Akademik Veri Yönetim Sistemi
TÜBİTAK Projesi, 1001 - Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı, 2025 - 2028
Optik lensler, görüntüleme sistemleri, teleskoplar, mikroskoplar ve spektrometreler gibi birçok optik sistemin temel bileşenlerindendir. Geleneksel optik sistemler, elektromanyetik dalgaların yönlendirilmesi ve manipülasyonu için şeffaf ortamlar kullanılarak tasarlanmakta olup büyük boyutları, çok eksenli manipülasyon zorlukları, kromatik ve uzaysal aberasyonlar gibi çeşitli sınırlamalara sahiptir. Ayrıca, dalgaboyu, polarizasyon ve faz gibi özellikleri farklı elektromanyetik dalgalara karşı sınırlı tepki verebilmeleri ve uzaysal çözünürlüklerinin Abbe limiti / Rayleigh kriteri (~λ/2NA, NA: nümerik açıklık) ile kısıtlanması önemli dezavantajları arasında yer almaktadır.
Son yıllarda, kompakt ve çok fonksiyonlu yapılarıyla dikkat çeken metalensler, kullanılacak elektromanyetik dalganın dalgaboyu altı ölçeklerinde tasarlanan yapay mikro/nano yapıları içeren meta-yüzey (metasurface) tasarımlarındaki hızlı gelişmeler sayesinde, yalnızca geleneksel optik lenslere bir alternatif olarak değil, onları bir ileri seviyeye taşıyabilme potansiyeliyle de öne çıkmaktadır. Metalenslerin optikte kırılma (refraction) prensibinden kırınım (diffraction) prensibine geçişi temsil etmesi, bu dönüşümün önemini daha da artırmaktadır. Geleneksel lenslere kıyasla çok daha ince, hafif ve kompakt olan metalensler, elektromanyetik dalganın fazını, genliğini ve polarizasyonunu hassas bir şekilde kontrol edebilme avantajına sahiptir. Ancak mevcut metalenslerin büyük bir kısmı statik yapıya sahip olup, değişmeyen belirli optik özellikler (odaklama, polarizasyon vb.) sergilemektedir. Bununla birlikte, ayarlanabilir metalensler üzerine yapılan çalışmalarda, geometrik modülasyon için mekanik ve termal gerilme, piezoelektrik ve MEMS tabanlı yöntemler; aktif bölgenin kırılma indisinin modülasyonu için ise elektrik alanla manipüle edilen sıvı kristal tabanlı yaklaşımlar öne çıkmaktadır. Ancak bu yöntemler esneklik, enerji tüketimi, tepki süresi ve çevresel stabilite açısından çeşitli sınırlamalara sahiptir.
Bu çalışmada önerilen yenilikçi yaklaşım, iki-boyutlu (2B) geçiş metali dikalkojenit (Transition Metal Dichalcogenides, TMD) yarıiletken ailesinin odak uzaklığı ayarlanabilir metalens uygulamalarında kullanılmasıdır. Katkısız halleriyle düşük taşıyıcı konsantrasyonuna sahip olan bu malzemeler, geniş bir modülasyon aralığında ve hızlı tepki süreleriyle elektriksel olarak taşıyıcı modülasyonu ve ayarlanabilir kırılma indisi gibi özellikler sunmaktadır.
Proje kapsamında, elektrik alan altında aktif bölgenin serbest taşıyıcı modülasyonu ile kırılma indisi değişimine dayalı, odak uzaklığı ayarlanabilir 2B TMD malzeme ve Fresnel Zone Plate tabanlı FE-metalens (field effect transistor-Metalens) aygıtının geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Geliştirilecek olan fotonik aygıt sırasıyla taşıyıcı alttaş olarak 200 nm Si3N4 membran, gate elektrodu olarak Grafen (Gr), yalıtkan malzeme olarak h-BN, aktif lens tabakası olarak da 2B TMD malzeme ve üst elektrotlar olarak da Au/Cr yapısından oluşmakta olup maksimum 50 V gate potansiyeli altında 10-200 
arasında odak uzaklığının hassas bir şekilde ayarlanabilmesi (tuneablity) hedeflenmektedir.
Geliştirilecek yeni nesil metalensler, mikroskobik görüntüleme, optik haberleşme, nesne tanıma gibi gerek günlük hayatta gerek ise savunma sanayisinde otonom sistemlere entegre edilmiş, genel olarak bilgisayarlı görü (computer vision) ve/veya yapay zekâ destekli algılama sistemlerinde, nesne takibi, nesneye odaklanma, hareket algılama gibi sistemlerde kullanılan geleneksel zoom lenslerin hacimsel büyüklüğe, mekanik hareketli parçalar nedeniyle yavaş cevap süresine ve optik büyütme sınırlarının lens sisteminin büyüklüğüne bağlılığı gibi sorunlarına çözüm sunma potansiyeli bulunmaktadır