara/Türkiye [email protected]

Abstract In this study, several T-gate structures have been fabricated to observe maximum frequency values in AlGaN/GaN HEMT devices which have high frequency Ka-band (26-40 GHz). [1] The T-gate process has been achieved high resolution negative tone HSQ based T-gate by electron beam lithography. The reason to use HSQ resist is transformed SiO2 when processing electron beam lithography [2]. Moreover, T-gate sustains its form by HSQ resist when transforming SiO2. The following processes has included (1:7) BOE etch which has high SiO2 etching, acetone-isopropanol cleaning, and O2 plasma. [3] Semiconductor technology is used in the fabrication of high performance devices both commercial and military [4]. In this field, AlGaN/GaN hetero-structures are promising candidates for high power and high frequency devices [5]. Ka band (26-40 GHz) transistors which are planned to operate in high frequency range have potential to be used in satellite and advanced radar Technologies [6]. Processes made in the fabrication of these structures affect the quality and performance of the device. In this study, AlGaN / GaN structure on SiC substrate has been growth by MOCVD method and 2-DEG region was formed by polarization between these materials. For AlGaN/GaN HEMTs;There are lots of the main challenges that had to be overcome during the last few years to increase the frequency performance of nitride devices. Especially the gate-to-channel aspect ratio is one of the most critical parameters for high-performance millimeter wave transistors. A very low aspect ratio will reduce the modulation efficiency of the gate, which will significantly increase the short-channel effects and reduce the frequency performance of the devices. For a fixed gate length, using of gate recess to reduce the gate-to-channel distance underneath the gate is the most widely used [7]. In this study, we use the HSQ-based T-gate process for AlGaN/GaN HEMTs. Keywords: AlGaN/GaN HEMT devices, T Gate, HSQ, SiO2 wet etch References [1] T. Palacios et al., “AlGaN/GaN high electron mobility transistors with InGaN back-barriers,” IEEE Electron Device Lett., vol. 27, no. 1, pp. 13–15, 2006. [2] S. W. Kim, G. S. Seol, J. C. Her, K. C. Jang, and K. K. Seo, “40nm In0.7GaAs HEMTs with novel HSQ based T-gate process,” Proc. 1st Eur. Microw. Integr. Circuits Conf. EuMIC 2006, vol. 7, no. September, pp. 425–428, 2007. [3] J. Rost, “Development of III-V RF Nanowire MOSFETs,” 2018. [4] H. Xiao, Semiconductor Manufacturing Technology. 2001. [5] E. R. Heller et al., “Short-Channel Effect Limitations on High-Frequency Operation of AlGaN/GaN HEMTs for T-Gate Devices,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 54, no. 10, pp. 2589–2597, 2007. [6] M. Van Heijningen et al., “Ka-Band AlGaN / GaN HEMT High Power and Driver,” Symp. A Q. J. Mod. Foreign Lit., no. May 2014, pp. 237–240, 2005. [7] Pallab Bhattacharya, Roberto Fornari, and Hiroshi Kamimura, “Comprehensive Semiconductor Science and Technology” 2011 Elsevier B.V


60

Improving Fiber Bend Sensor via Wavefront Shaping

G. Afshari1*, Ş. Kürekci1, 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]. In this work, by measuring the image correlation with respect to the bending angle, we build a fiber bent sensor that is sensitive to the distortion of the optimized spot on the screen. We excite the modes of a 105 µm diameter fiber via a diode laser at 635 nm and incorporate a liquid crystal Spatial Light Modulator (SLM) consisting of 1280x768 pixels in order to shape the wavefront of the input field. A microstage is used for bending the fiber with micro-degree sensitive angles, after which the response of the optimized spot is measured on the camera. It was shown that optimized spot is maintained for bending angles up to 14 degrees. Compared to the plane wave (SLM is off), the correlation of an optimized spot is distorted much slower, which is a result of light coupling to fiber modes having greater propagation constants for a shaped wavefront. 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 can be used to develop an efficient, high-resolution spectrometer by measuring the change in the output patterns when the bending angle is changed. Keywords: wavefront shaping, fiber bending, fiber optics, scattering of light, imaging, 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).


61

Cam Üzeri Altın, PDMS Mikrokanal ile Tümleşik, Yarık Halka 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 Bu çalışmada eş zamanlı farksal ölçme yeterliğine sahip, cam üzerine altın malzemeden üretilmiş ve PDMS mikrokanallar ile tümleştirilmiş yarık halka tınlayıcılar ile sıvı çözeltilerde derişim ölçülmesi gösterilmiştir. Yarık halka tınlayıcılar üzerlerinde bir yarık bulunan ve dielektrik malzeme üzerine iki boyutlu olarak şekillendirilebilen iletken kapalı eğrilerden oluşurlar. Kullanılan malzeme ve şekilleri dolayısıyla elektromanyetik uyarıma pasif elektronik süzgeçler olarak cevap verirler. Süzgeç işlemi ile ilişkili tınlaşım frekansı f0 değerinin, ortamdaki malzeme varlığının ve aygıtın geometrik yapısının değişmesine bağlı olarak kayması, bu yapıların algıç olarak kullanılabilmesini mümkün kılmaktadır [1]. Yazındaki çalışmalarda algılama işlemi için farklı yarık halka tınlayıcı şekilleri denenmiştir. Elektriksel alanı tek bir bölgede toplayabilmesi sayesinde tek yarıklı halka tınlayıcı öne çıkmaktadır. Ölçülen örneğin, algıç üzerinde konumlanışı sonuçları etkilediğinden, çalışmamızda akışkan örneklerin mikrokanallar ile tınlayıcı üzerine sabitlenmesi söz konusudur. Ayrıca ortam fiziksel özelliklerindeki değişim kaynaklı arka plan gürültüsünün etkisinin azaltılması için farksal ölçüm yapılması adına da özdeş iki algıç kullanılmıştır. Burada referans algılayıcı sadece arka plandaki değişimleri takip ederken ölçen algıç numune ölçümünü gerçekleştirir [2]. Algılayıcıların elektromanyetik olarak uyarılması ve f0 takibi, temassız ölçüme izin veren halka antenler ve onlara bağlı vektör ağ çözümleyici ile gerçekleştirilir (Şekil-1). Çalışmada kullanılan yapılar f0=2GHz nominal değerde tasarlanmış ve halka antenleri ile 300nm kalınlıkta altın malzemeden cam alttaşlar üzerinde buhar biriktirme işlemi ile üretilmiştir. Mikrokanal yapılar SU-8 3050 negatif fotorezist kalıpta şekillendirilen PDMS malzemeden üretilmiş ve cam alttaşlara plazma aktivasyonlu süreç ile tutturulmuştur. Seçilen malzemeler tınlayıcının yüksek kalite faktöründen ödün vermeden kanalların doğrudan tınlayıcı üzerine kararlı bir şekilde bağlanmalarına ve daha ileri adımlarda kullanılabilecek biyo-spesifik malzemelerin algılayıcı yüzeyine immobilize edilmesine olanak tanır. Ölçümlerde mikrokanallara saf su uygulanmasının çift algılaycıların f0 değerlerini değiştirmesi gözlenmiştir

(Şekil-2). Çözelti derişimi algılanması, ölçen algılayıcıya 1.4mg/ml-3.0mg/ml glikoz çözeltileri uygulanması ile gerçeklenmiş ve algılama hassasiyeti 0.16MHz/mM olarak tespit edilmiştir (Şekil-3). Anahtar Kelimeler: Yarık halka tınlayıcı, metamalzeme, mikrokanal, PDMS, glikoz algılama

Şekil. 1: Çalışmada kullanılan algıç sistemi.

Şekil. 2: Referans ve ölçen algıçların boş ve DI su uygulanmış mikrokanallar ile birlikte s11|s22 olarak f0

değerleri.

Şekil. 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.


62

Girişimsel Tıbbi Cihazlar için Gerçek Zamanlı Tümleşik Algılayıcı Mikro Optoelektronik Sistem Geliştirilmesi

O.K. Erden1, P. Zolfaghari2, O. Ferhanoğlu2, A.D. Yalçınkaya1

1Boğaziçi Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Bebek 34342 İstanbul 2İstanbul Teknik Üniversitesi, Elektronik ve Haberleşme Müh. Böl. Maslak, 34469, İstanbul

[email protected] Özet Vücut içi biyolojik sistemlerin birbirleriyle etkileşimleri anlaşıldıkça ve mikro elektromekanik sistemlerin (MEMS) medikal uygulamalardaki gelişimiyle, girişimsel tedavi yöntemlerinde kullanılan medikal cihazlar oldukça geniş uygulama sahasına sahip hale gelmektedir [1-2]. Bu çalışmada konum, sıcaklık ve basınç bilgilerini gerçek zamanlı olarak ölçebilen, fiber optik hatların MEMS algılayıcılar 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 (Şekil-1(a)). Manyetik alan altında değişiklik gösteren polarizasyon değeri, polarimetre aracılığıyla ölçülmüş, 3G- 20G arasında elde edilen derece değişim değerleri 0.2°/G hassasiyetle saptanabilmiştir (Şekil-1(b)). 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 değişimi algılanır. Bu değişimde algılanan sinyal, trans empedans yükselteci ile güçlendirilmiş, (Şekil-1(c)) 3.5mV/°C hassasiyetle saptanabilmiştir (Şekil-1(d)). Basınç algılama için ise kullanılacak zar yapısı mikro işleme yöntemleri ile bir referans basınç oluşturacak şekilde üretilmektedir. Çevresel basınç değişimleri oluştuğunda zar üzerinde oluşan yer değiştirme, ilgili lazer hüzmesinin zar yüzeyinden yansıması ile interferometrik olarak optik okuma yoluyla belirlenecektir.

Şekil-1 (a) Konum saptama yöntemi için kurulan düzenek (b) Uygulanan manyetik alan altında metal malzemeden seken ışının polarizasyon değişimi (c) Sıcaklık ölçümü saptama yöntemi için kurulan düzenek. (d) Sıcaklık değişimine bağlı olarak algılanan elektriksel sinyal. 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] 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


63

Glokom İzleme için Anten Eşlenik Pasif Algıçlar

A. Calikoglu1,2, D. Ozen1,2, G. Dündar1,2, H. Torun2,3, A.D. Yalcinkaya1,2. 1 Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Boğaziçi Üniversitesi, Bebek 34342, İstanbul,

2 GlakoLens A.Ş. Boğaziçi Üniversitesi Teknopark, 2/5, 343470, Sarıyer, İstanbul 3Mathematics, Physics and Electrical Engineering, Northumbria Univ., Newcastle, UK

[email protected]

Özet Glokom, göz içi basıncının yükselmesi nedeniyle optik sinire zarar vererek körlüğe neden olan bir göz hastalığıdır [1] ve göziçi basıncının sürekli izlenmesi hastalığın kontrol altında tutulması için büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmada, glokomun girişimsel olmayan bir yöntemle sürekli izlenmesi için geliştirilmiş anten eşlenik bir pasif rezonatör algılayıcı sistemi, glokomun teşhis doğruluğunu ve tedavisini iyileştirmek için sunulmuştur.

Akort edilebilir anten ve mekanik göz modeli üzerine yerleştirilmiş rezonatör algılayıcı gömülü kontak lens sisteminin bir fotoğrafı Şekil-1(a)’da görülebilir. Aygıtın rezonans frekansı, algılayıcı sisteminin saçılma özelliklerinin, rezonatör empedansına uyarlanmış bir antenle ölçülmesiyle saptanır. Göz içi basıncını modellemek üzere, bir salin şişesinin yüksekliği değiştirilerek mekanik göz modeline etki eden basınç değiştirilmiştir. Basınç seviyesi 10 mm-Hg değerinden 50 mm-Hg değierine yükseltilirken her 5 mm-Hg değişiklikte 1 mm-Hg hassasiyet ile ölçümler alınmıştır. Deneyler 19 kez tekrarlanmış ve S11 spektrumları Ağ analizatörü (VNA, ZNLE6, Rohde-Schwarz, Münih, Almanya) ile ölçülmüştür. PDMS göz modelinin basıncındaki değişikliğin, kontak lense gömülü pasif algılayıcıya eşlenmiş anten sisteminin rezonans frekansındaki tepkisi analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, cihazın hassasiyeti 1.98 mm-Hg çözünürlükle -31.09 kHz/mm-Hg olarak bulunmuştur. Deney sonuçları, geliştirilen cihazın glokom teşhisi ve izlemesi için uygun olduğunu göstermektedir.

Anahtar kelimeler: Rezonatör, uyarlanabilir anten, glokom, göziçi basıncı, algılayıcı. Kaynakça 1. Quigley, H. A. ve A. T. Broman, “The number of people with glaucoma worldwide in 2010 and 2020", British journal of ophthalmology, Vol. 90, No. 3, pp. 262-267,2006.


64

Manyetik Alan Duyarlılığı Azaltılmış Fiber Optik Dönüölçer

Aylin Yertutanol1,2 *, Önder Akçaalan1, Serdar Öğüt1,3, Abdullah Ceylan2 ve Ekmel Özbay1,3 1 Bilkent Üniversitesi, Nanoteknoloji Araştırma Merkezi, Ankara

2 Hacettepe Üniversitesi, Nanoteknoloji ve Nanotıp Anabilim Dalı, Ankara 3 Bilkent Üniversitesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, Ankara

*[email protected]

Özet Mikroelektromekanik sistemler (MEMS), halka lazer dönüölçer (RLG), interferometrik fiber optik dönüölçer (IFOG) gibi rotasyon ölçümü için optik sensörler askeri ve sivil uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Aynı fiziksel prensibe dayanan IFOG ve RLG, teorik olarak benzer performansa sahip olmakla birlikte birbirinden oldukça farklı tasarıma sahiptir. RLG, serbest alan lazer prensibi ile çok yüksek kaliteli aynalara sahip kapalı bir halka boşluğunda çalışırken, IFOG ise, fiber optik sarım kullanılarak Sagnac çalışma prensibine dayanır [1]. IFOG, basit ve kontrol edilebilir üretim, hareketli parça ve katı hal yapısı gibi özellikleri nedeniyle RLG'ye göre bazı avantajlara sahiptir. Bu özelliklerden dolayı IFOG, endüstriyel ve askeri alanlarda genellikle RLG'den daha yaygın bir kullanıma sahiptir. Bu avantajlara rağmen, yüksek hassasiyetli bir IFOG için termal bozulma, titreşim ve Dünya'nın manyetik alanı gibi çevresel değişimler altında, optik yoldaki zamana bağlı değişimler nedeniyle sabit hata (bias error) sapmasını azaltmak çok önemlidir [2,3]. IFOG'nun manyetik alan kaynaklı sabit hatayı telafi etmek için µ-metal manyetik kalkan, PCF bazlı fiber optik sarım ve PBS kullanarak çift hassasiyetli optik kompanzasyon yöntemi gibi bazı yöntemler, geliştirilmiştir [4]. Ancak bu çalışmalardan µ-metal manyetik kalkan kullanımı hem ağırlık hem de yüksek maliyetli olması sebebiyle geliştirilmesi gereken bir konudur. Diğer yöntemler ise bu probleme çözüm sunarken, basit dönüölçer yapısını (simple configuration) karmaşık hale getirmesi sebebiyle endüstriyel alanda kullanılması tercih edilmemektedir. Biz bu çalışmada, IFOG sisteminde optik ve elektronik olarak bir değişikliklik yapmadan, manyetik alan duyarlılığı azaltılmış ters simetrik kutuplanmış fiber optik dönüölçer sarımı (TSK-IFOG) kullanarak, basit IFOG yapısına sadık kalacak şekilde bir sistem sunmaktayız.

(a) (b)

Şekil-1: TSP-IFOG şeması (a), TSP-IFOG’a ait sarımın optik yapısı (b). Şekil-1’de TSK-IFOG optik konfigürasyonu ve TSK-IFOG sarımının optik yapısı verilmiştir. Bu konfigürasyonda, basit bir IFOG yapısından farklı olarak, sarımda ters simetrik kutuplanma etkisi yaratılmıştır. Manyetik alanın kutuplanmaya tersinir etkisi [4] nedeniyle, TSK-IFOG sisteminde Faraday kaynaklı sabit hatanın sönümlendiği gözlemlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Fiber optik dönüölçer (FOD), Sagnac etkisi, Faraday etkisi, manyetik alan, fiber sarım Kaynakça [1] H. J. Arditty and H. C. Lefèvre, "Sagnac effect in fiber gyroscopes," Opt. Lett. 6, 401-403 (1981) [2] Digonnet, M.J.; Chamoun, J.N. Recent Developments in Laser-Driven and Hollow-Core Fiber Optic Gyroscopes. In Proceedings

of the SPIE Fiber Optic Sensors and Applications XIII, Baltimore, MD, USA, 18–21 April 2016. [3] Andronova, I.A.; Malykin, G.B. Physical Problems of Fiber Gyroscopy Based on the Sagnac Effect. Phys. Uspekhi 2002, 45,

793–817. [4] Hotate, Kazuo, and Kunio Tabe. "Drift of an optical fiber gyroscope caused by the Faraday effect: influence of the earth's

magnetic field." Applied optics 25.7 (1986): 1086-1092.


65

Göziçi Basıncı Analizi için Mekanik Göz Modeli Üstünde Kontak Lens Benzetimleri

A. Calikoglu1,2, G. Dündar1,2, H. Torun2,3, A.D. Yalcinkaya1,2.

1 Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Boğaziçi Üniversitesi, Bebek 34342, İstanbul, 2 GlakoLens A.Ş. Boğaziçi Üniversitesi Teknopark, 2/5, 343470, Sarıyer, İstanbul

3Mathematics, Physics and Electrical Engineering, Northumbria Univ., Newcastle, UK [email protected]

Özet Bu çalışmada, gözün fibröz tabakası için eksenel simetrik bir sonlu eleman modeli ve bu model üzerine yerleştirilmiş farklı kalınlıktaki kontak lensler, göziçi basıncındaki değişimin yerdeğiştirme miktarı üzerindeki etkisini araştırmak için modellenmiştir. Çalışmanın amacı glokom izleme için kullanılabilecek bir kontak lens sensörün boyutlarının belirlenmesidir. Daha önceki çalışmada göziçi basıncındaki 1 mm-Hg değişimin korneanın eğrilik yarıçapında yaklaşık 4 µm değişikliğe karşılık geldiği gösterilmiştir [1]. Gözün fibröz tabakası için eksenel simetrik bir sonlu eleman modeli, COMSOL Multiphysics kullanılarak modellenmiştir. Bu çalışmada da gözün ön kısmının fibröz tabakası için aynı model kullanılmıştır. Ayrıca, gözün fibröz tabakasının üzerine yerleştirilen kontak lens, göziçi basıncındaki değişimin kornea ve kontak lens üzerindeki etkisini araştırmak için modellenmiştir. Kontak lens malzemesi olarak polidimetilsiloksan (PDMS) malzemenin mekanik özellikleri kullanılan yazılımda tanımlanmış ve farklı basınçlara karşılık gelen deformasyon profilleri 100 μm ve 200 μm kalınlıktaki kontak lensler için karşılaştırılmıştır. Göziçi basıncındaki değişiklik 5 mm-Hg iken, 200 μm kalınlığındaki kontak lens için elde edilmiş örnek bir yerdeğiştirme profili Şekil 1(a)’da görülebilir. Kırmızı oklar, tepesel (apikal) yer değiştirmenin sıfıra ayarlandığı durumdaki deformasyon profilini göstermektedir. Benzetim sonuçlarına göre göziçi basıncına göre eğrilik yarıçapının değişiminin maksimum olduğu nokta r = 5 mm olarak belirlenmiştir. Şekil 1(b)’de verilen grafikteki çizgilerin eğimleri, göziçi basıncındaki 1 mm-Hg değişimin kontak lensin eğrilik yarıçapında yaklaşık 3.9 μm değişime karşılık geldiğini göstermektedir. Ayrıca, benzeim sonuçları, 100 μm ila 200 μm aralığında kalınlık değişiminin, kontak lenslerin deformasyonu üzerinde önemli bir etkisi olmadığını göstermektedir.

