Chiral resonators: Selected electromagnetic and optomechanic applications in microwave and plasmonics

Bu tez, kiral bir rezonatör yapısın mikrodalga ve plazmonik (optik) dalgaboylarındaki seçilmiş elektromanyetik ve optomekanik özelliklerinin araştırılması üzerine yapılmıştır. Tezin birinci bölümü, kanonik sarmal adlandırılan kiral bir rezonatör yapısının mikrodalga C-bandında (5-8 GHz) elektromanyetik tepkilerini sistematik araştırılmasından oluşmaktadır. Kanonik sarmal, elektromanyetik metamalzemelerde temel yapı taşı olan yarıklı halka rezonatörlerinin kiral bir uzantısı olarak en basit sarmal yapıdır. Kanonik sarmal yapının tekli ve çiftli olarak farklı konfigürasyonlarının elektromanyetik tepkisi, deneysel ve sayısal olarak çalışılmıştır. Özellikle çift yapıların eş ya da zıt kiral sarmallardan oluşmasına göre elektromanyetik tepkinin nasıl ve neden değiştiği üzerinde durulmuştur. Bunu takiben, eş ya da zıt kiral sarmal çiftlerinin doğrusal evresel sıralanmasıyla oluşan zincir yapılar dalga kılavuzu içine konularak, dalga kılavuzunun geçirgenlik bandında oluşan kiral bağımlı yasak bantların oluşumu incelenmiştir. Deney ve simülasyonlardaki iyi uyuma dayanarak aşağıdaki bulgular vurgulanmaktadır: (i) Aynı frekansta elektrik ve manyetik uyarılma gösteren optimal kanonik sarmal yapılar tasarlanmış ve üretilmiştir. (ii) Çiftli yapıların gösterdiği rezonansın iki farklı moda ayrılması durumunda baskın çiftlerinde düşük (yüksek) frekansta oluştuğu gösterilmiştir. (iii) Kanonik sarmal çiftlerinden oluşan zincirlerin, tek bir sarmal çiftin iki farklı mod frekansında yasak bantlar oluşturduğu gösterilmiştir. Bu yasak bantlar, çiftler arası etkileşen sarmallar aynı kiral yapıda olduğunda yüksek frekans bandında, zıt kiral yapıda olduğunda düşük frekans bandında baskın hale gelmektedirler. Tezin ikinci bölümü optik dalgaboylarında plazmonik rezonans davranışı gösteren kanonik sarmallara etkiyen optik kuvvetlerin araştırılmasını kapsamaktadır. Bu kuvvetlerin kiral seçici optik tuzaklama ve optomekanik bağ oluşturma uygulamaları olabilir. Bu kapsamda, tek ve çift sarmal yapılarında doğrusal polarizasyonda ışık uyarılması altında oluşan optik kuvvetin bileşenleri hesaplanmıştır. Bu hesaplar sarmalların altında düz metal bir yüzey olması durumu için tekrarlanmıştır. Bu çalışmalar kuramsal ve sayısal metotlarla gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ana bulguları, sarmal çifti yapılarında polarizasyona dik yanal yöndeki bağıl kuvvetin kiral seçici olduğunu göstermiştir: Buna göre zıt kiral sarmal çiftleri çekici kuvvet ile bağlanırken, eş kiral çiftleri zıt kuvvet ile birbirini itmektedir. Uyarıcı ışığın yayılım yönünde tekli veya çift sarmal yapıya etkiyen kuvvet kiral özelliklerinden bağımsız bulunmuştur. Metal yüzeyin varlığı, sarmal rezonatör yapılar için yüzeye doğru güçlü bir çekici kuvvet oluşturmaktadır.