Düşük kayıplı elmas dalga kılavuzlarının femtosaniye lazer ile üretimi ve optik karakterizasyonu

Elmas, sıradışı mekanik ve termal özelliklerinin yanısıra, morötesinden kızılötesine kadar geniş bir spektral transparan aralık, yüksek kırılma indisi, ve görece yüksek bir lineer olmayan kırılma indisi gibi birçok faydalı optik özellik barındırmaktadır. Son yıllarda, elmas, yapısında bulundurduğu, oda sıcaklığında yüksek eşevrelilik sürelerine sahip spin-aktif azot-boşluk (NV) merkezleri sayesinde gelecek vaadeden bir kuantum haberleşme platformu olarak gösterilmiştir. Bu NV merkezleri, 532 nm dalga boyunda uyarıldığında spine bağlı ışıma gerçekleştirerek manyetik alan, sıcaklık ve gerilim gibi birçok fiziksel niceliğin oldukça hassas ölçümünü sağlamaktadır. Bu tür quantum ölçüm uygulamalarında, optik dalga kılavuzları; hem birçok NV merkezinin uzamsal olarak bağlanmasını hem de NV merkezlerinin yaydığı ışıma sinyalinin elmas kristali içerisindeki farklı noktalara iletilmesini sağladığı için oldukça önemli rol oynamaktadır. Bu tezde, farklı geometrik konfigürasyonlara ve üretim parametrelerine sahip çeşitli optik dalga kılavuzları, kimyasal buhar yığma (CVD) yöntemi ile büyütülmüş tek kristal elmas içerisine yazılmıştır. Yüzey altına gömülü dairesel kılıflı, yarım dairesel ve çift çizgili olmak üzere üç tür dalga kılavuzu üretilmiştir. Kılavuzlayan çekirdek boyutu ve çizgi sayısı gibi tasarım parametreleri, üretilen dalga kılavuzlarının yayılma kayıplarını azaltmak için geniş bir aralıkta değiştirilmiş ve en uygun değerler deneysel olarak saptanmıştır. Dalga kılavuzlarının optik karakterizasyonu, NV merkezlerinin tepe ışıma dalga boyuna yakın olan 633 nm dalga boyunda He-Ne lazeri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Yayılma kaybının ve kırılma indisi kontrastının tasarım parametrelerine olan bağımlılığını gösteren önemli deneysel sonuçlar elde edilmiştir. Üretilen dalga kılavuzlarında elde edilen en yüksek kırılma indisi kontrastı 22.7x10-5 seviyesinde ölçülmüştür. En düşük kayıplı yüzey altına gömülü dairesel kılıflı ve yarım dairesel dalga kılavuzlarından elde edilen, sırasıyla, 2.05 ve 1.20 dB/cm miktarındaki yayılma kaybı değerleri, bilindiği kadarıyla, şu ana kadar literatürde raporlanan fs lazer ile yazılan elmas dalga kılavuzları arasındaki en düşük kayıp miktarlarıdır. Bu tezde incelenen elmas dalga kılavuzu tabanlı fotonik aygıtların yeni nesil kuantum haberleşme sistemlerinde uygulamalar bulabileceği ön görülmektedir.