Anahtar kelimeler: Göziçi basıncı, kornea, mekanik göz modeli, kontak lens, glokom. Kaynakça 1. Calikoglu, A. et al., “Laser-Machined Split-Ring Resonators Embedded in a Polymer Matrix for Glaucoma Monitoring", Multidisciplinary Digital Publishing Institute Proceedings, Vol. 1(4), p. 531, 2017.


66

Performance Development in 15 μm Pitch 640x512 Mid-Wavelength Type-2 Superlattice Sensors

Fikri OĞUZ1,2; 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 [3]. Electro-optical measurements yielded remarkable results when compared to literature. The dark current of large area diodes (220 μm x 220 μm) is equal to 8.7 pA. The proportionated pixel dark current result for 15 μm pitch with 10 μm mesa head is around 18 fA. The hybridization processes are performed on ROICs designed by ASELSAN coded ASEL64015. The optimized FPA which is a 15 μm pitch detector with cut-off wavelength of 4.92 μm yields 1.2AW⁄peak responsivity and 25 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 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. 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 110 K”, APL Mater. 5, 035502 (2017). [3] F. Oguz, Y. Arslan, E. Ulker, A. Bek, and E. Ozbay, “Fabrication of 15-μm Pitch 640×512 InAs/GaSb Type-II Superlattice Focal Plane Arrays,” IEEE J. Quantum Electron., vol. 55, no. 4 (2019).


67

21-fs Pulse Generation From A Carbon Nanotube Mode-Locked Cr:LiSAF Laser at 850 nm

G. Tanisali,1 I. Baylam,2 M. Tasci,1 J. Bae,3 F. Rotermund,3 U. Demirbas,4,5 and A.

Sennaroglu1,2

1Laser Research Laboratory, Departments of Physics and Electrical-Electronics Engineering, Koç University, Istanbul, Turkey

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

3Department of Physics, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), Daejeon, Republic of Korea

4Laser Technology Laboratory, Department of Electrical and Electronics Engineering, Antalya Bilim University, Antalya, Turkey

5Center for Free-Electron Laser Science, Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Luruper Chaussee 149, Hamburg, Germany

Single wall carbon nanotube saturable absorbers (SWCNT-SA) have been used in different wavelength ranges to obtain ultrashort pulses thanks to their adjustable absorption resonances [1-3]. To date, the shortest pulses directly generated from a solid-state laser mode locked with SWCNT-SA was 49 fs. [3,4]. In this study, ultrashort pulse generation limits of SWCNT-SAs was investigated using Cr:LiSAF as a test laser. Optimization of the mode-locked resonator resulted in the generation of pulses as short as 21 fs. To the best of our knowledge, this is the shortest pulses ever generated from a SWCNT-SA mode-locked solid state-laser.

In the experiments, an x-cavity Cr:LiSAF laser was end pumped with two low cost 660-nm laser diode, having a total power of 220 mW. The cavity which was extended to include the SWCNT-SA as well as a pair of dispersion compensation prisms operating at pulse repetition rate of 48 MHz. SWCNT-SA used in the experiments was fabricated using SWCNTs synthesized via the high-pressure CO conversion technique (HiPCO) as described in [5]. Pump-probe spectroscopy measurements showed that the fast/slow relaxation times of SWCNT-SA were 0.4/2.7 ps and the single pass modulation depth of the SWCNT-SA is 0.3%. Optimization of the focusing within the SWCNT-SA as well as the total cavity dispersion lead to the generation of 21-fs pulses near 850 nm. The interferometric autocorrelation of the pulses is shown in Fig. 1. Further experimental data describing the temporal, spectral characteristics of the pulses as well as the power efficiency of the laser will be presented.

In additional experiments, the SWCNT-SA was replaced with a bare substrate and the laser was also operated in Kerr lens mode locking (KLM) regime. Obtained pulses in KLM experiments were also 21-fs long indicating that SWCNT-SAs did not limit the pulse durations during mode locking. Keywords: Solid state lasers, mode-locked lasers, carbon nanotube saturable absorbers, References 1. I. H. Baek, S. Y. Choi, H. W. Lee, W. B. Cho, V. Petrov, A. Agnesi, V. Pasiskevicius, D. I. Yeom, K. Kim, and F. Rotermund, "Single-walled carbon nanotube saturable absorber assisted high-power mode-locking of a Ti:sapphire laser," Opt. Express 19, 7833-7838 (2011). 2. I. Baylam, S. Ozharar, H. Cankaya, S. Y. Choi, K. Kim, F. Rotermund, U. Griebner, V. Petrov, and A. Sennaroglu, "Energy scaling of a carbon nanotube saturable absorber mode-locked femtosecond bulk laser," Opt. Lett. 37, 3555-3557 (2012). 3. D. Okazaki, H. Arai, A. Anisimov, E. I. Kauppinen, S. Chiashi, S. Maruyama, N. Saito, and S. Ashihara, "Self-starting mode-locked Cr:ZnS laser using single-walled carbon nanotubes with resonant absorption at 2.4 mm," Opt. Lett. 44, 1750-1753 (2019). 4. S. D. D. Cafiso, E. Ugolotti, A. Schmidt, V. Petrov, U. Griebner, A. Agnesi, W. B. Cho, Y. G. Zhang, S. Y. Choi, F. Rotermund, G. Reali, and F. Pirzio, "Sub-50 fs mode-locking of a Cr:YAG laser using an SWCNT-SA," Laser Phys. Lett. 10, 085801 (2013). 5. W. B. Cho, J. H. Yim, S. Y. Choi, S. Lee, A. Schmidt, G. Steinmeyer, U. Griebner, V. Petrov, D. I. Yeom, K. Kim, and F. Rotermund, "Boosting the Nonlinear Optical Response of Carbon Nanotube Saturable Absorbers for Broadband Mode-Locking of Bulk Lasers," Adv. Funct. Mater. 20, 1937-1943 (2010).

0

3

6

9

‐100 ‐50 0 50 100

Intensity

Delay (fs)

τp = 21 fs

Figure 1. Measured interferometric autocorrelation trace of 21‐fs pulses generated from SWCNT‐SA mode‐locked Cr:LiSAF laser.


68

Temel Bileşenler Analizi'nin (PCA) LIBS ile Kullanımı

Emrah Burak Kaya1, Kaan Turan1, Arif Demir1,2 1 Beam Arge Optik Lazer Teknolojileri Ltd.Şti Kocaeli/Türkiye

2 Kocaeli Üniversitesi Fizik Bölümü Kocaeli/Türkiye [email protected]

Özet Çok sayıda veri içeren verisetinin boyutunu azaltma ve farklı benzerlik özelliklerine göre gruplama yapmaya yarayan temel bileşenler analizi yönteminin LIBS sistemi içerisinde kullanımı incelenmiştir. Farklı elementleri barındıran üç farklı numuneden örnek ölçümler alınarak C# programlama dili yardımı ile oluşturulan yazılımla bu ölçümlere temel bileşenler analizi uygulanmıştır. Analiz sonucu oluşan gruplar incelenerek benzerlikleri gözlenmiştir. Çalışmada üç farklı numuneden üçer ölçüm alınmıştır, toplam dokuz farklı ölçüme analiz işlemi uygulanmıştır. Numunelerden alınan ölçümler sonucunda içerisinde alüminyum, magnezyum, silisyum, çinko, titanyum, kalay gibi elementlerin bulunduğu tespit edilmiştir. Alınan ölçümlere temel bileşenler analizi yöntemi uygulanarak veri azaltma ve gruplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Benzer özelliklere sahip numunelerin aynı grup içerisinde olduğu saptanmıştır. Çalışmaya daha fazla ölçüm sonucu eklenerek sonucların doğruluğunun artırılacağı tespit edilmiştir. Çok fazla veri barındıran verisetlerinin anlaşılabilir hale getirilmesi için kullanılan temel bileşenler analizi yöntemi basit ve etkilidir. Veri gruplarını 2 boyutlu veya 3 boyutlu olarak görmemize imkan sağlar. Anahtar kelimeler: Temel bileşenler analizi, LIBS, PCA Kaynakça Zafer Cömert – Temel Bileşenler Analizine Genel Bir Bakış 21.05.2015 Bilgilendirme:Bu çalışmada BOREN’e destekleri için teşekkür ederiz.


69

GaAs Tabanlı Tek Eklem Esnek İnce Film Güneş Hücreleri

Ali BÜYÜKPINAR (1), Muhammed AKTAŞ (2), Mustafa KULAKCI (2,3) (1)Eskişehir Teknik Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü

(2)Eskişehir Teknik Üniversitesi, Fizik Bölümü (3)Eskişehir Teknik Üniversitesi, Yer ve Uzay Bilimleri Enstitüsü

[email protected] Özet GaAs tabanlı III-V grubu güneş hücreleri fotovoltaik teknolojilerinde en yüksek verimliliğe ve radyasyon dayanıklılığına sahip hücre teknolojileridir. Bu eşsiz özelliklere sahip olmalarına rağmen oldukça pahalı olması nedeniyle ancak savunma ve uydu-uzay sistemlerinde maliyetin ikinci planda kaldığı uygulamalarda kullanılmaktadır. GaAs tabanlı III-V grubu hücre teknolojisinde en büyük maliyet girdisini, hücre yapısının üzerine büyütüldüğü yüksek kaliteli alttaşlar oluşturmaktadır. Alttaş hücre yapısına bağlı olarak toplam maliyetin yaklaşık %80-90’ını oluşturmaktadır [1]. Alttaş maliyetini azaltmak için özel bir yöntem olan epitaksiyel ince film kaldırma (epitaxial lift-off (ELO)) yöntemi GaAs tabanlı III-V grubu hücre teknolojilerinde gelişmeye ve hızla yaygınlaşmaya başlamıştır. Epitaksiyel ince film kaldırma yöntemi aktif hücre aygıt yapısının büyütüldüğü pahalı alttaşların defalarca başka hücre büyütmelerinde kullanılmasına izin verdiğinden dolayı maliyeti onlarca kata kadar azaltabilmektedir. <200 gr/m2 ağırlık değeriyle oldukça hafif olan bu GaAs güneş hücreleri, >>1500 Watt/kg değeriyle en yüksek güç/ağırlık oranına sahiptirler. Ayrıca, esnek ince film yapısındaki bu hücreler, alttaş tabanlı III-V grubu konvansiyonel GaAs tabanlı hücrelere göre çok daha yüksek radyasyon ve sıcaklık toleransına sahiptir. Yüksek verimli ve çok hafif olmalarından dolayı; uydu-uzay uygulamaları ve insansız hava araçlarında büyük önem arz etmektedir. Literatürde en yüksek verimliliğe sahip tek eklem esnek ince film GaAs güneş hücresinin AM1.5 spektrumundaki (1000 W/m2) verimliliği %28.8 olarak raporlanmıştır [2]. Bu çalışmada; moleküler demet epitaksi (MBE) sistemi ile epitaksiyel olarak büyütülen GaAs tabanlı aktif hücre yapısı, üzerine büyütüldüğü alttaşlardan epitaksiyel film kaldırma yöntemiyle kaldırılmış ve esnek poliamid taşıyıcılara aktarılmıştır. Üretilen esnek ince film GaAs güneş hücresinin verimliliği %18.78 olarak ölçülmüştür. Ayrıca, epitaksiyel ince film kaldırma işleminden geçmemiş GaAs güneş hücresi de üretilmiştir ve aydınlatılmış alan üzerinden elde edilen verimlilik değeri %24.1 olarak ölçülmüştür. Anahtar kelimeler: Güneş Hücreleri, GaAs, Esnek İnce Film, Uydu-Uzay Kaynakça [1] Ward, J.S., Remo, T., Horowitz, K., Woodhouse, M., Sopori, B., VantSant, K., Basore, P. (2016). Techno‐economic analysis of three different substrate removal and reuse strategies for III‐V solar cells. Wiley Online Library. Çevrimiçi ön yayın. doi: 10.1002/pip.2776 [2] Green, M.A., Hishikawa, Y., Dunlop, E.D., Levi, D.H., Hohl-Ebinger, J., Ho-Baillie, A.W. (2018). Solar Cell Efficiency Tables (Version 52). Çevrimiçi ön yayın. doi: 10.1002/pip.3040 Teşekkür: Bu çalışma, Eskişehir Teknik Üniversitesi BAP-1506F541 numaralı proje kapsamında desteklenmiştir.


70

GaAs Tabanlı Güneş Pillerinde Yansıtma Önleyici Kaplamanın Elektriksel Performansa Etkisi

Muhammed AKTAŞ (1), Onur ŞENEL (1), Ali BÜYÜKPINAR (2),

Mustafa KULAKCI (1,3) (1) Eskişehir Teknik Üniversitesi, Fizik Bölümü

(2) Eskişehir Teknik Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği (3) Eskişehir Teknik Üniversitesi, Yer ve Uzay Bilimleri Enstitüsü

[email protected] Özet Günümüz temiz enerji kaynaklarından biri olan güneş pillerinde yüzey yansımaları verim kaybının önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Si tabanlı güneş pillerinde ticari sonuçlarından dolayı tek katman olarak SiNx yansıma önleyici katman kaplanmaktadır. Uydu ve uzay kullanımlarında tercih edilen yüksek verimli GaAs tabanlı güneş pillerinde yüzey yansımaları %0’a kadar düşürme amacı ile iki katmanlı yansıma önleyici katman kaplanmaktadır. Ticari olarak MgF2/ZnS

iki katmanlı yansıma önleyici kaplama GaAs tabanlı güneş pilleri için tercih edilmektedir. Yansıma önleyici katman olarak kullanılan ZnS, güneş pilinin yüzeyinde sülfür pasivasyonu yaparak yüzey kaçak akımlarını da önlemiş olmaktadır. Bu çalışmada MgF2/ZnS ile elde edilen yansıma oranlarına eş ve yüksek dielektrik katsayısı ile yüzey pasivasyonu yapabilen SiO2/TiO2 kaplama yapılmıştır. Kaplama RF magnetron sputtering yöntemiyle yapılmıştır ve yansıma oranları FTIR cihazı kullanılarak ölçülmüştür. Kaplanan iki farklı yansıma önleyici katman ile yüzey kaçak akımı pasivasyonu, GaAs tabanlı güneş pilinin verimliliğine etkisi kuantum verimliliği ölçüm cihazı ile ölçülmüştür ve sonuçları karşılaştırılmıştır. Örnekler Güneş simülasyon cihazı kullanılarak elektriksel karakteristiği incelenmiştir ve kıyaslanmıştır. Ayrıca bu çalışmada teorik olarak hesaplanan veriler göz önünde bulundurularak, SiO2/TiO2’nin daha geniş dalgaboyu aralığında daha düşük yansıtma oranlarına sahip olduğu bulunmuştur. [1]

Grafik 1. Al0,8Ga0,2As/ GaAs üzerinde SiO2/TiO2 ve MgF2/ZnS yansıma önleyici kaplama teorik hesaplaması. Anahtar kelimeler: GaAs, Güneş pili, Yansıma önleyici kaplama (ARC), SiO2/TiO2, MgF2/ZnS, Kaynakça [1] – Zhan, C, (2014), High Efficiency GaAs-Based Solar Cells Simulation and Fabrication, Doktora Tezi, Arizona State University. Teşekkür: Bu çalışma, Eskişehir Teknik Üniversitesi BAP-1506F541 numaralı proje kapsamında desteklenmiştir.


71

Investigation of the Efficiency, Multi-Pulse Behavior, and Dual-Wavelength Operation of Tm3+:Lu2O3 Ceramic Lasers at 2 μm

I. Baylam1, F. Canbaz2, and A. Sennaroglu1, 2, *

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

2Laser Research Laboratory, Departments of Physics and Electrical-Electronics Engineering, Koç University, Rumelifeneri, Istanbul 34450, Turkey

* Corresponding author: [email protected] Keywords: Solid-state lasers, Rare-earth solid-state lasers, Ceramic laser materials Tm-based solid-state lasers (such as Tm3+:YAG, Tm3+:LuAG, Tm3+:YLF, and Tm:YAlO3) operating around 2 μm have numerous potential applications such as coherent laser radar [1], medical surgery [2], and pumping of longer wavelength optical parametric oscillators (OPO) [3]. Furthermore, Tm-doped gain media can be pumped at 800 nm with widely available commercial diodes and power efficiency of Tm-lasers can be enhanced by a nearly factor of two due to cross-relaxation. Recently, another class of Tm-doped gain media which are based on sesquioxide ceramics (Lu2O3, Y2O3, and Sc2O3) have emerged as promising gain media to obtain efficient laser sources operating around 2 μm. Tm-doped sesquioxides provide tunable emission extending to 2.1 μm making them suitable candidates for the pumping of GaAs and ZnGeP2 based OPOs [3,4]. Furthermore, due to their high heat conductivity, Tm-doped sesquixoide ceramics can also be used for power scaling applications. In the particular case of Tm3+:Lu2O3 ceramics, the heat conductivity is also independent from the dopant concentration [5]. Hence, it is important to investigate laser operation dynamics of Tm3+:Lu2O3 ceramics for further possible applications. To date, Q-switched and mode-locked operations of Tm3+:Lu2O3

ceramics have been demonstrated [6,7]. In this study, we provide a detailed experimental investigation of the laser efficiency and temporal dynamics for a gain-switched 1.5% Tm3+:Lu2O3 ceramic laser pumped at 800 nm. During the experiments, Tm3+:Lu2O3 ceramic laser operated at 1968 and 2068 nm. The power efficiencies and temporal dynamics of each operation wavelength of Tm3+:Lu2O3 ceramic laser were investigated separately. In the experiments, 3-mm-long 1.5% Tm3+:Lu2O3 ceramic was end-pumped with a tunable Ti3+:sapphire laser near 800 nm. To determine the optimum pumping bands of the Tm3+:Lu2O3 ceramic, output of the Ti3+:sapphire laser was tuned by using a reflective diffraction grating (1500 grooves/mm). Optimum pumping bands were determined as 774, 796, and 811 nm. The highest laser efficiency of 14.2% was obtained for the pump wavelength centered at 796 nm. The gain-switched, free-running ceramic laser pumped at 796 nm produced a dual-wavelength emission located near 1968 and 2068 nm with multi-pulse output. The temporal and spectral characteristics of these two wavelengths were further investigated by using three different laser operation configurations (free running, extracavity grating dispersed output, and intracavity prism-tuned resonator). To study the temporal dynamics of the ceramic laser, a rate-equation model was further developed. The results showed that the multi-pulse behavior of the Tm3+:Lu2O3 ceramic laser can be qualitatively explained by using the plane-wave rate equation model and the multi-pulse output could be observed at both wavelengths, with number of pulses depending on the pump and resonator parameters [8]. This study was supported by the Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK) under the project 114F185. References 1. S. W. Henderson et al., “Eye-safe coherent laser-radar system at 2.1 μm using Tm, Ho-Yag lasers,” Opt. Lett., 16, 773–775 (1991). 2. T. Bilici et al., “Development of a thulium (Tm:YAP) laser system for brain tissue ablation,” Lasers Med. Sci., 26, 699–706 (2011). 3. N. Leindecker et al., “Octave-spanning ultrafast OPO with 2.6-6.1 μm instantaneous bandwidth pumped by femtosecond Tm-fiber laser,” Opt. Express 20, 7046–7053 (2012). 4. P. A. Budni et al., “Efficient mid-infrared laser using 1.9-μm pumped Ho:YAG and ZnGeP2 optical parametric oscillators,” J. Opt. Soc. Amer. B 17, 723–728 (2000). 5. C. Krankel, “Rare-earth-doped sesquioxides for diode-pumped high- power lasers in the 1, 2, and 3 μm spectral range,” IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 21, 1602013 (2015). 6. O. L. Antipov et al., “Optical properties and efficient laser oscillation at 2066 nm of novel Tm:Lu2O3 ceramics,” Opt. Mater. Express 2, 183–189 (2012). 7. A. A. Lagatsky et al., “Broadly tunable femtosecond Tm:Lu2O3 ceramic laser operating around 2070 nm,” Opt. Express 20, 19349–19354 (2012). 8. I. Baylam et al., “Dual-wavelength temporal dynamics of a gain-switched 2-μm Tm3+:Lu2O3 ceramic laser,” IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 24, 1601208 (2018).


