Kuantum yol girişimi ile plazmonik doğrusal olmayan süreçlerin kontrolü
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, NANOTEKNOLOJİ VE NANOTIP ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2026
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: DENİZ EREN MOL
Danışman: MEHMET EMRE TAŞGIN, ALPAN BEK
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tezde doğrusal-olmayan optik frekans dönüşümü/çevrimi olan üçüncü harmonik frekans üretiminin (THG) voltaj ile kontrolü gösterildi (dolayısıyla da kuantum dolanıklığının kontrolü gösterildi). Temel motivasyonumuz, ışın ayırıcılar ve faz kaydırıcılar gibi voltajla ayarlanabilen bileşenlerin zaten mevcut olduğu entegre fotonik devrelere, klasik-olmayanlığı (örn. sıkıştırılmış kuantum halleri) doğrudan kontrol eden ve entegre bir çip üzerinde çalışan bir elemanı ekleyerek evrensel kuantum bilgisayarlarının (bilgi işlemenin) çok daha hızlı çalışmasını sağlamaktır. Bunu başarmak için, iki metal nanoparçacık arasındaki "sıcak bölge"de güçlü biçimde lokalize olan bir plazmonik modun bir kuantum nesne (örn.kuantum-noktası veya kusur noktası) ile bağlandığı hibrit bir konfigürasyonun eşleşmesini inceledik. Böyle bir düzenek (zayıf-orta bağlanma bölgesinde plazmon-kuantum obje eşleşmesi) THG için plazmon enerji bandı içinde yer alan iki tane çevrim/girişim yolu üretir. Kuantum objelerin enerji geçiş aralıklarını ayarlayarak THG sinyalini kapatabilir veya açabiliriz. Sistemi hem analitik hem de 3B doğrusal-olmayan Maxwell denklemleri ile çözebiliriz. Bu cihaz yol girişimini ve Fano-tipi frekans kontrolünü mümkün kılan pasif bir bağlanma kanalı olarak çalışır. Analitik kısımda, sistem Hamiltonyenini uzaysal örtüşme integrallerini kullanarak yazıyor ve Heisenberg hareket denklemleri çerçevesinde üçüncü harmonik mod genliği için durağan-durum ifadesi türetiyoruz. Ortaya çıkan formül, kuantum objenin geçiş frekansının ($\Omega_{\rm KO}$) uygulanan voltaj ile ayarlandığında artırım ve azaltım rejimlerini açıkça öngörmekte; böylece doğrusal-olmayan plazmonik çıktının ve buna eşlik eden klasik-olmayan özelliklerin doğrudan elektriksel kontrolünü mümkün kılmaktadır. İkinci olarak, nümerik tarafta ise kuantum objeyi Lorentz dielektrik fonksiyonu ile modelliyor ve ilgili analitik öngörüleri (kapatma ve güçlendirme) FDTD simülasyonlarıyla doğruluyoruz. Bu simülasyonlar, $\Omega_{\rm KO}$ tarandığında artırım/azaltım rejimleri boyunca yaklaşık $10^3$ mertebesinde bir toplam modülasyon derinliğine ulaşıldığını göstermektedir. İkinci temel sonuç ise, zayıf bağlanma rejiminde aynı plazmonik yapıya bağlanan çok sayıda kuantum objeyi ele almaktadır. Yayıcı sayısı arttıkça efektif bağlanmanın artacağı ve sinyalin güçleneceğine dair doğal beklentinin aksine, kuantum obje sayısındaki artışla birlikte Fano yanıtının ve artırım mekanizmasının zayıfladığını ve hatta ortadan kaybolabildiğini buluyoruz. Bunun sebebi farklı, KO'lerin girişim fazlarının farklılığıdır. Bu durum, aygıt tasarımı açısından çoklu-yayıcı etkilerinin pratik önemine işaret etmekte ve deneysel olarak raporlanan eğilimlerle uyumludur. Genel olarak bu çalışma, plazmonik platformların yalnızca elektronik-fotonik arasında bir köprü olma potansiyeline değil, aynı zamanda entegre sürekli değişken fotonik sistemlerde voltajla ayarlanabilir doğrusal-olmayanlık ve dolanıklık kontrolüne giden uygulanabilir bir yol sunma potansiyeline de sahip olduğunu göstermektedir.