Elastic light scattering and optoelectronic response of spherical silicon microresonators

Bu çalışmada silikon mikro-yuvarlarda optik lif bağlayıcıları (OFHC) yöntemi ile uyarılan fısıldayan geçit kipi (WGM) optik çınlamaları ve bu çınlamaların optik lif iletişim ve biyoalgılama alanlarında uygulamaları incelenmiştir. Bu çalışmanın kuramsal altyapısı WGM'lerin düzlem dalga ile uyarımı için Lorenz-Mie kuramı (LMT) ve Gauss ışını uyarımı için kapsamlı Lorenz-Mie kuramı (GLMT) yöntemleri ile oluşturulmuştur. Deneysel ölçüm düzeneği ve silisyum yuvarların optoelektronik incelenmesi birlikte ele alınmış ve gerekli yapılar için sayısal benzeşimler yapılmıştır. Bu çalışmanın deneysel sonuçları, düzlem dalga ve Gauss ışını için sayısal benzeşim sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Elastik ışık saçılımı ve silisyum mikro-yuvarlarda gözlemlenen WGM'ler, 0o iletim ve 90o saçılma açılarına göre incelenmiştir. WGM'lerin izge yapısı, kip uzaklığı ve nitelik katsayısı açısından incelenmiş ve kuramsal beklentiler ile uyumluluğu gözlemlenmiştir. Elastik ışık saçılımlarının izge incelenmesi, optik çınlamaların incelenmesi ile ele alınmış ve gözlemlenen WGM kümeleri, açıya göre saçılma dahil WGM dağılımı, silisyum mikro-yuvarların eliptikliği nedeniyle oluşan azimut kipi ayrışması veya parçacık dokunması nedeniyle oluşan kip ayrışması bakımlarından açıklanmıştır. Bunun yanında, WGM izgesi ölçümlerinde gözlemlenen asimetrik optik çınlama yapısı da incelenmiş ve bu yapıların 90o elastik ışık saçılımında gözlemlenebilen Fano biçimi optik çınlamalar olduğu gözlenmiştir. Fano biçimi optik çınlamalar, OFHC üzerinde yer alan yüzey düzensizlikleri ve geometrik ışık çınlamaları ile mikro-yuvarlarda uyarılan WGM optik çınlamaları arasındaki evre farkı ile açıklanmıştır. Elde edilen Fano biçimi optik çınlamalar, optik süzme ve anahtarlama uygulamalarında kullanılabilirliği öngörülmüştür. Ek olarak, silisyum mikro yuvarlarda uyarılan WGM'lerin, DNA moleküllerinin algılanmasında kullanılabilmesi için bir biyoalgılama yöntemi de sunulmuştur. Bu yöntem, DNA parçacıklarının silisyum yuvarlara dokunması sonucunda yarattıkları optik çınlama kaymalarına dayanmaktadır. Bu yöntemle sadece optik yöntemlerle çok küçük moleküllerin algılanması olasıdır. Özetle bu çalışmada, silisyum mikro-yuvarlarda uyarılan WGM optik çınlamalar kuramsal ve deneysel olarak ele alınmıştır. Gözlemlenen ışık çınlamaları ve kipleri, Lorenz-Mie kuramına göre bilgisayar ortamında işlenmiş ve deneysel sonuçların, işlemlerle uygunluğu gözlemlenmiştir. Silikon mikro-yuvarlarda uyarılan optik WGM çınlamalarının, lif optik iletişim ve biyoalgılama alanlarında uygulanabilirliği de bu çalışma ile ele alınmıştır. DNA gibi çok küçük parçacıkların algılanması ile optik iletişimde anahtarlama konularındaki uygulamalar bu tez ile sunulmuştur. Silisyum mikro-yuvarlar ve bu yuvarlarda gözlemlenen optik WGM çınlamaları birçok alanda uygulama değeri taşımaktadır.