72

Tm3+:KY3F10 Lazerinin 2.3 Mikron Dalgaboyunda Sürekli Dalga ve Grafen Kip Kilitli Rejimde İlk Kez Çalıştırılışı

A. Muti(1), M. Tonelli(2), J. E. Bae(3), F. Rotermund(3), V. Petrov(4), A. Sennaroğlu(1,5)

1. Laser Research Laboratory, Departments of Physics and Electrical-Electronics Engineering, Koç University, Istanbul 34450, Turkey

2. NEST Istituto Nanoscienze-CNR and Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, 56127 Pisa Italy

3. Department of Physics, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), 34141 Daejeon, Republic of Korea

4. Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy, Max-Born-St. 2a, 12489 Berlin, Germany

5. Koç University Surface Science and Technology Center (KUYTAM), Rumelifeneri, Istanbul 34450, Turkey e-mail: [email protected]

Özet 2.3 mikronda çalışan tulyum katkılı kazanç ortamları titreşim spektroskopisi [1], orta kızılötesi bölgesindeki optik parametrik osilatörlerin pompalanması [2], ve biyomedikal optik [3] alanlarında pekçok potansiyel uygulamaya sahiptir. Literatürde tulyum katkılı pek çok kristalin spektroskopik ve lazer ışınımı özellikleri incelenmiştir [4-6]. Düşük fonon enerjili katkı ortamları ile karşılaştırıldığında KY3F10 kristali elverişli termal ve mekanik özelliklerinin yanısıra daha yüksek konsantrasyonlarda katkılanabilmektedir [7]. Bu çalışmaya kadar Tm3+:KY3F10 lazerinin sadece 1.85 mikrondaki çalıştırılması raporlanmıştır [8]. Bu çalışmada Tm3+ iyonu katkılı KY3F10 kristalinin, ilk kez 2.3 mikron dalgaboyunda sürekli dalga ve grafen kip kilitli rejimlerdeki çalıştırılışı gösterilmiştir. Pompa olarak dalgaboyu ayarlanabilen ve dar bant genişliği olan bir Ti:safir lazeri kullanılmıştır. 778 nm pompa dalgaboyu ve 1 Watt pompa gücüyle Tm3+:KY3F10 lazeri çift pompalama konfigürasyonunda, 2343 nm dalgaboyunda 122 mW çıkış gücü vermiştir. Kovuk içerisine eklenen çift kırınım plakası sayesinde lazerin dalgaboyunun 2260 nm ile 2385 nm arasında ayarlanabilirliği gösterilmiştir. Grafen ile kip kilitleme deneylerinde kısa lazer kovuğu uzatılmış ve lazer tekrar frekansı 54 MHz’e düşürülmüş. Grafen doyabilen soğurucu rezonatöre eklenmiştir. Bu kip kilitleme deneylerinde 64 mW çıkış gücünde 825 fs genişliğinde darbeler üretilmiştir (Şekil 1). Elimizdeki bilgilere göre Tm3+:KY3F10 lazerinin 2.3 mikronda sürekli dalga ve grafen kip kilitli çalıştırılışı literatürde ilk kez deneysel olarak gösterilmiştir.

Şekil 1. Grafen kip kilitli Tm3+:KY3F10 lazeri ile 2.3 mikronda üretilen darbelerin interferometrik otokorelasyon

sinyali

Anahtar kelimeler: Kip kilitli lazerler, Katıhal lazerleri, Kızılötesi lazerler Kaynakça [1] A. A. Lanin, A. A. Voronin, A. B. Fedotov, and A. M. Zheltikov, "Time-domain spectroscopy in the mid-infrared," Nature 4, 6670 (2014). [2] D. Sanchez, M. Hemmer, M. Baudisch, S. L. Cousin, K. Zawilski, P. Schunemann, O. Chalus, C. Simon-Boisson, and J. Biegert, "7 µm, ultrafast, sub-millijoule-level mid-infrared optical parametric chirped pulse amplifier pumped at 2 µm," Optica 3, 147-150 (2016). [3] L. Y. Shi, L. A. Sordillo, A. Rodriguez-Contreras, and R. Alfano, "Transmission in near-infrared optical windows for deep brain imaging," J. Biophotonics 9, 38-43 (2016). [4] V. Sudesh and J. A. Piper, "Spectroscopy, modeling, and laser operation of Thulium crystals at 2.3 µm," IEEE J. Quantum Elect. QE-36, 879-884 (2000). [5] J. F. Pinto and L. Esterowitz, "Tm3+:YLF laser continuously tunable between 2.20 and 2.46 mm," Opt. Lett. 19, 883-885 (1994). [6] F. Canbaz, I. Yorulmaz, and A. Sennaroglu, "Kerr-lens mode-locked 2.3-μm Tm3+: YLF laser as a source of femtosecond pulses in the mid-infrared," Opt. Lett. 42, 3964-3967 (2017). [7] A. Braud, S. Girard, J. L. Doualan, M. Thuau, R. Moncorge, and A. M. Tkachuk, "Energy-transfer processes in Yb:Tm-doped KY3F10, LiYF4, and BaY2F8 single crystals for laser operation at 1.5 and 2.3 μm," Phys. Rev. B 61, 5280-5292 (2000). [8] A. Braud, P. Y. Tigreat, J. L. Doualan, and R. Moncorge, "Spectroscopy and cw operation of a 1.85 μm Tm:KY3F10 laser," Appl. Phys. B-Lasers O. 72, 909-912 (2001).

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-3 -2 -1 0 1 2 3

Inte

ns

ity

(a.u

.)

Delay (ps)


73

Optimization of Single Pixel Imaging via Compressed Sensing and Raster Scanning

A. Azgın1* and E. Yüce1

1 Programmable Photonics Group, Department of Physics, Middle East Technical University, 06800, Ankara, Turkey

* [email protected], Compressive sensing (CS) is a novel research area which has drawn a considerable interest from a large variety of disciplines due to its promise for data acquisition with a limited data set [1]. Considering the data storage and data transmission technology falls short against the rapidly growing sensor technology, the idea of single pixel camera by using compressive sampling first proposed by Duarte et al. in 2008 [2]. Single pixel imaging becomes competitive since monetary benefits of Si no longer apply after leaving the visible range. Besides the currently prominent methodology known as pixel arrays (PA), there are two different methodologies of imaging with single pixel camera which stands in the opposite ends. Raster scanning (RS) that draws measurement from each pixel for the loss of image capture time, and the CS that trades off measurement time for the loss of image quality [3]. Our aim is to find a convenient optimization to combine raster scanning with single pixel imaging in order to make-up for the drawbacks of both methodologies and improve the measurement time and the resolution. Keywords: Compressive Sensing, Single Pixel Imaging, Digital Image Processing [1] Eldar, Y. Compressed Sensing. (Cambridge, 2012). [2] Duarte, M. F. et al. Single-pixel imaging via compressive sampling. IEEE Signal Process. Mag. 25, 83–91 (2008) [3] Edgar, M., Gibson, G. and Padgett, M. (2019). Principles and prospects for single-pixel imaging.


74

Lasing with Topological Weyl Semimetal

Güneş Oktay1, Mustafa Sarısaman1 and Murat Tas2 1Department of Physics, Istanbul University, 34134, Vezneciler, Istanbul, Turkey

2Department of Software Engineering, Altinbas University, 34217 Istanbul, Turkey Özet Optik olarak aktif Topolojik Weyl semimetal'in (TWS) lazer uygulaması, Kerr ve Faraday rotasyonları açısından incelenmiştir. TWS'nin sağlam topolojik karakteri, Weyl düğümlerinin varlığı ve ilgili yüzey iletkenlikleri ile ortaya çıkar. Bu çalışmada, fermi yaylarının oluşmadığı yüzeylerle ilgileniyoruz; bu yüzden Maxwell denklemleri topolojik terimler içeriyor. İki farklı kalıcı kipin, çift kırılma fenomenine yol açan etkili kırılma göstergelerinin varlığından kaynaklandığını açıkça gösterdik. Transfer matrisi, yansıma ve iletim genliklerinin, TWS lazerin iki modlu karakterini tanımlayan 2x2 matris değerli bileşenleri içerecek şekilde oluşturulur. Lazer sisteminin ilgili parametrelerini, optimum etkileri sağlayacak şekilde ayarlıyoruz. Çalışmalarımız, ilgili grafiksel gösteriler tarafından desteklenmektedir. Gözlemlerimiz ve tahminlerimiz TWS lazer ve uyumlu mükemmel soğurucu oluşturmanın somut bir yolunu göstermektedir. Anahtar kelimeler: Topolojik Weyl Yarımetalleri, Fermi yayı, Spektral tekillik, Uyumlu mükemmel soğurucu


75

Diffraction-based Optical Interferometer MEMS Blood Pressure Sensor

P. Zolfaghari1, O. K. Erden2, A. D. Yalçınkaya2, O. Ferhanoğlu1

1Istanbul Technical University, Electronic-Communication Eng. Dep., Maslak, 34469, Istanbul 2Boğaziçi University, Dept. of Electrical-and Electronics Eng., Bebek 34342 Istanbul

[email protected] Summary In this work an optical Microelectromechanical System (MEMS) pressure sensor for the noninvasive medical devices which provides real-time monitoring of blood the pressure inside the vessel is designed. Since Optical MEMS sensors offer high accuracy, high sensitivity, real-time multiprocessing ability, and very little interference with other systems, compatibility, easy fabrication, low size and cost, etc., they are suitable for development of integrated medical systems [1]. Diffraction-based optical interferometer principle is used for measuring the displacement of MEMS blood pressure sensor membrane inside a vessel. The sensor is implemented on a thin glass platform, and integrated with single-mode fiber cable and a grin lens via a holder for interferometric measurement, as shown in Fig 1(a). The device is designed for a blood pressure range of 60-140 mm-Hg, and a resolution of 1 mm-Hg in which thermal variation cannot influence the measurement. A Parylene-C layer which is sandwiched between two metallic layers acts as a released membrane to sense pressure of blood as well as to reflect the incident laser beam through a desired diffraction grating. The membrane is sealed by epoxy in 760 mm-Hg (1 atm) as an air cavity (chamber) to act as the reference pressure. Environmental pressure variation with respect to the chamber pressure of the membrane will be interferometrically measured by a diffraction grating and grin lens, as shown in Fig 1(b). As mentioned, in order to cancel the environmental thermal variation [2] double layer of metal surround Parylene-C membrane instead of a single metal layer. Since the sealed chamber pressure (760 mm-Hg) is higher than environmental ones, in order to cancel thermal expansion side effect, the top metal layer should be thicker than the lower one. The membrane structure has been designed and simulated in various thickness and radius, as shown in Fig 1(c). Integrating the sensor with Temperature and Localization sensors on the same platform are included in this study’s aims. Integration of three sensors on the same platform with medical devices will allow a new horizon in interventional surgery.

Fig 1. (a) Illustration of optical MEMS blood pressure sensor for noninvasive non-invasive medical devices, (b) Diffracted beam reflected from membrane, (c) Simulation of displacement result for a specific pressure sensor membrane (parylene 4 um) for pressure variation, Key Words: Fotonic Sensor, MEMS, Noninvasive Medical Devices, Interferometer Thanks: This project is supported by TÜBİTAK 116E814. References: [1]H. Torun, J. Sutanto, K. K. Sarangapani, P. Joseph, F. Degertekin, and C. Zhu, "A micromachined membrane-based active probe for biomolecular mechanics measurement," Nanotechnology, vol. 18, p. 165303, 2007. [2]H. Torun and H. Urey, "Thermal deflections in multilayer microstructures and athermalization," Journal of Applied Physics, vol. 100, p. 023527, 2006.


76

Küçük Süperparamanyetik Demir Oksit Nanoparçacıkların Fototermal ve Kombine Fotodinamik-Fototermal Potansiyelinin

İncelenmesi

1Kubra Bilici, 2Abdullah Muti, 1Fatma Demir Duman, 1,2,3Alphan Sennaroğlu ve 1,3,4Havva Funda Yağcı Acar

1Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Koç Üniversitesi 2Fizik ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği, Koç Üniversitesi

3Kimya Bölümü, Koç Üniversitesi 4KUYTAM, Koç Üniversitesi

[email protected] Özet Süperparamanyetik nanoparçacıklar (SPION) klinikte onaylı formülasyonlarının bulunması ve yüksek biyouyumluluğu nedeniyle manyetik rezonans görüntüleme, gen ve ilaç taşımada sıkça kullanılmaktadır. Bu alanlardaki çalışmalara ek olarak, yakın zamanda SPION’ların fototermal terapi (PTT) uygulamasında da umut vaat edici ve etkili bir ajan olduğunu gösteren çalışmalar yapılmıştır. Son derece biyouyumlu SPION’ların PTT gibi lokal ve sağlıklı dokuya zarar vermeden minimal yan etki ile kanser tedavisinde etkili olabilen bir yöntemde kullanılabilmesi medikal sahada büyük heyecan yaratmıştır. Ancak yapılan çalışmalarda fototermal etkinin kaynağı tam incelenmemiş, etkinin incelendiği çalışmalarda ise sistematik bir yaklaşım çok benimsenmemiş ve bu etkinin kaynağı tam anlaşılamamıştır [1, 2]. Bu çalışmada öncelikle kararlı ve ufak PAA@SPION’ların PTT potansiyeli uyarı dalgaboyu, lazer gücü ve şiddetine bağlı olarak incelendi. Sıcaklık artışının dalga boyuna bağımlığının incelendiği deneyler 10 nm aralıklarla 728-838 nm aralığında yapılmş ve sıcaklık artışının uyarılan dalga boyundaki sönümlenmeden bağımsız olduğu elde edilmiştir. Lazer gücü sabit tutulup hüzme yarıçapının değiştirilip böylece elde edilen farklı lazer güçlerinde yapılan deneyler meydana gelen sıcaklık artışının uygulanan lazer şiddetinden bağımsız olduğunu göstermiştir. Ancak uygulanan lazer gücü değiştiğinde sıcaklık artışının değiştiği elde edilmiştir. Lazer sonrası nanoparçacığın yapısında meydana gelen değişimler farklı karakterizasyon yöntemleri ile incelenmiş ve parçacığın lazer sonrası kararlı yapısını koruduğu görülmüştür. Son olarak hücre çalışması HeLa hücre hattında başarılı bir şekilde gerçekleşmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında PTT bir diğer fototerapi yöntemi olan ve klinik uygulamalarda sıkça kullanılan fotodinamik terapi (PDT) ile birleştirilerek SPION’ların kombine tedavi potansiyelleri incelenmiştir ve deneyler tek bir dalga boyunda ve tek bir güçte gerçekleştirilmiştir. Klinik uygulamalarda sıkça kullanılan PDT ajanı indosiyanin yeşili (ICG) ile 3- aminopropiltrimetoksisilan kaplı SPION (APTMS@SPION) birleştirilerek 795 nm dalga boyunda kombine fototerapi potansiyeli incelenmiştir. ICG'nin kararlılık sorunu SPION'lara yüklenmesiyle aşılmıştır. Tek başına PDT, tek başına PTT ve kombine PTT+PDT terapinin başarısı kolon (HT29) ve göğüs kanseri (MCF7) hücrelerinde incelenmiştir. APTMS@SPION kullanılarak yapılan PTT deneylerinde her iki hücre hattında da önemli bir ölüm meydana gelmeyip sadece hafif hipertermi gerçekleşmiştir. Tek başına ICG, PDT deneyleri sonucunda HT29 hücresine kıyasla MCF7 hücre hattında daha çok ölüm meydana getirmiştir. ICG-APTMS@SPION lazer ile uyarılmasıyla yapılan kombine tedavi ile iki hücre hattında da tümör hücreleri hemen hemen tümüyle yok edilmiştir. Anahtar kelimeler: SPION, fototermal terapi (PTT), fotodinamik terapi (PDT), indosiyanin yeşili (ICG) Kaynakça [1] Chu, M., Shao, Y., Peng, J., Dai, X., Li, H., Wu, Q. and Shi, D., 2013. Near-infrared laser light mediated cancer therapy by photothermal effect of Fe3O4 magnetic nanoparticles. Biomaterials, 34(16), pp.4078-4088. [2] Espinosa, A., Di Corato, R., Kolosnjaj-Tabi, J., Flaud, P., Pellegrino, T. and Wilhelm, C., 2016. Duality of iron oxide nanoparticles in cancer therapy: amplification of heating efficiency by magnetic hyperthermia and photothermal bimodal treatment. ACS nano, 10(2), pp.2436-2446.


77

Fabrication and Characterization of Miniature Glass-blown Cs Vapor Cells

İ. Araz 1,*, İ. Yorulmaz1, A. Meraki1,2, B. Kaçar1, K.Topal3,B. Kubanaliev1

1 Atomic Sensors Laboratory, TUBITAK National Metrology Institute, Kocaeli, Turkey 2 Department of Physics, Bilecik Şeyh Edebali University.Bilecik, Turkey

3 Reference Materials Laboratory, TUBITAK National Metrology Institute, Kocaeli, Turkey *email to: [email protected]

Alkali metal vapor cells are the core of atomic physics-based precise measurement devices such as atomic clocks [1], atomic magnetometers [2] and, atomic spin gyroscopes [3], all of which consist of alkali metal atoms with long-lasting polarization [4]. They have been oriented by optical pumping method for nearly seventy years since the spin polarization is the operation requirement of many atomic devices. The atomic sensor sensitivity is associated with the density of atoms and transverse lifetime T2 of the spin coherence in alkali vapor ensemble [5]. The destruction of the polarization of optically pumped alkali atoms and T1 - T2 relaxation times are affected by various mechanisms. The collisions with other alkali atoms, buffer gas atoms, quenching gas molecules and diffusion to depolarizing wall are the most important ones [6]. Reduction of the relaxation rates of atomic ground-state polarization is the essential solution for enhancement of the sensitivity and increment of the polarization lifetime [7]. Two fundamental methods are utilized to decelerate the fast depolarizing mechanism. The first method is filling the vapor cell with buffer gases such as neon, argon, krypton, xenon to prevent alkali atoms to make spin destructive wall collision. [8]. Atoms disperse slowly as a result of the alkali-buffer collision and buffer gases prevent alkali atoms to reach the cell walls permanently. The second method is the application of anti-relaxation coatings like paraffin and octadecyl- trichlorosilane (OTS) which have the ability to preserve spin polarization of atom during wall collision [9]. The vapor density was increased by heating the atomic vapor cell for enhancing the sensitivity [9]. However, high temperature affects the performance of the coating by damaging its structure. Therefore, the buffer gas method is more preferable for high temperature applications. In this study, the fabrication and the characterization of nitrogen buffered and pure cesium vapor cells were reported. The natural linewidth of F=4 to F=5’ transition was measured as 5.36 MHz by using Doppler-free saturated absorption spectroscopy. In addition, an Mx type magnetometer setup was used to measure and compare the magnetic resonance lineshapes of the pure and buffered Cs vapor cells for cardiomagnetometer applications. The halfwidths at half maxima of the phase signals were measured as 1039 Hz and 4450 Hz for 10 torr N2 buffered and pure Cs vapor cells, respectively. The calculated sensitivities for these lineshapes are 22.4 pT/√Hz and 76 pT/√Hz, respectively. The sensitivities of both cells are optimized for cardiomagnetometric measurements. Keywords: atomic vapor cells, high precision magnetometry, optically detected magnetic resonance. References: [1] C. J. Bordé, "Atomic clocks and inertial sensors," Metrologia, vol. 39, no. 5, p. 435, 2002. [2] I. Kominis, T. Kornack, J. Allred, and M. Romalis, "A subfemtotesla multichannel atomic magnetometer," (in English), Nature, Article vol. 422, no. 6932, pp. 596-599, APR 10 2003 2003, doi: 10.1038/nature01484. [3] E. A. Donley, "Nuclear magnetic resonance gyroscopes," in Sensors, 2010 IEEE, 2010: IEEE, pp. 17-22. [4] J. Kitching, S. Knappe, and E. A. Donley, "Atomic Sensors - A Review," IEEE Sensors Journal, vol. 11, no. 9, pp. 1749-1758, Sep 2011, doi: 10.1109/jsen.2011.2157679. [5] J. Allred, R. Lyman, T. Kornack, and M. Romalis, "High-sensitivity atomic magnetometer unaffected by spin-exchange relaxation," Physical review letters, vol. 89, no. 13, p. 130801, 2002. [6] G. Vasilakis, Precision measurements of spin interactions with high density atomic vapors. Princeton University, 2011. [7] R. Straessle et al., "Microfabricated alkali vapor cell with anti-relaxation wall coating," Applied Physics Letters, vol. 105, no. 4, p. 043502, 2014. [8] W. Franzen, "Spin relaxation of optically aligned rubidium vapor," Physical Review, vol. 115, no. 4, p. 850, 1959. [9] W. Li et al., "Characterization of high-temperature performance of cesium vapor cells with anti-relaxation coating," Journal of Applied Physics, vol. 121, no. 6, p. 063104, 2017.


78

Liquid Quantum Dot White LEDs with High Luminous Efficiency

Sadra Sadeghi,1 Baskaran Ganesh Kumar,2,‡ Rustamzhon Melikov,2 Mohammad Mohammadi Aria,3 Houman Bahmani Jalali,3 and Sedat Nizamoglu 1,2,3,*

1. Graduate School of Materials Science and Engineering, Koç University, Istanbul, 34450, Turkey. 2. Department of Electrical and Electronics Engineering, Koç University, Istanbul, 34450, Turkey. 3. Department of Biomedical Sciences and Engineering, Koç University, Istanbul, 34450, Turkey.

‡ Current Address: Department of Chemistry, PSR Arts and Science College, Sivakasi, India *Corresponding author: [email protected]

Abstract Colloidal quantum dots (QDs) have attracted significant attention in the last three decades due to high quantum yield (QY) and tunable electronic properties via quantum confinement effect and material composition. However, their utilization for efficient solid-state lighting sources has remained a challenge due to the decrease of QY from synthesis batch in liquid-state to host matrix in solid-state, which is also known as the host material effect. Here, we suppress the host material effect by simple liquid-state integration in light-emitting diodes (LEDs) that led to a luminous efficiency of 64 lm/W for RGB (Red, Green, Blue) and 105 lm/W for GB-based (Green, Blue) white light generation. For that, we maximized the QY of red- and green-emitting QDs by optimizing synthesis parameters, and integrated efficient QDs with QY up to 84% on blue LED dies in liquid form at appropriate injection amounts for high-efficiency white lighting. Liquid-state integration showed 2-fold and 6-fold enhancement of efficiency in comparison with incorporation of QDs in PDMS film and close-packed formation, respectively. Our theoretical calculations predicted that luminous efficiency of liquid QD-LEDs can reach over 200 lm/W. Therefore, this study paves the way toward ultra-high-efficiency QD-based lighting. References 1. Sadeghi, Sadra, et al. "Quantum dot white LEDs with high luminous efficiency." Optica 5.7 (2018): 793-802. Keywords Quantum dots, Light-emitting diodes, liquid-state integration, Luminous efficiency


79

Zaman Çözünürlüklü Manyeto-Optik Kerr Etkisi Deney Düzeneğinin Kurulması ve Manyetik İnce Filmlerin Manyeto Optik Dinamiklerinin

İncelenmesi

Z.Tabak2, M. Arslan3, T.Bozdağ2, E. Duman1, H.G. Yağlıoğlu2 1 Enerji Mühendisliği Bölümü, Mühendislik Fakültesi, Ankara Üniversitesi, 06100 Beşevler,

ANKARA 2 Fizik Mühendisliği Bölümü, Mühendislik Fakültesi, Ankara Üniversitesi, 06100 Beşevler,

ANKARA 3 Roketsan A.Ş. ANKARA

[email protected]

Ultra hızlı manyetizasyon, hem temel fizik açısından hem de manyetik depolama, spintronik gibi hızlı manyetik anahtarlamanın kullanıldığı teknolojilerin geliştirilmesi gibi uygulama alanlarından dolayı son yılların popüler araştırma konuları arasındadır. Ancak, bu konuda özellikle ultrahızlı manyetizasyon süreçlerinde spin ve yörünge açısal momentumunun elektronik ve örgü sistemlerine çiftlenimleri (coupling) tam olarak anlaşılamamıştır. Bu eksikliğin giderilmesi için son yıllarda ultrahızlı pompa gözlem spektroskopi tekniği değişik manyetik malzemeler için kullanılmaya başlanmıştır. Ultrahızlı pompa gözlem spektroskopi tekniği manyetik malzemelerin demanyetizasyonu yani manyetik özelliklerini yitirmesi sırasındaki dinamiklerinin incelenmesi açısından oldukça önemli bir yöntemdir. Manyetik faz geçiş özelliği, sistemlerin ultrahızlı manyetizasyon dinamiklerinin incelenmesi elektron, örgü ve spin alt sistemleri arasındaki henüz açıklığa kavuşmamış enerji transferinin dinamikleri konusunda bilgi sağlayabilirler. Bilindiği gibi optik sistemlerde optik bir uyarma geldiğinde, sadece elektronlar uyarılabilir ve sistem birkaç femtosaniye mertebesinde elektron-elektron etkileşmesi ile termal olarak dengeye (termalization) ulaşır. Sonraki aşamada, örgü ile etkileşim nedeniyle sıcak elektronlar enerjilerini örgüye aktararak soğur ve sistem birkaç ps içinde yeni bir dengeye ulaşır. Optik sistemlerde bu süreç oldukça iyi bilinmektedir. Ancak, manyetik sistemlerde bu sürece spin sisteminin de dahil edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada ilk olarak geri dönüşlü manyeto optik dinamiklerinin incelenmesi için, ultrahızlı pompa gözlem spektroskopisinin bir uygulaması olan Time Resolved Magneto Optik Kerr Efect (TR-MOKE) deney düzeneği kurulmuştur. Daha sonra bu deney düzeneği, manyeto optik dinamikleri daha önceden çalışılmış olan CoPt manyetik malzemesi ile test edilmiştir. Ferromanyetizmadan paramanyetizmaya (demanyetizasyon) geri dönüşlü faz geçişin dinamikleri ölçülmüştür ve literatür ile uyumlu olarak bulunmuştur. Kaynakça [1] Bennemann K. H. 2004, ‘‘Ultrafastdynamics in solids’’ J. Phys.: Condens. Matter 16, R995. [2] Bigot, J.-Y.,Guidoni L., Beaurepaire E., Saeta P. N., 2004, ‘‘Femtosecond Spectrotemporal Magneto-optics’’Phys.Rev.Lett.93, 077401 [3] Bigot J. Y., M. Vomir, E. Beaurepaire 2009. ‘‘Coherent ultrafast magnetism induced by femtosecond laser pulses’’ Nature Physics, 5, 515. [4] Koopmans, B., M. vanKampen, J. T. Kohlhepp, W. J. M. de Jonge, 2000, ‘‘Ultrafast Magneto-Optics in Nickel: Magnetism or Optics?’’ Phys. Rev. Lett. 85, 844. [5] Güdde, J., U. Conrad, V. Jähnke, J. Hohlfeld, E. Matthias, 1999, ‘‘Magnetization dynamics of Ni and Co films on Cu(001) and of bulk nickel surfaces’’ Phys. Rev. B 59, R6608. [6] Ju, G.,Hohlfeld J., Bergman B., van de Veerdonk R. J. M., Mryasov O.N., Kim J.-Y., Wu X., Weller D., Koopmans B., 2004. ‘‘Ultrafast Generation of Ferromagnetic Order via a Laser-Induced Phase Transformation in FeRh Thin Films’’ Phys. Rev. Lett. 93 [7] Eschenlohr A., M. Battiato, P. Maldonado, N. Pontius, T. Kachel, K. Holldack, R. Mitzner, A. Föhlisch, P. M. Oppeneer, C. Stamm, 2013, ‘‘Ultrafast spin transport as key to femtosecond demagnetization’’ Nature Materials 12, 332 [8]Stefan Eisebitt Clemensvon Korff Schmising, 2013.Time resolved magneto-optical measurements of ultrafast demagnetization Dynamics thesis. Universitadegli Studidi Pisa.


80

FeAl Manyetik İnce Filminin Üretimi, Karakterizasyonu ve Lazer Işını ile Manyetik Örgülenmesi

T.Bozdağ2, Z.Tabak2, M. Arslan2, 3, H.G. Yağlıoğlu2, E. Duman1

1 Enerji Mühendisliği Bölümü, Mühendislik Fakültesi, Ankara Üniversitesi, 06100 Beşevler, ANKARA

2 Fizik Mühendisliği Bölümü, Mühendislik Fakültesi, Ankara Üniversitesi, 06100 Beşevler, ANKARA

3 Roketsan A.Ş. ANKARA [email protected]

Son yıllarda manyetik malzemelerin değişik uygulamaları için üretilen ince filmlerin üzerinde periyodik nano/mikro boyutlu örgülemelerin yapılması büyük bir önem kazanmıştır. Bu amaçla, FeAl sisteminde oluşturulacak örgülemenin örnek topolojisinde herhangi bir değişiklik meydana getirmeden oluşturulması yani saf manyetik bölgelerin manyetik olmayan matris içerisinde elde edilmesi değişik uygulamalar açısıdan önemlidir. Örneğin spin dalga kılavuzu gibi mikrodalga teknolojisinde önemli bir yere sahip olmaya başlayan teknolojilerde bu tür saf manyetik örgülemeler spin dalgasının yansımadan ilerlemesi için büyük öneme sahiptir. Bu çalışmada, FeAl sisteminde gözlenen kristal düzensizliği sonucu ortaya çıkan ferromanyetizma özelliğinin kullanılması ile üretilen FeAl ince filmlerin üzerinde farklı darbe sürelerine sahip lazer ışınları kullanılarak noktasal mikro boyutlarda periyodik manyetik bölgeler oluşturulmuştur. Farklı darbe sürelerine sahip lazerlerin film yüzeyinde oluşturdukları manyetik bölgelerin manyetik özellikleri MOKE mikroskobu çalışmaları ile incelenerek, bu bölgelerin morfolojileri ve manyetik alan altındaki davranışları incelenmiştir. Böylece, manyetik kayıt teknolojisi, spin dalga klavuzu gibi değişik uygulamalar açısından en uygun lazer ile manyetik örgüleme parametleri belirlenmeye çalışılmıştır. FeAl sistemine ait ince filmler ısısal buharlaştırma sistemiyle üretilmiştir. Üretilen ince fimlere 773K’ de ısıl işlem uygulanmıştır. İnce filmlerin kalınlıkları ve kimyasal komposizyonları belirlemek için taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını (EDX) spektroskopi sistemleri kullanılmıştır. Daha sonra, farklı darbe sürelerine sahip lazer demeti ile film yüzeyinde manyetik örgüleme çalışmaları yapılmıştır. Farklı lazer parametleri ile örgülenen ince filmlerin üzerindeki manyetik bölgeler optik ve MOKE mikroskobu ile incelenmiştir. Bu deneylerle FeAl ince filmlerin üzerinden yansıyan ışığın polarizasyonunda ince filmin manyetizasyonundan kaynaklanan değişimler farklı manyetik alanlar altında belirlenmiştir. Kaynakça [1] O. Kubaschewski, Iron-Binary Phase Diagrams, Springer Verlag, 1982, p5-9 [2]Varin R A, Czujko T, Bystrzycki J and Calka A, Mater. Sci. Eng. A329, 2002, p213 [3] Sort J, Concustell A, Menéndez E, Suriñach S, Rao K V, Deevi S C, Baró M D and Nogués J, Adv. Mater. 18 2006, p1717 [4] Huffman G P and Fisher R M, J. Appl. Phys. 38, 1967, p735 [5] Yang Y, Baker I and Martin P, Phil. Mag. B 79, 1999, p449 [6] Jirásková Y, Schneeweiss O, Milicka K, Svoboda M and Procházka I Mater. Sci. Eng. A 293, 2000, p215 [7] Yelsukov E P, Voronina E V and Barinov V A, J. Magn. Magn. Mater. 115, p1992, 271 [8] Amils X, Nogués J, Suriñach S, Baró M D and Muñoz J S IEEE Trans. Magn. 34, 1998, p1129 [9] Hernando A, Amils X, Nogués J, Suriñach S, Baró M D and Ibarra M R, Phys. Rev. B 58, 1998, pR11864 [10] E Menéndez, J Sort, M O Liedke, J Fassbender, S Suriñach, M D Baró, J Nogués New Journal of Physics 10, 2008, p103030 [11] Rantej Bali, Sebastian Wintz, Falk Meutzner, RenéHübner, Richard Boucher, Ahmet A. Ünal, Sergio Valencia, Andreas Neudert, Kay Potzger, Jürgen Bauch, Florian Kronast, Stefan Facsko, Jürgen Lindner, Jürgen Fassbender, Nano Lett., 14, 2014, p435


81

Micromaching on/under the Surface of the Semiconductor Materials by Focusing 1.5um Ultrafast Laser Beam with Nano-Spheres

Fırat idikut1,3,*,Mona Zolfaghari Borra2,3 ,N.S. Esmaeilzad2,3 and Alpan Bek1,2,3

1 Middle Easth Technical University, Nano-Optics Laboratory, 06800 Dumlupınar Bulvarı, Ankara, Turkey

2 Solar Cell Research Center (GÜNAM) , 06800 Dumlupınar Bulvarı, Ankara, Turkey3 3Micro and Nano Technology Graduate Program, 06800 Dumlupınar Bulvarı, Ankara, Turkey

Ankara – Türkiye *[email protected]

Abstract The applications of femtosecond lasers provide the researchers with a very novel techniques in semi conductor materials. In Si wafer, the two photon absorption phonemena for 1.5um ultrafast laser is observed in the last decade. Since the silicon is transparent for 1.5um wavelength, the processing inside the silicon is triggered by using a backsurface reflection[1]. Although, we used high NA lenses in our previous reports, the pixel size of the processed region is limited to 5-10um size. The challenging issue for this process is to decrease the pixel size of the processed area from 5-10um to <5um. In this study, the first results of the novel technique (coating the surface with nano particles) will be introduced.

Fig. 1: SEM image of the processed area after etching

In this work, it is demonstrated that the nano-spheres can be used as a micro lenses in order to produce micro structures on the semi conductor materials. In future, the smaller diameter sized nano spheres, closer to the wavelength of the laser source (1.5um), will be aimed to introduce for micron size processed structures under and over the surface of the semi conductor materials. Acknowledgements We kindly acknowledge support from TÜBİTAK under grant nr. 118F132. Keywords: femtosecond laser,ultrafast laser, two photon absorption, nano-spheres, backsurface reflection References [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] R. R. Gattass, E. Mazur, “Femtosecond laser micromachining in transparent materials,” Nature Photonics 2, 219 (2008)


82

Serbest Uzay Optik Haberleşmesinde Optik Filtrelerin Performans Analizi

S. Eylem Atabay, N. Özlem Ünverdi

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

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

Özet Her geçen gün yaygınlaşmakta olan Serbest Uzay Optik Haberleşmesi’nde (SUO), verici katı ve alıcı katı, farklı binaların çatılarına kurulur. Yüksek veri hızı, büyük band genişliği, güvenilirlik, kurulum kolaylığı, maliyetin az olması ve lisans gerektirmemesi, bu teknolojiyi avantajlı kılan özellikler arasında yer alır. İletişim kanalı olarak serbest uzayın kullanılması, veri iletimi sırasında atmosferik türbülanstan dolayı sistemin performansının azalmasına yol açar. Yakın ve uzak mesafede, görüş açısına bağlı olarak veri iletimi yapan lazer ışınında meydana gelen saçılım, soğurma ve sintilasyon, bit hata oranı (BER, Bit Error Rate) gibi ölçüm metriklerinde olumsuz sonuçlara neden olur. Genellikle kısa mesafe haberleşmesinde daha iyi sonuçların alındığı ve optik devre elemanlarından kuvvetlendirici, izolatör ve filtre kullanıldığı SUO sistemi, modülasyon, çoğullama ve kodlama teknikleri ile uzun mesafelere entegre edilir. Atmosferik etkenlerin iletişimi etkilediği bu teknolojide, alıcı katındaki filtre önem arz eder [1, 2]. Bu çalışmada, alıcı yapısında gürültünün azaltılması için OptiSystem 16.1 simülasyon programı ile hazırlanan düzenekte, filtrelerin bit hata oranı, göz açıklığı ve kalite faktörü ölçüm metrikleri ile performansları incelenmiştir. Kim Modeli’ne göre belirlenen farklı zayıflama katsayılarına sahip açık hava, puslu hava, hafif yağışlı hava, orta yağışlı hava ve yoğun yağışlı hava için atmosferik durumlar değerlendirilmiştir [3]. Sistemin performansına etki eden önemli parametrelerden biri olan iletişim kanalının uzunluğunun 800 m, 1000 m ve 1500 m olması durumunda, üç farklı senaryoya bağlı olarak Gaussian filtre, Bessel filtre, Butterworth filtre ve Chebyshev filtrenin performans analizleri yapılmış ve Bessel filtrenin performansının, diğer filtrelerin performanslarından daha iyi olduğu görülmüştür [4].

Anahtar kelimeler: İletişim teknolojileri, Serbest Uzay Optik Haberleşmesi, lazer, kuvvetlendirici, izolatör, filtre

Kaynakça [1] A. K. Majumdar, Advanced Free Space Optics (FSO), A Systems Approach, Springer Series in Optical Sciences, Volume 186,

Springer Science+Business Media, New York, 2015. [2] G. Kaur, H. Singh, A. S. Sappal, “Free Space Optical Using Different Modulation Techniques – A Review”, International Journal

of Engineering Trends and Technology (IJETT), Volume-43 Number 2, January 2017, pp. 109-115. [3] S. H. Alnajjar, A. A. Noori, A. A. Moosa, “Enhancement of FSO Communications Links Under Complex Environment”, Photonic

Sensors, Vol. 7, No. 2, 2017, pp. 113-122. [4] G. Pekküçük, İ. Uzar, N. Ö. Ünverdi, “Optik Filtrelerde Performans Analizi”, ELECO 2014, Elektrik - Elektronik, Bilgisayar ve

Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, 27-29 Kasım 2014, Bursa, 603-607.


83

Şeffaf Retro-Reflektör Tabanlı Optik Eldiven ile Gerçek Zamanlı El Takibi ve Segmentasyonu

Osman Eldeş, Hakan Ürey

Koç Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Optik Mikrosistemler Laboratuvarı [email protected]

Özet Görüntü işleme algoritmaları kullanılarak nesne takibi ve video segmentasyonu yapan çalışmalar mevcuttur [1]. Özellikle sanal gerçeklik uygulamalarında elin takip edilmesi ve kullanıcıya gerçek el modelinin sunulması kullanıcının tecrübe ettiği gerçeklik hissini ve uygulama performansını artmaktadır [2]. Mevcut el takip yöntemleri arka plandaki ve benzer görünümdeki nesnelerden büyük ölçüde etkilenmektedir. Geliştirdiğimiz yöntem şeffaf retro-reflektörler kullanarak elin karmaşık arka plandan ayırt edilebilmesini ve el takip algoritmalarının doğruluk yüzdelerinin artmasını sağlamaktadır. Grubumuz tarafından geliştirilen şeffaf retro-reflektörler yüksek optik kazanç sağlamakta ve projeksiyon cihazları ile birlikte artırılmış gerçeklik uygulamaları için kullanılmaktadır [3]. Şekil 1a’da görüleceği üzere şeffaf retro-reflektörler şeffaf kağıt üzerine kaplanan retro-reflektör adacıklarından oluşmaktadır. Bu tasarımlarda kullanılan retro-reflektör adacıkları ışığı ışık kaynağına geri göndermekte, retro-reflektör olmayan şeffaf kısımlar ise ışığı geçirmektedir. Çalışmamızda şeffaf retro-reflektörler eldiven şekline getirilip el üzerine kaplanmıştır. Kameranın video çekim hızının yarısı hızda çalışan LED sürücü devresi kamera ile senkronize şekilde çalışmaktadır. Bu sayede kızılötesi LED’ler kameranın bir görüntüsünde açık konumda iken ardışık gelen görüntüde kapalı konumdadırlar. Kameranın bir görüntüsünde takip edilecek el parlak olarak görünürken, ardışık gelen diğer görüntü de el kendi dokusu ile görülebilmektedir. Kameranın ardışık iki görüntüsü birbirinden çıkartılarak elin segmentasyonu sağlanmaktadır. Şekil 1b ve 1c’de görüleceği üzere karmaşık arka plan önünde bulunan ve bir kısmı kapatılmış elin segmentasyonu ve takibi başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Geliştirdiğimiz optik eldiven ve algoritma sayesinde sanal gerçeklik uygulamalarında kullanıcının kendi el görüntüsü gerçek zamanlı olarak sanal ortama dahil edilebilecektir.

(a) (b) (c) Fig 1: (a) Şeffaf retroreflektör kaplanmış el parmakları (b) El segmentasyonu (c) El Segmentasyonunun yakın görünümü

Anahtar kelimeler: El Takibi, Nesne Takibi, Video Segmentasyonu, Retro-reflektör Kaynakça [1] Wang, Q., Zhang, L., Bertinetto, L., Hu, W., & Torr, P.H. (2018). Fast Online Object Tracking and Segmentation: A Unifying Approach. CoRR, abs/1812.05050. [2] J. Grubert, L. Witzani, E. Ofek, M. Pahud, M. Kranz and P. O. Kristensson, "Effects of Hand Representations for Typing in Virtual Reality," 2018 IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User Interfaces (VR), Reutlingen, 2018, pp. 151-158. [3] S. R. Soomro and H. Urey, “Integrated 3D Display and Imaging Using Dual-Purpose Passive Screen and Head-Mounted Projectors and Camera,” Optics Express, vol. 26(2) pp. 1161-1173, 2018.


84

3D Printed Actuators: 3D Printed Endoscopic Imaging Devices & Variable Focus Lenses

İsra Salaheldin2, Serkan Şatak1, Oğuz Gürcüoğlu2, Esat Can Şenel1, Deniz Derman1, Ahmet

C. Erten1, Onur Ferhanoğlu1 1) Department of Electronics and Communication Engineering, Istanbul Technical University,

Istanbul / TURKEY 2) Physics Engineering, Istanbul Technical University, Istanbul / TURKEY

[email protected]

Summary 3D printing technology presents multiple advantages due to its low cost and speed in production of designs with various features. With rapidly developing technology diverse materials such as polymers and metals can be used to produce desired designs [1]. Also complex structure models can be realized with ease by utilizing different featured production methods of 3D printers. By combining these features with high resolution of 3D printer devices, 3D printed systems converges to conventional microfabrication, which depends on complex production steps, in aspects of functionality and dimension [2]. This provides low cost fabrication and availability to small enough devices to perform imaging purposes in narrow areas for endoscopy and colonoscopy processes. Herein, we demonstrate 3D printed devices to perform processes like 3D actuator for laser scanning endoscopy, laser imaging device and variable focus lens for capsule endoscope. Widely used method for laser scanning is focused on acquiring 2 dimensional images obtained by lateral scanning. In order to scan different layers on the target one must add an axial movement as 3rd dimension. By that way we produced an 3D scanning device which is formed by combining a hydraulic bellow structure for axial movement and scanner head structure, which includes a magnet and oscillates under effect of a coil for lateral scan. In order to obtain axial movement, actuator must stretch and shorten with pressure. To obtain such structure a flexible material is needed. We used SLS (Selective Laser Sintering) technique which provides high resolution and flexible material processing. In capsule endoscopy, the aim is to get information about digestive system combining the two commonly used endoscopy and colonoscopy processes. This provides convenience of imaging the small intestines without any pain feeling. Knowing that the digestive system varies in diameter from an area to another. Therefore; the focus of the imaging should be always changing. This is possible by adjusting the position of the imaging lens inside the capsule. An Actuator, with a spring-based model was designed to change the focus of the lens. Working on the same idea, the design was modified and developed according to experimental results. Using the materials, SLS and FDM many models of different sizes were 3D printed and used in the experimental setup. Tunable Lenses are basically focal length adjustable lenses. In this case we strive with this concept with pneumatic forces. We forced water to a chamber which has elastic top, or both top and bottom, surface membrane with a syringe pump. In the production of chamber and setup we used SLA Clear material for its clarity. This kind of basic adjustable lenses can be used mostly at experimental cases for inexpensively production of lens setup. Keywords: 3D Printing, Actuators, Laser Imaging, Endoscopy, Variable Focus Lenses Kaynakça [1] Ngo, T. D., Kashani, A., Imbalzano, G., Nguyen, Kate T.Q., Hui, D., “Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges”, 2018, Composites Part B: Engineering [2] Bhushan, B., Caspers, M., “An overview of additive manufacturing (3D printing) for microfabrication”, Microsystem Technologies, 2017, 23, 4, pp 1117–1124


85

Broadband Spectral Splitting of Light Using a Spatial Light Modulator

B.N.Gün1* and E. Yüce1

1 Programmable Photonics Group, Department of Physics, Middle East Technical University, 06800, Ankara, Turkey

* [email protected], Diffraction arises whenever the wavelength of light and dimensions of a medium show congruence in size. To control diffraction, one can arrange the thickness of the medium considering theoretical calculations or refractive index of the medium. Spatial Light Modulators (SLM) provide the means to control the refractive index of a liquid crystal media. The liquid crystal displays (LCD) in SLM have birefringence property that can alter the time inside the device to get constructive or destructive interference at any desired region [1]. Through programmable control, it is possible to manipulate the spatial phase of light in the range of 0-2π. Spectral splitting whose applications are advantageous to obtain high efficiency in multi-junction solar cells is achieved for two different frequencies to two different regions with more than 100% diffraction efficiency by using this control [2]. Our experimental results show that the intensity after manipulation has drastically increased by 72.6% for red (700nm-635nm) and 28.3% for blue (490nm-450nm) light in 3 hours whereas it has increased by 66.3% for red and 26.4% for blue light in 1.5 hours.

Keywords: Diffraction, Spectral Splitting, Spatial Light Modulator (SLM), Solar Cell

[1] Igasaki, Y. et al. High efficiency electrically-addressable phase-only spatial light modulator. Opt. Rev. 6, 339–344 (1999). [2] A. Zayan, M. Stefancich, and C. Maragliano, “Three-Dimensional Point-Focus Spectral Splitting Solar Concentrator System,” Int. J. Opt. Appl., vol. 4, no. 4A, pp. 6–11, 2014.


86

Pasif Optik Ağlardaki FTTX Uygulamalarında Veri İletimi Optimizasyonu

Hakan Coşkun, N. Özlem Ünverdi


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

Özet Bu çalışmada, optik haberleşme sistemleri incelenmiş ve optik dağıtım ağ mimarileri analiz edilmiştir. FTTX (Fiber to the X, X’e Kadar Fiber) uygulamalarındaki aktif ve pasif ağ mimarileri hakkında bilgi verilmiş ve günümüzde önemi giderek artan çoklu erişim yöntemleri, FTTX uygulamaları bakımından değerlendirilmiştir. Optik haberleşme sistemlerindeki yeni nesil erişim şebekeleri irdelenmiştir. OptiSystem 16.0 simülasyon programı ile FTTX uygulamalarındaki pasif optik ağlarla 1.2 Gbit/s hızında çalışan ve iki kullanıcısı olan bir GPON (Gigabit Passive Optical Network, Gigabit Pasif Optik Ağ) FTTH düzeneği tasarlanmış ve bu tasarım ile ilgili optik devre elemanlarının sistem üzerindeki etkileri incelenmiştir. Tasarlanan GPON’da kullanılan optik fiberin uzunluğu, 75 km gibi uzun bir mesafe seçildiği için ilk durumda, BER (Bit Error Rate, Bit Hata Oranı) analizörü ile elde edilen göz diyagramında, saçaklanmaların yoğun olduğu, maksimum kalite faktörünün düşük olduğu ve bu doğrultuda sistem veriminin, diğer bir deyişle veri iletim yeteneğinin az olduğu gözlenmiştir. Optik fiberin uzunluğu kısaltıldığında, göz diyagramındaki saçaklanmaların azaldığı ve maksimum kalite faktörünün arttığı saptanmıştır. Bu sonuçların, her kullanıcıya aktarılan güç ile doğru orantılı olduğu, yapılan güç ölçümleri ile desteklenmiştir. Tasarlanan düzenekte, filtre cinsi değiştirilmiş ve sisteme iki farklı modülatör eklenmiştir, ancak bu değişimlerin, sistem üzerindeki etkilerinin çok az olduğu belirlenmiştir. Kablo uzunluğunun artmasının, sistemin veri iletim hızını ve verimini olumsuz yönde etkilediği görülmüştür. Düzenekte yer alan erbiyum katkılı fiber kuvvetlendirici (EDFA, Erbium Doped Fiber Amplifier) ile her bir kullanıcıya aktarılan gücün artması sağlanmıştır. Kullanıcı sayısının çoğaltılması durumunda, maksimum kalite faktörü değerlerinin azaldığı izlenmiştir. Göz diyagramı ve maksimum kalite faktörü analizleri dikkate alınarak veri iletim optimizasyonu yapılmıştır [1-4]. Anahtar kelimeler: İletişim teknolojileri, optik haberleşme, FTTX, GPON, optik fiber, göz diyagramı Kaynakça [1] M. Azadeh, Fiber Optics Engineering, Springer Science, Chatsworth, 2009. [2] Ö. Güre, Pasif Optik Ağlar ve Uygulamaları, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2012. [3] İ. Uzar, N. Ö. Ünverdi, “Optik Haberleşme Sistemlerinde Kullanılan FTTX Teknolojisi ve Uygulamaları”, ELECO 2014, Elektrik - Elektronik, Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, 27-29 Kasım 2014, Bursa, 597-602. [4] H. Coşkun, Pasif Optik Ağlardaki FTTX Uygulamalarında Veri İletimi Optimizasyonu, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tezsiz Yüksek Lisans Dönem Projesi, İstanbul, 2019.


87

Lazer Mikroyapım Tekniği Kullanılarak PMMA Malzeme Üzerine Mikrokanal Üretimi

B. Çamlı1, Z.C. Canbek2, T. Tugcu2, A. D. Yalçınkaya1

1Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul, TR 2Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul, TR

[email protected]

Özet Mikroakışkan teknolojileri, pek çok alanda yüksek maliyetli laboratuvar algılama yöntemlerinin yerini alacak taşınabilir, kullanımı basit ve özellikle düşük maliyetli seçeneklerin geliştirilmesine yönelik olarak geliştirilmektedir. Bu noktadan hareketle mikroakışkan teknolojileri kapsamında ortaya atılan sistemlerde de düşük maliyetli seri üretime yatkınlık önem taşımaktadır. Bu teknolojilerde sıklıkla kullanılan mikrokanal yapılarının üretilmesinde sıklıkla tercih edilen polimer malzemeler arasında mekanik sağlamlık üstünlüğünden dolayı PMMA yer almaktadır. PMMA malzemenin şekillendirilmesinde mikroinjeksiyon, kalıplama, kabartma, döküm, reaktif iyon aşındırması gibi yöntemlerin yanında lazer mikroyapım kullanımı mümkündür [1]. Bu yöntem mevcut lazer kesim cihazları ile malzeme üzerine düşük maliyet ile yüksek çeşitlilikte şekillendirme yapmak mümkün olmaktadır. Lazer mikroyapım tekniği ile PMMA üzerine işlenen mikrokanal yapılarda yüzey pürüzlülüğü ve kanal derinliği arasında bir denge kurulması, kesim cihazında bulunan lazerin güç ve hızının azami değerinin bir yüzdesi olarak seçilmesi sayesinde mümkün olmaktadır. Bu çalışmada ticari bir CO2 lazer kesim cihazıyla (Denford & Universal Laser System, VLS2.30) ile oda sıcaklığında ve 80oC’ye ısıtılmış PMMA malzemeler üzerine işlenen 0.6mm genişlik ve 10mm uzunlukta mikrokanal yapıların derinlikleri ve yüzey pürüzleri karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, artan lazer gücü ve düşen lazer hızının kanal pürüzlülüğü ve derinliğini arttırdığını doğrulamaktadır (Şekil-1). Pürüzlülük etkisinin ön ısıl işlem görmüş malzemede azalması kanal derinliğinden feragat edilmesi ile, özellikle yüksek güçlü lazer uygulanmasında, mümkün olabilmektedir (Şekil-2). Anahtar kelimeler: Lazer kesim, üretim, mikrokanal, PMMA

Şekil. 1: Isıl işlem görmemiş PMMA üzerine işlenen kanalların farklı lazer güç ve hızındaki yüzey pürüzlülük (sol) ve derinlik

(sağ) değerleri.

Şekil. 2: Isıl işlem görmemiş (sol) ve görmüş (sağ) PMMA üzerine işlenen mikrokanallarda yüzey pürüzlülük ve derinlik

değerleri. Kaynakça 1. C. Matellan and A. del Río Hernández, "Cost-effective rapid prototyping and assembly of poly(methyl methacrylate) microfluidic devices", Scientific Reports, vol. 8, no. 1, 2018.


88

Head-worn Pinhole Display with Pupil Tracker and Extended Eyebox

M. Kıvanç Hedili, Burak Soner, Erdem Ulusoy, Hakan Ürey Koç University, Department of Electrical and Electronics Engineering, Optical Microsystems

Laboratory [email protected]

Abstract We present a novel head mounted display (HMD) setup that uses pinhole imaging principle. In typical HMDs the image source and the retina are optically conjugate of each other. As we use the pinhole imaging principle, this is not the case in our display. Therefore, our display requires smaller number of optical components and simplifies HMD design while improving light-efficiency, weight, form factor, and power consumption. The Maxwellian View is the closest architecture to our display [1]. Many variations of this technique have been demonstrated over the years as seen in references [2-4]. The main limitation of this technique is the small eyebox. In this work we solve this problem by dynamically steering the eyebox that is controlled by a camera based pupil tracker and LED array in real-time [5]. We call this system as the pupil follower, which activates the proper light source depending on the pupil position of the viewer to achieve super light efficiency while maintaining a large eyebox display. Pupil follower concept can be applicable to other HMD architectures such as holographic displays and foveated displays; therefore, it'll be of interest to a broader audience.

Fig. 2 The extended eyebox pinhole display architecture.

Keywords: Augmented reality displays, pinhole imaging References 1. Westheimer, Gerald. "The Maxwellian View." Vision research 6.11-12 (1966): 669-682. 2. Inami, Masahiko, et al. "A stereoscopic display with large field of view using Maxwellian optics." Proc. Int. Conf. Artificial

Reality and Tele-Exsistance. 1997. 3. Beer, R. Dirk, Donald IA MacLeod, and Timothy P. Miller. "The Extended Maxwellian View (BIGMAX): A high-intensity,

high-saturation color display for clinical diagnosis and vision research." Behavior research methods 37.3 (2005): 513-521. 4. Takahashi, Hideya, and Shun Hirooka. "Stereoscopic see-through retinal projection head-mounted display." Stereoscopic displays

and applications XIX. Vol. 6803. International Society for Optics and Photonics, 2008. 5. Hedili, M. Kivanc, et al. "Light-efficient augmented reality display with steerable eyebox." Optics express 27.9 (2019): 12572-

12581.


89

Fiber Üzerinden Radyo Haberleşme Sistemlerinde Darbe Üreteci Analizi

U. Umur Kazancılı, N. Özlem Ünverdi


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

Özet Fiber üzerinden Radyo (RoF, Radio over Fiber), ışığın radyo frekansı sinyalleriyle modüle edildiği ve kablosuz erişim ve iletimi kolaylaştırmak için optik fiber üzerinden iletildiği bir teknolojidir. Radyo sinyalleri, fiber optik, hücresel ve mikro-hücresel radyo ağlarında dağıtılmış anten sistemleri kullanılarak fiber üzerinden taşınır. Yüksek güçte yayılan ana istasyon anteni, baz istasyonuna optik fiber üzerinden bağlı olan bölünmüş bir anten sistemi ile değiştirilir. RoF, kablosuz erişimde yaygın olarak kullanılır. RoF ağları, dış ortamlarda oksijen emilimi ile iletim aralığının sınırlandırılmasından dolayı özellikle 193.1 THz civarında ilave bir zayıflama gerektiren mm-dalga bandlarında çalışır [1]. Optik fiber haberleşmesinin amacı, daha az hata ile daha uzun mesafe için mümkün olduğunca çok sayıda bit iletmektir. Darbe üreteci, RF (elektrik) sinyallerini optik darbelere dönüştürür. “1” ışık darbesini, “0” ise ışık vermediğini temsil eder. Bit hızı, saniyede iletilen “1s” ve “0s” sayısı olarak tanımlanan bağlantı hızını verir. Fiber optik haberleşmesinde genel olarak kullanılan iki darbe üreteci, NRZ (Non Return to Zero, Sıfır Dönüşsüz) ve RZ (Return to Zero, Sıfır Dönüşlü) darbe üreteçleridir [2]. Bu çalışmada, RoF iletişim sistemleri incelenmiştir. Haberleşme sistemindeki elemanlardan biri olan darbe üreteçleri irdelenmiş ve performans analizleri, OptiSystem 7.0 simülasyon programı ile yapılmıştır. Fiber üzerinden radyo sistemi, farklı darbe üreteçleri ile modellenmiştir. Elektrik sinyal üreten darbe üreteçlerinin optik haberleşme sistemi üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Darbe üreteçlerinin analizlerinden yararlanılarak RoF haberleşme sistemleri için daha uygun olan darbe üreteci belirlenmeye çalışılmıştır [3]. Çalışmanın sonucunda, farklı darbe üreteçleri ile hazırlanan RoF sistemleri incelendiğinde, baz istasyonundaki göz diyagramlarında ve merkez istasyon çıkışlarında NRZ ve RZ darbe üreteçlerinin sisteme etkileri gözlenmiştir. NRZ darbe üreteci ile tasarlanan sistem ile RZ darbe üreteci ile tasarlanan sistem arasındaki fark ele alındığında, RZ ile yapılan tasarımın BER (Bit Error Rate, Bit Hata Oranı) analizi sonuçlarının kalite faktörü değerinin, NRZ ile yapılan tasarımın BER analizi sonuçlarının kalite faktörü değerine göre daha düşük olduğu ve göz diyagramı sonucunun bozulduğu saptanmıştır. Optik haberleşme tasarımı yapılırken darbe üreteci olarak NRZ darbe üretecinin kullanımının daha avantajlı olduğu sonucuna ulaşılmıştır [3]. Anahtar kelimeler: İletişim teknolojileri, optik haberleşme, fiber üzerinden radyo, darbe üreteci, kalite faktörü, göz diyagramı Kaynakça [1] A. Mohan, A. P. Anisha, “Full Duplex Transmission in RoF System using WDM and OADM Technology”, International

Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), vol. 4 , no. 1, pp. 513-516, 2015. [2] A. Singh, “Modulation Formats for High-Speed, Long-Haul Fiber Optic Communication Systems”, PhD Thesis, Inphi

Corporation, Westlake Village, California, USA, 2008. [3] U. U. Kazancılı, Fiber Üzerinden Radyo Haberleşmesinin Analizi ve Uygulamaları, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik

Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2019.


90

Fiber Üzerinden Radyo Çoğullama Tekniğinin Akıllı Ulaşım Sistemlerindeki Uygulamaları

Tuğçe Açıkgöz, N. Özlem Ünverdi


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

Özet Akıllı ulaşım sistemleri, insan, taşıt ve altyapı merkezi arasındaki çok boyutlu veri alışverişinde standartlaştırılmış veri aktarımının ve trafik akışının kontrol edilerek trafik güvenliğinin sağlanmasında, mobilitenin artırılmasında ve çevre üzerindeki zararlı etkilerin azaltılmasında önemli konumda yer alır. Bu mekanizmada kullanılan fiber optik haberleşme sistemleri, verilerin doğru ve hızlı iletilmesini kolaylaştırarak raylı sistemlerin izlenmesinde ve kontrol edilmesinde kilit noktada bulunur. Fiber üzerinden Radyo (RoF, Radio over Fiber) teknolojisi, modüle edilmiş RF (Radio Frequency, Radyo Frekansı) sinyallerini merkezi bir konumdan uzak anten birimlerine optik fiber ile ileten analog optik iletişime dayanır. Düşük optik fiber kaybı ve akıllı ulaşım sistemlerinin ihtiyaç duyduğu band genişliği nedeniyle, kablosuz geniş band iletişimi için yüksek veri hızına sahip olan RoF sistemleri, son yıllarda yaygınlaşmaktadır [1]. Temel olarak, bir radyo frekansı biçimini doğrudan radyo taşıyıcı frekansında dağıtması nedeniyle RoF, bir analog sinyal iletim sistemidir, Bu nedenle RoF, gelecek nesil için ideal bir teknolojidir. Sinyal zayıflaması az, band genişliği büyük ve elektromagnetik girişime olan bağışıklık yüksek olan RoF teknolojisinde, Dalga Boyu Bölmeli Çoğullama (Wavelength Division Multiplexing, WDM) tekniği kullanılarak birden fazla sinyalin tek bir fiber üzerinden iletimi sağlanır ve iletim formatları, değişik optik kanallarla desteklenir [2]. Bu çalışmada, WDM tekniği ile RoF üzerinden sinyal iletiminin sağlanması amaçlanmıştır. OptiSystem 16.0 simülasyon programı ile iki verici düzeneği hazırlanmış ve sinyal üretecinde elde edilen sinyaller, optik fiber üzerinden alıcı katına aktarılmıştır. Burada yer alan WDM Demux ile birleştirilerek tek sinyal haline getirilen optik sinyal, yeniden ayrılarak iki sinyal haline getirilmiştir. Fotodedektör ile kontrol edilen sinyaller, kuvvetlendirilerek filtreden geçirilmiştir. Sinyallerin göz diyagramları ve kalite faktörleri, BER (Bit Error Rate, Bit Hata Oranı) analizörleri ile değerlendirilmiştir. Anahtar kelimeler: İletişim teknolojileri, optik haberleşme, fiber üzerinden radyo, akıllı ulaşım sistemleri, çoğullama, kalite faktörü, göz diyagramı Kaynakça [1] A. Sharma, S. Rana, “Comprehensive Study of Radio over Fiber with Different Modulation Techniques – A

Review”, International Journal of Computer Applications, vol. 170 , no. 4, pp. 22-25, 2017.

[2] L. Sainawi, K. Ismail, “Receiver Performance Improvement in Radio over Fiber Network Transmission”, Optical Fiber and Wireless Communications, 2017.


91

Optical Bit Extraction for High Speed Quantum Random Number Generators

Helin Özel, Abdulrahman Dandaşi, Kadir Durak

Özyeğin Üniversitesi [email protected]

Özet/Abstract In this paper, we introduce a quantum random number generator based on scattering which is used as a method to perform a faster optical bit extraction. The use of scattering mechanisms as entropy source eases the miniaturization of quantum random number generators and makes them compatible and adaptable to existing technologies. The raw signal recorded is digitized and processed in order to make an even distribution of bits. The photon statistics of thermal and coherent light sources and the scatterings from them are compared. The sources with super-Poissonian distribution is shown to have better randomness even without bit extraction process. Anahtar kelimeler: qrng, randomness, entropy, bit extraction, photon statiscs, scattering Kaynakça


92

Biyolojik Nanoparçacıkların Derinlik Taramalı Korelasyon Enterferometrik Mikroskopi Tekniği ile Görüntülenmesi

Uğur Aygün1, Ayça Yalçın Özkumur2, Hakan Ürey1

1Koç Üniversitesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Optik Mikrosistemler Laboratuvarı 2Bahçeşehir Üniversitesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü

*[email protected]

Özet Nanoparçacıkların algılanması ve karakterize edilmesi son yıllarda çeşitli biyoteknoloji uygulamalarında önem kazanmıştır. Sentetik nanoparçacıklar çeşitli biyomoleküllerin görüntülenmesi için bir ayıraç olarak kullanılmakta, ayrıca geliştirilen ilaç taşıma sistemlerinde de kullanım alanı bulmaktadır. Bunun yanı sıra virüsler ve ekstraselüler veziküller gibi doğal biyolojik nanoparçacıkların da algılanması, çeşitli hastalıkların teşhisi, tedavi sürecinin izlenmesi ve biyolojik sistemlerin yapısının anlaşılması için önem arz etmektedir. Biyolojik nanoparçacıkların klasik mikroskopi yöntemleriyle tek parçacık seviyesinde görüntülenebilmeleri, sahip oldukları düşük kırınım indisi ve boyutları (30-100 nm) sebebiyle oldukça zordur. Geleneksel olarak bu parçacıkların görüntülenmesinde floresan etiketler kullanılmaktadır, ancak bu etiketlerin kullanımı hem örnek hazırlanma sürecini karmaşık hale getirmekte hem de görüntünün alınabilme süresini kısıtlamaktadır (photobleaching). Ayrıca parçacık yerine etiketin gözlenmesi, örnekten alınan parçacık boyutu ve şekli gibi bilgilerin kısıtlı olmasına neden olmaktadır. Alternatif olarak interferometrik mikroskopi teknikleriyle etiket kullanılmadan hassas bir şekilde biyolojik yapılar görüntülenebilmektedir. Bu çalışmada enterferometrik mikroskop ile nanoparçacıkların hassas bir şekilde görüntülenebilmesi için, laboratuvarımızda geliştirilen derinlik taramalı korelasyon (depth scanning correlation) tekniği kullanılmıştır [1] . Enterferometrik mikroskopi yönteminde parçacık görüntülerinin odak değişimine bağımlılığı yüksektir. Geliştirmiş olduğumuz görüntüleme yönteminde, parçacıkların örnek yüksekliğine bağlı olarak gösterdiği bu davranış görünürlüğün arttırılmasında kullanılmaktadır. Farklı yüksekliklerde alınan (derinlik tarama) görüntülerinin korelasyonunun hesaplanması temeline dayanan yöntem ile nanoparçacıkların görünürlüğü arttırılmış ve yaklaşık 30 nm çapındaki dielektrik nanoparçacıkların görüntüleri elde edilmiştir.

Anahtar kelimeler: interferometrik mikroskopi, nanoparçacık görüntüleme, Kaynakça [1] Aygun, U., Urey, H., & Ozkumur, A. Y. (2019). Label-free detection of nanoparticles using depth scanning correlation interferometric microscopy. Scientific reports, 9(1), 9012.


93

Improvements on Confocal Laser Scanning Microscope Controlling Software Marvin

Ali Berkay Yetişer*, Bilal Ekrem Harmanşa**, Yiğit Uysallı***, Ekin Özgönül***,

Berna Kiraz**, and Alper Kiraz*** Departments of Computer Engineering, Koç University, Istanbul

Department of Computer Engineering, Fatih Sultan Mehmet Vakif University, Istanbul Department of Physics, Koç University, Istanbul

[email protected]

Abstract Confocal Microscopy was in service for more than 60 years. It is useful in examination of living and preserved tissue due to its sectioning capabilities and improved resolution via blocking out-of-focus light. A common method for confocal microscopy is the Confocal Scanning Laser Microscopy where a laser beam scans the sample via galvo mirrors. In this project, the controlling software Marvin which is written in C++ in QT platform have been improved. Previously Marvin was able to write a bidirectional or sawtooth signal to galvo mirrors and relied on feedback from the mirrors for reliably synchronizing the scanned lines to form an image. Highest possible speed for feedback scanning was 5 microseconds per pixel which was limited by the data acquisition sampling rate. We have implemented an algorithm that does not require feedback from the galvo mirrors, thus reduced the number of channels used in data acquisition. We have implemented a sinusoidal scanning algorithm without requiring feedback and improved the scanning speed to 1 microseconds per pixel. Voltage regulation through the software provided the bias control (gain adjustment) of the photo-multiplier module. Software contrast control of the range of pixel intensity values (i.e. normalization) ensures a better visualization. With these developments we acquired faster imaging for the same sample rate of DAQ. Keywords: Confocal Microscopy, Non-feedback Scanning References Ghoushchi, V. P. (2015). Opto-Mechanical Design And Development of an Optodigital Confocal Microscope (Thesis for: M.Sc.). Koc University, Istanbul, Turkey.


94

Head-Worn Full-Color Display Using Computational Holography

Ali Cem, Koray Kavaklı, M. Kıvanç Hedili, Seyedmahdi Kazempourradi, Erdem Ulusoy, Hakan Ürey

Koç University, Department of Electrical and Electronics Engineering, Optical Microsystems Laboratory

[email protected]

Summary Head-worn displays (HWDs) have been gathering more and more attention over the last decade, especially due to the increasing popularity of augmented reality and virtual reality applications. Conventional microdisplay-based 3D HWDs are fixed focus stereoscopic systems, which results in visual discomfort for the user due to the mismatch between the accommodation and vergence responses [1]. On the other hand, holographic HWDs utilizing spatial light modulators (SLMs) show computer-generated holograms (CGHs) with the correct perspective and all natural depth cues to each eye, eliminating the accommodation-vergence conflict [2]. However, despite their great potential, current holographic HWDs suffer from field-of-view (FOV) and eyebox (or viewing window) limitations, due to the limited pixel counts of currently available SLMs. We demonstrated world’s first holographic head-worn display, which is full color, binocular, and computed in real-time. We rendered holographic stereograms using Blender, where two virtual cameras are placed at the location of the user’s eyes. By using these renders and depth maps, we computed CGHs for each frame. User can interact with computed CGHs by using a remote controller to change perspective of the 3D scene and view distance relative to the objects [3]. We also implemented a novel optical architecture where the FOV is steerable across the user’s visual field. Keywords: head-worn display, computer-generated holography, augmented reality, holographic display References: [1] Smithwick, Q. Y. J., “Real-time shader rendering of holographic stereograms,” Proc. SPIE 7233, 723302 (2009). [2] Seyedmahdi Kazempourradi, Erdem Ulusoy & Hakan Urey “Full-color computational holographic near-eye display”, Journal of Information Display, 20:2, 45-59, (2019). [3] Seyedmahdi Kazempourradi, Erdem Ulusoy and Hakan Urey “Fast computer-generated hologram computation using rendered depth map image,” Proc. SPIE 10127, Practical Holography XXXI: Materials and Applications (2017).

Figure 2: Full-color hologram

Figure 1: Schematic top view of a user wearing the head-worn display


95

Pasif Optik Ağlarda Optik Güç Bölücü ve Optik Anahtarlayıcı Analizi

Emine Koman, N. Özlem Ünverdi Yıldız Teknik Üniversitesi, Elektrik – Elektronik Fakültesi

Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü 34220 Esenler, İstanbul

[email protected], [email protected] Özet Bilgi teknolojilerinde son yıllarda yaşanan gelişmelerin en önemli bölümü, telekomünikasyon alanında meydana gelmiştir. Optik haberleşme sistemleri, gerek optik fiberlerdeki elektromagnetik dalga propagasyonunun analizi ve gerekse bünyelerinde kullanılan optik devre elemanlarının incelendiği sistem mekanizmasının analizi ile literatürde yer almakta ve haberleşme teknolojisinin gelişiminde kilit noktada bulunmaktadır [1-3]. Bu çalışmada, OptiSystem 16.0 simülasyon programı ile TDM (Time Division Multiplexing, Zaman Bölmeli Çoğullama) mekanizmasının kullanıldığı ve Mach-Zehnder modülatörü ve 1/2 güç bölücünün yer aldığı iki çıkışı olan ve 1490 nm frekansında çalışan genel bir pasif optik ağ tasarlanmıştır. Sistemde, 30 dBm gücünde ve 632 Mbit/s bit oranına sahip olan NRZ (Non Return to Zero, Sıfıra Dönüşsüz) modülasyon türündeki bir optik verici yapısı kullanılmıştır. Bu pasif optik ağ sisteminde, 10 km, 25 km ve 50 km fiber uzunlukları için çalışma sonuçları incelenmiştir. Ağın verici ve alıcı bloklarındaki spektrum analizleri ve meydana gelen iletim kaybı irdelenmiştir. 10 km fiber ağ mesafesinde, maksimum Q kalite faktörünün 2.43 ve minimum BER değerinin 0.0073 olduğu, 25 km uzaklıktaki iletişim için maksimum Q kalite faktörünün 2.16 değerine azaldığı ve minimum BER değerinin ise 0.0151’e yükseldiği görülmüştür. Aynı sistemde, 50 km fiber mesafesinde minimum BER değerinin 1’e yükseldiği ve iletimin bu mesafede yapılamadığı saptanmıştır. Çalışmanın ikinci kısmında, 1490 nm frekansında çalışan genel pasif optik ağ sisteminde, güç bölücünün sistemden çıkarılarak yerine optik anahtarlayıcı eklenmesi ile pasif optik ağ sisteminin davranışlarının gözlenmesi ve farklılıklarının belirlenmesi amaçlanmıştır. 50 km fiber ağ mesafesinde maksimum Q kalite faktörünün 2.25 ve minimum BER değerinin 0.012 olduğu izlenmiştir. Her iki devre elemanının aynı sistemde değerlendirilmesi sonucunda, standart güç bölücü kullanılarak tasarlanmış olan optik ağda iletim kalitesinin daha düşük olduğu, saçılma ve kayıpların daha fazla meydana geldiği, optik anahtarlayıcının standart güç bölücüye oranla daha verimli çalıştığı ve daha uzak mesafelere iletim yapılabildiği belirlenmiştir [4]. Anahtar kelimeler: İletişim teknolojileri, optik haberleşme sistemleri, pasif optik ağlar, optik devre elemanları, kalite faktörü, göz diyagramı Kaynakça [1] M. Azadeh, Fiber Optics Engineering, Springer Science, Chatsworth, 2009. [2] Ö. Güre, Pasif Optik Ağlar ve Uygulamaları, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2012. [3] N. Ö. Ünverdi, N. A. Ünverdi, “Optik Haberleşme Sistemlerinin Dizaynı”, V. İletişim Teknolojileri Ulusal Sempozyumu (İTUSEM 2013), İzmir, 16-17 Mayıs 2013, 127-133, [4] E. Koman, Optik Ağların Analizi ve Uygulamaları, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2019.


96

Tarabios: Optical Sensor Based Point of Care Diagnostics Device for Blood Coagulation Measurements

Ismail Tugberk Kaya, Bahar Aslan, Ali Cem, Gokhan Saglam, Selim İşler, Hakan Urey Koç University, Department of Electrical and Electronics Engineering, Optical Microsystems

Laboratory [email protected]

Abstract Blood coagulation is a mechanism where blood phase changes from liquid to a more gelly form hence fibrins form clots to prevent bleeding and heal wounds. Patients who suffer from some genetic diseases, vitamin K deficiency, mechanical heart implantation, multiple stent treatment, ventricular assist device treatment and some by-pass operations require anticoagulation medicines. Such patients have to measure their prothrombin time (expressed as “international normalized ratio” (INR)) values periodically in order to prevent strokes or internal bleeding [1]. INR values help doctors to determine dose of anticoagulant medicine in patients circulatory system; therefore, accurate measurement of blood coagulation time has an essential role in patient management. Our device measures the mechanical oscillation frequency and amplitude of optical fiber cantilevers placed in a disposable cartridge using light. Optical fibers are actuated using an external electro-coil and Nickel ring attached to the fibers. In this novel optical fiber based lab on a chip system, prothrombin time (PT) and INR values were measured for patients from Koc University Hospital and Kosuyolu Hospital. We obtained superior results compared to commercial devices in our pilot clinical studies with more than 60 patients. Using our device and cartridges, patients will be able to measure their own INR at home and communicate the results directly to the doctors. [2]

Figure 1: POC Analyzer and disposable cartridge design

Keywords: Blood Coagulation, Prothrombin Time, International Normalized Ratio, Point of Care Diagnostics, In-Vitro Medical Diagnostics, Optical Fibers References: [1] Björn Dahlback, “Blood Coagulation”, Hematology, 355(1627-1632), (2000) [2] Yusuf Samet Yaras, Ali Bars Gündüz, Gökhan Sağlam, Selim Ölçer, Fehmi Civitçi, Ibrahim Baris, Göksenin Yaralioğlu, Hakan Urey, “Coagulation measurement from whole blood using vibrating optical fiber in a disposable cartridge,” J. Biomed. Opt. 22(11), 117001 (2017).


97

A Universal Tip Enhanced Raman Spectroscopy Equipment for Opaque Samples

H. A. Ersin1*, Ö. Demirtaş2,3, İ. M. Öztürk1,3, A. Bek1,2,3

1 Department of Physics, Middle East Technical University, 06800 Ankara, Turkey 2 Center for Solar Energy Research and Applications, 06800 Ankara, Turkey

3 Micro ve Nanotechnology Program, Middle East Technical University, 06800 Ankara, Turkey * aybarsersin @gmail.com

Abstract Tip enhanced Raman spectroscopy (TERS) is an optical and analytical technique for various processes such as revealing fertile structural information, analyzing plasmonic behaviors of nanostructures, and capability of sensing at single molecule level[1, 2, 3]. The theory behind Raman spectroscopy lies in the inelastic light scattering. However, it is not efficient in signal collection related to characteristics of analyte. TERS is highly preferable in signal enhancement by atomic force microscopy (AFM) technique. AFM has a tip which has nearly atomic level of sharpness and positioned at the centre of a laser focus. The electric field at the tip-apex which is created by the exciting laser is confined and enhanced due to localized surface plasmon resonance (LSPR) and lightning rod effect [4]. This electic field works as a catalyzer for generation of Raman signal and increases Raman scattering significantly. In this work, we have designed and built a senew design for opaque samples which can be used for various purposes such as material characterization and surface mapping and showed that AFM tip enhances the Raman signal from the sample significantly. Keywords: Raman spectroscopy, Tip enhanced Raman spectroscopy, Nanotechnology, Nanophotonics. References 1. He Z. , Han Z. , Kizer M. , Lindhardt R.J. , Wang X. , Sinyukov A.M. , Wang J. , Deckert V. , Sokolov A.V. , Hu J. , Scully M.O.

, Tip-Enhanced Raman Imaging of Single-Stranded DNA with Single Base Resolution, J. Am. Chem. Soc. 753-757, 141, 2, 2019 2. Noothalapati H. , Iwasaki K. , Yamamoto T. , Biological and Medical Applications of Multivariate Curve Resolution Assisted

Raman Spectroscopy, Analytical Sciences, 15-22, 33, 2017 3. Tian Y. , Tang Y. , Xiao K. , Li C. , Duan L. , Fang L. , Crystal structure, Raman spectroscopy and microwave dielectric properties

of Li1+xZnNbO4(0 ≤ x ≤ 0.05) ceramics, Journal of Alloys and Compounds , 1-7, 777, 2019 4. Kumar N. , Mignuzzi S. , Su W. , Roy D. Tip-enhanced Raman spectroscopy: principles and applications, EPL tech. and ins. 2,

9, 2015


98

Tavlanmış Proton Değişimi Yöntemi ile Optik Kutuplayıcı Dalgakılavuzu Üretimi ve Optimizasyonu

Fatma Yasemin AŞIK 1,2,*, Mutlu GÖKKAVAS1, Abdullah CEYLAN2, Ekmel ÖZBAY1,3

1Bilkent Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma Merkezi NANOTAM 2Hacettepe Üniversitesi, Nanoteknolojive Nanotıp Anabilim Dalı

3Bilkent Üniversitesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü *[email protected]

Özet Optik dalgakılavuzu tipi kutuplayıcılar, belirli bir kutba sahip olmayan ya da birden çok kutba sahip ışığın belirli bir kutba aktarılması ve diğer kutupların filtrelenmesi amacıyla kullanılırlar. Günümüzde optik dalgakılavuzu tipi kutuplayıcılar; iletişim, telekomünikasyon, otomotiv ve savunma sanayi endüstrisi başta olmak üzere çok çeşitli kullanım alanı bulunmaktadır. Özellikle, savunma sanayi gibi konum ve yönelim tayini sistemlerinin kullanıldığı uygulamalarda fiber optik algılayıcılar kullanılmaktadır. Uçak, füze, gemi ve denizaltı gibi çeşitli uygulamalarda kullanılan Ataletsel Navigasyon Sistemleri (ANS) alt birimi olan Fiberoptik Dönüölçer (FOD) sistemleri; Sagnac etkisi olarak bilinen ve dönüde oluşan faz farkını ölçmeye yarayan, üç eksende hareketi algılayan interferometrik sistemlerdir. [1] FOD sistemlerinde fiber içerisinde hareket eden ışığın birden fazla kutba sahip olması halinde farklı hızlarda ilerleyen bu iki ayrı kutup, sistem bütününün çalışması sırasında istenmeyen gürültü ve parazit etkisinin ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Bu durum ise sistemin çalışmasını olumsuz yönde etkileyerek, sistem hassasiyetini azaltmaktadır.[2] Söz konusu problemi azaltmak için kutuplayıcının ayrı bir sistem elemanı olarak eklenmesi genel olarak maliyeti arttırmakta olup, buna ek olarak sistem bütününün yer bütçesinden kayıp anlamına gelmektedir. Bundan dolayı, kutuplayıcı yapısının da dahil olduğu birden çok fonksiyon barındıran çok fonksiyonlu entegre optik aygıtların dalgakılavuzlarının, kutuplayıcı özellik taşıması istenmekte olup, buna bağlı olarak günümüzde ilgili konuda yapılan çalışmalar artış göstermektedir. Lityum Niyobat kristali (LiNbO3) yüksek elektrooptik katsayıya sahip olması yanında kolay üretilebilir ve düşük kayıplı dalgakılavuzu üretimine uygun olması nedeniyle en çok tercih edilen alttaştır. 0 LiNbO3 kristali üzerine dalgakılavuzu üretimi için kullanılmakta olan iki temel fabrikasyon metodu, Tavlanmış Proton Değişimi (Annealed Proton Exchange- APE) yöntemi ve titanyum metali difüzyon (Ti:LiNbO3) yöntemidir. Tavlanmış Proton Değişimi yöntemi ile çift kırınımlı bir kristal olan LiNbO3'ün olağandışı kırıcılık indisinde artış sağlanırken aynı anda olağandışı kırıcılık indisinde azalma elde edilebilmekte olduğundan kutuplayıcı uygulamalarında tercih edilen yöntem olarak literatürde öne çıkmıştır. [4] Bu çalışmada; optik dalgakılavuzu tipi kutuplayıcı için tavlanmış proton değişimi yönteminin geliştirilmesi ve dalgakılavuzu genişliği optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Optimizasyon çalışmaları kapsamında; 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ve 12 µm genişliğinde dalgakılavuzları tavlanmış proton değişimi yöntemi ile üretilip, optik geçirgenlik ve kutuplanma sönümlenme oranı (Polarization Extinction, PER) karakterizasyonları yapılmıştır. Anahtar kelimeler: LiNbO3, dalgakılavuzu, APE, PER Kaynakça [1] Schmidt R.V., Kaminov I.P. "Metal-Diffused Optical Waveguides in LiNbO3" [2] Katsunari Okamoto, Elsevier, 2006 "Fundamentals of Optical Waveguides" [3] Kaminow, I. P., and J. R. Carruthers. APL"Optical waveguiding layers in LiNbO3 and LiTaO3" [4] I.V. Il'ichev, A.S. Kozlov, P.V. Gaenko, A.V. Shamrai Quantum Electronics, "Optimisation of the proton-exchange technology for fabricating channel waveguides in lithium niobate crystals"


99

A Map of the Area of Photothermal Damage in Mucosal Tissue

Merve TURKER BURHAN1,2 and Serhat TOZBURUN1,2,3 1Izmir Biomedicine & Genome Center, Izmir, TURKEY

2Izmir International Biomedicine & Genome Institute, Dokuz Eylul University, Izmir, TURKEY 3Department of Biophysics, Faculty of Medicine, Dokuz Eylul University, Izmir, TURKEY

[email protected] Abstract Objective: In this study, we aimed to develop Monte Carlo-based computer simulations of laser-tissue interaction to estimate a map representing the relationship between laser power, surface scanning rate, and depth of laser-induced thermal damage in mucosal tissue. Background: The parameters of the laser and the scattering and absorbing events of light in the tissue form a variable matrix that must be resolved together to define the light-tissue interaction. 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 tissues1. This numerical modeling technique has also been shown to be applicable to multi-layered biological tissues2. Methods: By using Monte Carlo simulation technique with finite difference element method, a laser-tissue interaction was modeled. In particular, the surface scanning of an optical probe at different constant speeds along the single axis on the esophageal tissue was examined. Calculations were performed for ranging the laser power between 10 to 500 mW in a step of 70 mW. The surface scanning speed varied from 0.5 mm/s to 3.5 mm/s with 1mm/s step. The laser wavelength was set to 1.5 μm. Based on the accumulation of energy in the tissue, the temperature and the depth of the respective thermal damage were analyzed to generate a damaged area map as a function of laser power and scanning speed. Results:

Figure 1: Thermally damaged area map calculated during esophageal surface scanning as a function of laser power and surface scanning speed. The damaged tissue area is based on increased energy accumulation at low speed and higher laser power.

Figure 2: Examples of simulation are the temperature distribution at a scanning speed of 0.5 mm/s for 80 mW and 150 mW laser forces, respectively. The areas within the white lines represent thermally damaged tissue fragments.

Conclusions: In this study, increased laser power and reduced scanning speed were calculated to widen the damaged tissue area. Further simulations with different combinations of speed and power will provide detailed information. Acknowledgements: This work was supported by TUBITAK grant: 117E985. Keywords: Monte Carlo, laser-tissue interaction, photothermal effect, energy deposition, thermal damage 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.


100

Metal Coated Direct Laser Written Periodic Nanostructures for Surface Enhanced Raman Scattering

S. N. Erkızan1 , Ö. Demirtaş 2,3, I. Pavlov 1,2, A. Bek 1,2,3

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

University , 06800 Ankara, Turkey 3Micro and Nanotechnology Program, Middle East Technical University , 06800 Ankara, Turkey

*[email protected] Abstract Nano-textured materials obtained by femtosecond laser structuring process can be used as efficient surface enhanced Raman scattering (SERS) substrates. Generation of nanostructures on surfaces with laser induced periodic surface structuring (LIPSS) is a flexible and low-cost method compared to other well-established techniques such as laser interference lithograpy, photolithography, electron beam lithography and imprint lithography. In the nanoplasmonic applications of metal substrates with LIPSS, higher robustness and higher enhancement factors up to 109 is achieved compared to nanowires and nanoparticles [1]. Besides the high and spatially uniform enhancement factor; chemical stability, reproducubility, precision, fast fabrication in large areas with less debris are demanded for ideal SERS substrates [2]. Even though metallic nanoparticles exhibit high SERS enhancements factors, they do not offer proper particle stability, and use in large areas [3]. Silver (Ag) or gold (Au) coated nanograting structures are our main focus to present the high SERS enhancement factor. In this work, we report the effects of structuring details such as difference in structuring speeds, thickness of textured material and SERS active material on SERS enhancement factor. Keywords: nanoplasmonics, surface enhanced Raman spectroscopy (SERS), Laser Induced Periodic Surface Structuring (LIPSS) References [1] C.H. Lin, L. Jiang, Y.H. Chai, H. Xiao, S.J. Chen, H.L. Tsai, One-step fabrication of nanostructures by femtosecond laser for

surface-enhanced Raman scattering. Opt. Express 17, 21581–21589 (2009) [2] Sclücker S., Surface Enhanced Raman Spectroscopy: Concepts and Chemical Applications, Angewandte Reviews Wiley, pp 4757-

4759, vol. 53 (2014). [3] Eric D. Diebold, Nathan H. Mack, Stephen K. Doorn, and Eric Mazur, Langmuir 2009 25 (3), 1790-1794


101

Optical Receiver with Zero Force Equalizer

T. Erkinaci1, R. Kisacik2, E. Kizilca1, M. Uysal2, T. Baykas3, A.E. Pusane1, G. Dündar1, A.D. Yalcinkaya1

1 Boğaziçi Üniversitesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Bebek 34342, İstanbul 2 Özyeğin Üniversitesi, Elektrik Elektronik Müh. Böl., Çekmeköy, 34794, İstanbul

3 İstanbul Medipol Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Beykoz 34810, İstanbul [email protected]

Summary In visible light communications (VLC), the solid-state devices are not only used for the aim of illumination, also for data transfer because the solid-state devices offer the possibility for being modulated which enables the data transfer over them [1-2]. However, due to limited bandwidth of LED, achieving higher data rates with the LED is challenging [3-4]. This problem can be tackled by usage of equalization and therefore higher throughput rates can be obtained in the visible communication link. In this work, a single-board optical receiver, proposed for VLC application, is developed and experimentally verified. The aim of equalization is to achieve a flat magnitude response for the overall channel for bandwidth extension in the link. Equalizer is basically a bandpass filter with a tunable power gain and a tunale lower cut-off frequency, designed to operate with a wide range of LED devices. This feature of the receiver makes it possible to transfer higher data rates with LED having different bandwidths.

The designed optical receiver consists of several blocks. They are photodiode (PD), trans-impedance amplifier (TIA), equalizer and amplifier. In measurement, a white LED having bandwidth of 500 kHz is used as light source. By employing the designed optical receiver, the bandwidth extension is achieved and up to 60 MHz a flat overall channel response is obtained, resulting in a decade improvement in data rate. Moreover, an arbitrary data sequence with higher rates is transmitted in the setup and the received data is monitored in time domain.

Figure 1: Transmitter and receiver blocks in VLC link.

Figure 2: Implemented single-board optical receiver. Figure 3: The equalized system response. Keywords: Visible light communication, opto-electronic receiver, equalization References [1] S. Dimitrov et al., Cambridge, U.K.: Cambridge Univ. Press, 2015. [2] S. Arnon, Ed., Cambridge Univ. Press, 2015, ch.1. [3] H. Le Minh et al., IEEE Photon. Tech. Lett., vol. 21, no. 15, pp. 1063-1065, Aug.1, 2009. [4] H. Li et al, IEEE Photon. Tech. Lett., vol. 26, no. 2, pp. 119-122, Jan.15, 2014. Acknowledgement: This work is funded by 117E058 TUBITAK Project.


102

Deep Learning Image Transmission Through a Multi-mode Fiber

Ş. Kürekci1*, A. T. Temur1,2, M. E. Odabaş1,2 and E. Yüce1 1 Programmable Photonics Group, Department of Physics, Middle East Technical University, 06800, Ankara, Turkey

2 Department of Computer Engineering, Middle East Technical University, 06800, Ankara, Turkey

* [email protected] Image transmission through a multi-mode fiber is a difficult task due to the unscrambling of random speckle patterns at the distal end of the fiber, which are formed by modal dispersion inside the fiber. With traditional methods and techniques, it is almost impossible to reconstruct a high-resolution input image by using the information obtained from the corresponding output speckle alone. In this work, we train a deep learning algorithm with input-output couples of a multi-mode fiber and test the learning with images outside the learning set. The 28x28 pixel images are written on a liquid crystal Spatial Light Modulator (SLM) consisting of 1280x768 pixels and the system is illuminated with a diode laser operating at 635 nm. The SLM images are transmitted through a 105 µm diameter fiber and output speckles are recorded on a 1024x768 resolution visible camera. The implemented deep learning algorithm employs a modern 14-layer Convolutional Neural Network (CNN) and it is trained with 31,200 grey-scale handwritten letters of Latin alphabet [1]. After the training, 5,200 images outside the learning set is used for testing and it was shown that the algorithm successfully reconstructs the input images from the output random speckle patterns with up to 75% fidelity [2,3]. We believe that the implementation of machine learning techniques to imaging, along with its contributions to biophysics, can reshape the telecommunication industry and thus will be a big cornerstone in the future optics and photonics studies. Keywords: deep learning, machine learning, convolutional neural network, imaging, fiber optics, spatial light modulator deep learning, machine learning, convolutional neural network, imaging, fiber optics, spatial light modulator [1] N. Borhani, E. Kakkava, C. Moser, and D. Psaltis, “Learning to see through multimode fibers,” Optica. 5, 960–966 (2018). [2] B. Rahmani, D. Loterie, G. Konstantinou, D. Psaltis, and C. Moser, “Multimode optical fiber transmission with a deep learning network,” Light. Sci. & Appl. 7, 69 (2018). [3] P. Caramazza, O. Moran, R. Murray-Smith, and D. Faccio, “Transmission of natural scene images through a multimode fibre,” Nat. Commun. 10, 2029 (2019).


103

RGB Magnetophotonic Crystals for High-contrast Magnetooptical Spatial Light Modulators

S. Kharratian, M. C. Onbaşlı, H. Urey

Koç University, Sarıyer 34450, Istanbul, Turkey [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 reversal in MO materials to control the pixels [1-3]. MOSLMs hold promise for emerging optical device applications and analytical characterization methods, 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 which also functions as a memory element due to the remanent magnetization state and nonzero coercivity [8,9]. However, the major challenge with MOSLMs is inherent weakness of MO effects which limits their practicality and hampers miniaturization and integration of MO devices. 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. In this study we propose and demonstrate a magnetophotonic crystal (MPC) structure with three MO defects capable of simultaneously enhancing Faraday rotation, and high-contrast modulation at three fundamental wavelengths of red, green and blue (RGB) within the same pixel. We show using 2D finite-difference time-domain (FDTD) simulations that bismuth-substituted yttrium iron garnet films are promising for low-loss and high figure-of-merit MOSLM devices in the visible band. Faraday rotation and loss spectra as well as figure-of-merit values are calculated for different magnetophotonic crystals of the form (H/L)p/(D/L)q/(H/L)p where TiO2 is used as high-index (H) and SiO2 as low-index (L) dielectrics for Bragg mirrors,and Bi1Y2Fe5O12 as the MO defect (D). After an optimization of the layer thicknesses and MPC configuration, Faraday rotation values were found to be between 20–55° for losses below 20 dB in an overall thickness less than 1.5 μm including three submicron garnet defect layers. 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: Magnetooptics, 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., Proc. SPIE 6311, 1–8 (2006). [3] Park, J., Inoue, M., Cho, J., Nishimura, K. & Uchida, H. , Journal of Magnetics 8, 50–59 (2003). [4] Cho, J. et al., J. Appl. Phys. 76, 1910–1919 (1994). [5] Takagi, H. et al., J. Magn. Soc. Japan 33, 525–527 (2009). [6] Khartsev, S. I. & Grishin, A. M., J. Appl. Phys. 101, 1–6 (2007). [7] Johansson, J. O. et al., Chem. Sci. 7, 7061–7067 (2016). [8] Park, J., Cho, K., Nishimura, K., Uchida, H. & Inoue, M. , Proc. SPIE 5174, 218–226 (2003). [9] Park, J. H. et al., Jpn. J. Appl. Phys. 42, 2332–2334 (2003).


104

Integrated All-CMOS Receiver Chip for Visible Light Communication

R. Kisacik1, E. Kizilca2, T. Erkinaci2, M. Uysal1, T. Baykas3, A.E. Pusane2,

G. Dündar2, A.D. Yalcinkaya2 1 Özyeğin Üniversitesi, Elektrik Elektronik Müh. Böl., Çekmeköy, 34794, İstanbul

2 Boğaziçi Üniversitesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Bebek 34342, İstanbul 3 İstanbul Medipol Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Beykoz 34810, İstanbul

[email protected]

Summary Light Emiting Diode (LED) is used on the transmitter side in the visible light communication (VLC) platform as a light source. Due to their dynamic response, LEDs exhibit lower electrical bandwidth which prevents to achieve higher throughput rate in the communication system [1-2]. This problem can be alleviated by using equalization either on the transmitter side or on the receiver side. If designed properly, it is advantageous to employ the equalization on the receiver side because it provides to operate with different LEDs of varying frequency or emission behavior. In this work, a novel, monolithically integrated VLC receiver system combining optoelectronic device (photodiode) and signal processing electronic circuitry on the same chip is designed and simulated. The CMOS photodiode with the dimension of 300 300 m is formed using n-well/p-sub structure and its junction capacitance is extracted by calculation according to the junction area. The CMOS photodiode is conditioned by subsequent electronic circuits which are trans-impedance amplifier (TIA) and continious time linear equalizer (CTLE). Together with integrated photodiode, TIA shows 60 dB-Ohm transimpedance gain and exhibits 3-dB bandwidth of 75 MHz. The designed CTLE achieves equalization for LEDs having different bandwidth by its zero and pole being adjusted. In the end, the overall system is operated for wide-band operation.

Figure 1: The blocks of Integrated CMOS Receiver. Figure 2: Layout and dynamic response of the receiver. Keywords: Visible light communication, CMOS, Equalization References [1] H. Le Minh et al., IEEE Photon. Tech. Lett., vol. 21, no. 15, pp. 1063-1065, Aug.1, 2009. [2] H. Li et al, IEEE Photon. Tech. Lett., vol. 26, no. 2, pp. 119-122, Jan.15, 2014. Acknowledgement: This work is funded by 117E058 TUBITAK Project.

( a)

( b)

( c)


105

Investigation of Non-linear Effects in φ-OTDR Based Distributed Acoustic Sensor Systems

Anıl Nehir1*, Faruk Uyar1,2, Tolga Kartaloğlu1, İbrahim Özdür1,3 ve Ekmel Özbay1,2,4


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

*[email protected] Abstract Distributed acoustic sensor (DAS) systems have attracted increasing attention in recent years due to their remarkable advantages in practical applications such as health monitoring and security of civil infrastructures, railways, oil and gas pipelines, borders, and so on [1]. They are based on phase-sensitive optical time-domain reflectometry (φ-OTDR) which is a powerful technique that allows the fully distributed monitoring of vibrations along an optical fiber cable. The main advantage of φ-OTDR based DAS systems is their broad operational range. This is determined by the signal-to-noise ratio (SNR) of the system achieved at the most remote point of interest. To further increase the SNR, and thereby the operational range of the system, the energy of the probe pulse launched into the fiber should be increased. This can be achieved by enhancing the pulse peak power by means of optical fiber amplifiers. The primary limiting factor, however, is the appearance of non-linear effect such as self-phase modulation (SPM), four-wave mixing (FWM), stimulated Brillouin scattering (SBS) and so on for the increased pulse peak power. These effects ultimately limit the total power that can be launched into the fiber and thus the operational range of the system. In this study, we experimentally investigate the non-linearities appearing in our φ-OTDR DAS system (experimental set-up shown in Figure 1), particularly the SPM and FWM effects. We observe the impacts of these effects on Optical Spectrum Analyzer (OSA) which is connected at the end of a 50-km-long test fiber, such as the sidebands around the center wavelength induced by the FWM for the pulse peak powers varying between 25 mW to 250 mW. We also verify the performance degradation of these effects by analyzing the SNR of the vibration events at the specified distances and propose an optimum value for the launched power to the fiber.

Keywords: Fiber optic sensors, φ-OTDR, distributed acoustic sensing, non-linear effects, self-phase modulation, four-wave mixing, optical spectrum 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 [2] Govind D. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, Elsevier Academic Press, 2019.


106

Simultaneous Ranging and Velocimetry with Multi-tone Continuous Wave Lidar

Mustafa Mert BAYER, Rasul TORUN and Ozdal BOYRAZ Department of Electrical Engineering and Computer Science,

University of California, Irvine, California, USA [email protected]

Abstract Light detection and ranging (Lidar) has been used in various applications [1] and atmospheric sciences [2] to detect remote objects, measure distances, create topographical images, and measure ozone layers. In the recent years, with the investment on the self-driving cars and unmanned aerial vehicles, Lidar became a topic of interest once again for ranging and velocimetry [3]. However, most of these recent research focus on the receiver architectures, and signal processing techniques to achieve more robust, accurate and sensitive results in longer ranges. Optical backbone mostly relies on the pulsed time of flight (PToF) technique, which transmits laser pulses and collects the scattered light from the desired target. The measured time delay between the transmission and the reception reveals the range by using the time domain information. To achieve accurate timing, PToF Lidars require short pulse generation and high temporal resolution, which creates the necessity of fast electronics. Also, this technique lacks the capability of extracting the velocity information of a moving target without applying further data post processing. Recently, new Lidar technologies employing continuous wave (CW) lasers emerged as in amplitude modulated continuous wave (AMCW), and frequency modulated continuous wave (FMCW) Lidars [4]. The AMCW Lidars modulate the intensity of the light while keeping the frequency constant and the FMCW technique is based on the sweeping of the frequency of a CW laser source. Both methods require either amplitude, frequency or phase sweeping with heterodyne detection, which yields higher resolution with slower electronics compared to PToF. However, in the practical domain, frequency stability of the laser source limits the sweeping frequency range up to a few GHz, therefore the range resolution is limited to cm level, which mitigates the reliability of frequency chirped Lidars. Even though the FMCW technique is capable of yielding range and velocity information without any post processing, previously there were no significant demonstrations of this capability of the FMCW Lidars. Here, we present a multi-tone modulated continuous wave (MTCW) Lidar technology that can provide simultaneous range and velocity information of static and moving targets. The MTCW method doesn’t require any form of sweeping and yields high precision results. In the proposed approach, CW laser source is simultaneously modulated with a few carefully selected RF tones. At the receiver, the interference of the scattered light with the reference is detected by a photodiode. Since, the light travels to the target and back to the beam splitter, the interference signal carries the range and velocity information of the target at the amplitude and phase of the detected RF tones. We utilize the relative amplitude variations in RF tones to extract the range information. In addition, the velocity information can be simultaneously extracted by utilizing the Doppler shift seen near by the RF tones. The system can operate at the desired accuracy and resolution levels by optimizing the parameters such as electronic BW, time window and frequency resolution. The proposed method can be suitable for aerial or satellite-based remote sensing applications, as well as a complimentary technique to PToF Lidars for autonomous vehicles. Key words: Lidar, Ranging, Photonic Doppler Velocimetry References [1] B. L. Stann, W. C. Ruff, and Z. G. Sztankay, “Intensity-modulated diode laser radar using frequency-modulation/continuous-wave ranging techniques,” Opt. Eng., vol. 35, no. 11, pp. 3270–3279, Nov. 1996. [2] A. Ansmann, U. Wandinger, M. Riebesell, C. Weitkamp, and W. Michaelis, “Independent measurement of extinction and backscatter profiles in cirrus clouds by using a combined Raman elastic-backscatter lidar,” Appl. Opt., vol. 31, no. 33, pp. 7113–7131, Nov. 1992. [3] T. Luettel, M. Himmelsbach, and H. Wuensche, “Autonomous Ground Vehicles—Concepts and a Path to the Future,” Proc. IEEE, vol. 100, no. Special Centennial Issue, pp. 1831–1839, May 2012. [4] B. Behroozpour, P. A. M. Sandborn, M. C. Wu, and B. E. Boser, “Lidar System Architectures and Circuits,” IEEE Commun. Mag., vol. 55, no. 10, pp. 135–142, Oct. 2017.


107

I-Line Stepper ile DNQ Foto-Resist Işıklandırma ve Şekillendirme Sürecinin Bilgisayar Ortamında Benzetimi

Ahmet Unutulmaz BİLGEM-TÜBİTAK

[email protected] Özet Mikro-nano elektronik devre üretim sürecinin temel işlemlerinden birisi litografidir. Tasarımdaki kritik boyutlar litografi için kullanılan cihazın çözünürlüğüne yaklaştıkça ışığın dağılma etkisi hissedilmeye başlanmaktadır. Böyle bir durum maske üzerinde optik düzeltmeler (OPC/ILT) yapılmasını gerektirmektedir. Düzeltme işlemleri, pul üzerinde istenilen çıktı elde edilene kadar birçok kez tekrarlanmaktadır. Bu durum, maske ve foto-resist harcamalarını ciddi oranda artırmaktadır. Daha düşük maliyetle, maskede yapılacak değişikliklerin pul üzerindeki etkisini bilgisayar ortamında benzetim koşarak görmek mümkündür. Bu sunumda 365nm dalga boyunda ışık kaynağına sahip ve 0.63 sayısal açıklığı (NA) olan bir stepper için geliştirilen benzetim aracı tanıtılacaktır. Kodlanan araçta litografi için kullanılan stepper, kimyasal işlemler (development), foto-resist katının ve yansıma önleyici katmanın (ARC) optik özelliklerini modellenmiştir. Anahtar kelimeler: Litografi, Benzetim Mack, C. (2007) Fundamental principles of optical lithography. Wiley, ISBN: 978-0-470-01893-4


108

Investigation of Structural, Optical and Electrical Properties of Al0.3Ga0.7N/GaN HEMT Grown by MOCVD

Ömer AKPINAR1,2, A. Kürşat BİLGİLİ1 , M. Kemal ÖZTÜRK1,2 , Süleyman ÖZÇELİK1,2, Ekmel ÖZBAY3

1Department of Physics, Gazi University, 06500 Ankara, Turkey 2Photonics Research Center, Gazi University, 06500 Ankara, Turkey

3Nanotechnology Research Center, Bilkent University, 06800 Ankara, Turkey Özet In this study, Al0.3Ga0.7N/GaN high electron mobility transistor (HEMT) structure is investigated grown over c- oriented sapphire substrate by using Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) method. Optical, morphological and electrical characteristics of this structure are determined by X-ray diffraction (XRD), Photoluminecanse (PL), Ultraviolet (UV-Vis.), Atomic Force Microscopy (AFM) and Hall- Resistivity measurements. By using XRD method, 2θ, Full Width at Half Maximun (FWHM), lattice parameters, crystallite size, strain, stress and dislocation values are calculated on symmetric and asymmetric planes. Direct band gap of GaN is determined by PL measurements as 3.24 eV. It is seen that conduction of AlGaN layer starts at 360 nm in UV-Vis. In Hall-Resistivity measurements, it is noticed that carrier density of HEMT structure is not effected by temperature and mobility value is high. Carrier density and mobility values are determined as 5.82x1015 1/cm3 and 1198 cm2/Vs at room temperature respectively. At the lowest temperature point (25 K) they are calculated as 5.19x1015 1/cm3 and 6579 cm2/Vs, respectively. Anahtar kelimeler: HEMT, XRD, Strain, Stress Kaynakça [1]Yu H.B., Lisesivdin S.B., Bolukbas B., Kelekci O., Ozturk M.K., Ozcelik S., Caliskan D., Ozturk M., Cakmak H., Demirel P. and Ozbay E., "Improvement of breakdown characteristics in AlGaN/GaN/AlxGa1- xN HEMT based on a grading AlxGa1-xN buffer layer", Physica Status Solidi a-Applications and Materials Science, 207(11): 2593-2596, (2010) [2]Akpinar O., Bilgili A.K., Ozturk M.K., Ozcelik S. and Ozbay E., "On the elastic properties of INGAN/GAN LED structures", Applied Physics a-Materials Science & Processing, 125(2): (2019). [3]Vurgaftman I. and Meyer J.R., "Band parameters for nitrogen-containing semiconductors", Journal of Applied Physics, 94(6): 3675-3696, (2003). [4]Ponce F.A. and Bour D.P., "NItride-based semiconductors for blue and green light-emitting devices", Nature, 386(6623): 351-359, (1997) [5]Ambacher O., Foutz B., Smart J., Shealy J.R., Weimann N.G., Chu K., Murphy M., Sierakowski A.J., Schaff W.J., Eastman L.F., Dimitrov R., Mitchell A. and Stutzmann M., Two dimensional electron gases induced by spontaneous and piezoelectric polarization in undoped and doped AlGaN/GaN heterostructures. Journal of Applied Physics, 87(1): 334-344, (2000).


109

Kaplama Basıncı ve Gücünün, Al2O3 İnce Filmlerin Optik, Yapısal ve Morfolojik Özelliklerine Olan Etkisi

A. E. Gümrükçü1,2, H. İ. Efkere1,4, S. Özçelik1,3 1Gazi Üniversitesi, Fotonik Uygulama ve Araştırma Merkezi, 06500 Ankara, Türkiye

2Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İleri Teknolojiler A.B.D., 06500 Ankara, Türkiye 3Gazi Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, 06500 Ankara, Türkiye

4Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Malzeme ve Metalürji Mühendisliği Bölümü, 06500 Ankara, Türkiye

[email protected], [email protected]

Özet Alüminyum oksit (Al2O3) ince filmler sahip olduğu kimyasal etkisizlik, mekanik dayanım, yüksek kırılma indisi, yüksek dielektrik sabiti ve yüksek aşınma direnci ile önemli dielektrik malzemelerden biridir [1-4]. Koruyucu kaplamalar, mikro elektronik, optik uygulamalar, opto-elektronik, ve manyetik okuyucu kafaları gibi farklı ve geniş uygulama alanlarına sahiptir [5-7]. Bu çalışmada farklı Ar basıncı ve farklı RF güç değerlerinde, cam ve Si alttaşlar üzerine hazırlanan Al2O3 ince filmlerin optik, yapısal ve morfolojik özelliklerinin değişimi incelendi. Al2O3 ince filmler RF Magnetron püskürtme sistemi ile film kalınlıkları sabit tutularak hazırlandı. Farklı Ar basıncı (5, 10, 20, 30, 40, ve 50 sccm) ve farklı RF güç değerlerinin (100, 125 ve 150 W) hazırlanan ince filmlerin optik, yapısal ve morfolojik özellikleri sırasıyla UV-Vis Spektrometre (UV), x-ışını kırınımı (XRD) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) sistemlerinden elde edilen verilerin analizi ile belirlendi. Elde edilen sonuçlardan Ar basıncının azalmasının hazırlanan Al2O3 ince filmlerin görünür bölgedeki geçirgenliğini artırdığını ve film kalitesini olumlu yönde etkilediği görüldü. Anahtar Kelimeler: Alüminyum Oksit, İnce Film, RF Magnetron Püskürtme Kaynakça [1] S. Sellner, A. Gerlach, S. Kowarik, F. Schreiber, H. Dosch, S. Meyer, J. P°aum and G. Ulbricht, Thin Solid Films 516 (2008) 6377. [2] M. Voigt,M. Sokolowski, Mater. Sci. Eng. B (2004) 109. [3] K. Koskia, J. HoÈlsaÈ and P. Juliet, Thin Solid Films 339 (1999) 240. [4] P. Morse, B. Meredith, B. Rooney, R. Lovro, M. Rost and J. German, Sputtering Component (2013) SVC- 56th Annual Technical Conference Proceedings, Providence, RI, USA. [5] E. Wallin, Ph.D. Thesis, Alumina Thin Film Growth: Experiments, and Modeling, Department of Physics, Chemistry and Biology Link€oping University (2007). [6] H. Kakati, A. R. Pal, H. Bailung and J. Chutia, J. Phys.: Conf. Ser. 208 (2010) 012102. [7] H. Panitchakana and P. Limsuwan, Procedia Eng. 32 (2012) 902. Teşekkür: Bu çalışma, sırasıyla, 2016K121220 ve 117F363 numaralı projeler ile CSBB ve TÜBİTAK tarafından desteklenmektedir.


110

Biyomedikal Uygulamalar için Ultrahızlı Fiber Lazer Geliştirilmesi ve Malzeme İşleme Uygulamaları

Gizem Alpakut1*, Tolga Gürcan1,2, Eda Kalafat1, Mehmet Burçin Ünlü1, Seydi

Yavaş1,3 1. Boğaziçi Üniversitesi, Fizik Bölümü, 34342, İstanbul, Türkiye

2. Boğaziçi Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği, 34342, İstanbul, Türkiye 3. Lumos Lazer A.Ş. 34470, İstanbul, Türkiye

*[email protected] Abstract: Ultrakısa atımlı lazerler, başka yöntemlerle elde edilemeyecek kadar kısa zamanlarda malzemelerle etkileşime girebilmeleri ve bu zaman dilimlerindeki süreçlere ışık tutabilmeleri sebebiyle spektroskopi [1], doğrusal olmayan görüntüleme [2], metroloji [3] gibi birçok alanda bilimsel araştırmalarda önemli yer tutmaktadır. Özellikle doğrusal olmayan etkilerin baskın olduğu süreçlerin masaüstü boyutlarda gerçekleştirilmesinin en etkin ve ucuz yöntemi olması sebebiyle, son senelerde bu lazerlerin geliştirilmesine yönelik çalışmalar ve ticari sistemler haline getirilmesi çalışmaları yoğun olarak devam etmektedir. Son senelerde bu lazerler kullanılarak yapılan çalışmalara ve bu lazerlerin etkin olarak yükseltgenmesini sağlayan yönteme (chirped-pulse amplification) de 2019 Nobel Fizik Ödülü verilmesi bu lazerlerin önemini kanıtlar niteliktedir. Bilimsel araştırmalarda önemli yer edinen bu lazerlerin esnek parametrelere sahip olacak şekilde geliştirilmesi birden çok işi aynı lazeri kullanarak yapabilmenin yolunu açmıştır. Özellikle atım enerjisi, atım tekrar sıklığı, atım süresi gibi parametrelerin ayarlanabilir olması, malzeme işlemede önemli bir optimizasyon kapasitesi getirmektedir. Bu sebeple, Boğaziçi Üniversitesi’nde farklı malzemeleri işleyebilecek şekilde farklı malzeme işleme platformları ile birleştirdiğimiz, temel parametreleri esnek olarak ayarlanabilen femtosaniye fiber lazer geliştirdik ve bu lazeri kullanarak cam içinde mikroakışkan kanallar oluşturmak için ön denemelere başladık. Bunun yanında aynı lazeri kullanarak lazerle cam kaynatma, cam karartma ve metal yüzeyine mikroyapılar oluşturarak biyolojik tutunma özelliklerinin değiştirilmesi çalışmaları da yapılmaktadır. Geliştirilen lazer sisteminde osilatör kısmı kip-kilitli femtosaniye osilatörden oluşmaktadır. 50 MHz sıklıkta üretilen atımlar fiber içine sokularak yüksek atım enerjilerine yükseltgenebilmesi için uzun bir fiberden geçirilerek genişletilmektedir. Sonrasında Yb-katkılı fiberler ve pompa diyotlar kullanılarak yükseltilmekte ve bir akusto-optik modülatör kullanılarak atım tekrar sıklığı ayarlanabilir şekilde 400 kHz ile 1 MHz aralığında ayarlanmaktadır. Akusto-optik modülatör sonrası tekrar bir ara yükselteç ile yükseltilen atımlar son aşamada çok-kipli diyot lazerle pompalanan bir çift kılıflı Yb-katkılı fiber aracılığı ile 5 μJ atım enerjisi seviyesine çıkarılmaktadır. Önceden genişletilmiş olan atımlar serbest uzaya çıkıldığında bir kırınım ağı çifti aracılığı ile sıkıştırılmaktadır. Bu işlemler sonucunda elde edilen lazer parametreleri; 1030 nm merkez dalgaboyu, 270 fs atım süresi, 400 kHz-1 MHz atım tekrar sıklığı, 4.5 μJ’e kadar sürekli ayarlanabilir atım enerjisi, 2-4 mm arası ayarlanabilir lazer demeti çapıdır.

Anahtar kelimeler: femtosaniye fiber lazer, mikro işleme, mikro kaynak, cam, mikroakışkan cihazlar. Kaynakça 1. Zipfel, Warren R., Rebecca M. Williams, and Watt W. Webb. "Nonlinear magic: multiphoton microscopy in the biosciences." Nature biotechnology 21.11 (2003): 1369. 2. Baudelet, Matthieu, et al. "Femtosecond time-resolved laser-induced breakdown spectroscopy for detection and identification of bacteria: A comparison to the nanosecond regime." Journal of Applied Physics 99.8 (2006): 084701. 3. Udem, Th, Ronald Holzwarth, and Theodor W. Hänsch. "Optical frequency metrology." Nature 416.6877 (2002): 233.


111

Surface Roughness Effects on Broadband Reflectivity and Emissivity

Niloufar Pirouzfam1,*, Lina Irez1, Kürşat Şendur1,2 1Faculty of Engineering and Natural Science, Sabanci University, Istanbul, 34956, Turkey

2Sabanci University Nanotechnology Application Center, Istanbul, 34956, Turkey *Corresponding author: [email protected]

Abstract Random surface roughness and surface distortions occur inevitably as a result of various material processing and fabrication techniques. Tailoring and smoothing the surface roughness can be especially challenging for thermo-mechanically stable materials, including refractory metals, such as Tungsten (W), and polar dielectrics, such as Silicon Carbide (SiC). Broadband reflectivity and emissivity are important characterizations to learn thus to keep the materials under relatively low temperature. Spectral reflectivity and emissivity of surfaces are significantly impacted by surface roughness effects. In this paper, we numerically investigated the surface roughness effects on the spectral reflectivity and emissivity of thermo-mechanically stable materials. The most notable applications in which surface roughness could effect the reflectivity are in solar thermal [1], thermophotovoltaic [2] systems, airospace [3] and broadband reflection/emission applications [4]. Our results indicate that surface roughness effects are strongly impact by the correlation length of Gaussian surface. In addition, our results indicate that surface roughness effects are stronger for the materials at the epsilon-near-zero reign. Surface roughness impacts stronger at visible to infrared reign for W and 12 m for SiC, where plasma frequency and polar resonance frequency locate, respectively. Keywords: Surface roughness, reflectivity, emissivity, thermal radiation References 1. Tian, Y. and C.-Y. Zhao, A review of solar collectors and thermal energy storage in solar thermal applications. Applied energy, 2013. 104: p. 538-553. 2. Ferrari, C., et al., Overview and status of thermophotovoltaic systems. Energy Procedia, 2014. 45: p. 160-169. 3. Thornton, E.A., Thermal structures for aerospace applications. 1996: American Institute of Aeronautics and Astronautics. 4. Huang, Y.-F., et al., Improved broadband and quasi-omnidirectional anti-reflection properties with biomimetic silicon

nanostructures. Nature nanotechnology, 2007. 2(12): p. 770.

FOTONİ - Kocaeli Üniversitesifotonik.Kocaeli.edu.tr/2019/ozetler/fotonik-2019-kitapcik.pdfP-29 39...

Documents

Transcript of FOTONİ - Kocaeli Üniversitesifotonik.Kocaeli.edu.tr/2019/ozetler/fotonik-2019-kitapcik.pdfP-29 39...