Micro-scanning mirrors and lenses for improving image resolution
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Mikro ve Nanoteknoloji Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: AHMET SÖZAK
Danışman: KIVANÇ AZGIN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Görüntü çözünürlüğünün geliştirilmesi, uzun yıllardır optik araştırmaların ana ilgi alanlarından biri olmuştur. Bu kapsamda birçok farklı yöntem araştırılmıştır. Bu yöntemlerin bazıları sahada kullanım alanı bulurken, bazıları da laboratuvar gösterimi düzeyinde kalmıştır. 1980'den bu yana odak düzlemi dizi dedektörlerinin piksel boyutunu azaltmak için çok sayıda yaklaşım olmuştur ve o zamandan beri birim alandaki piksel sayısı ve çözünürlük artırılmıştır. Bununla birlikte, odak düzlemi dizisinin piksel yapısının küçük piksel aralığının üretilmesindeki zorluk ve sınırlı doldurma faktörü, özellikle kızılötesi dalga boylarında bu yöntemin kritik sınırlamalarıdır. Çözünürlük artırma elde etmenin diğer yöntemi olan mikro tarama, sahada uygulanabilirliğini kanıtlamıştır. Çözünürlüğü artırmak için lenslerin, aynaların, prizmaların ve kodlanmış maskelerin taranması gibi bu tekniğin birçok uygulama çeşidi vardır. Makro ve mikro eyleyiciler, farklı optik mimarilerde optik bileşenin taranması için kullanılır. Kızılötesi görüntüleme için geleneksel mikro tarama sistemleri, 50 mm'den 200 mm'ye kadar boyutlara sahiptir, optik sistemde geniş alana ihtiyaç duyar ve hacimli optik bileşenler ve eyleyiciler nedeniyle 45V aralığından 150V'a kadar yüksek güç ve uyarma voltajı tüketir. Ayrıca, kızılötesi görüntüleme için geleneksel mikro tarama sistemleri yüksek parça adetine sahiptir ve yer değiştirme amplifikasyonu için ayrı mekanizma parçalarının kullanılması gerekir. Bu çalışmanın amacı, gerçek bir makro ölçekli kızılötesi optik sistemin stabilizasyonu ve çözünürlüğünün arttırılması için küçük boyutlu, büyük yer değiştirmeli ve düşük güç tüketimine sahip yeni bir Mikro-Opto-Elektro-Mekanik Sistem (MOEMS) geliştirmektir. Bu bağlamda, bu çalışma boyunca hem PTC CREO hem de ANSYS ile CAD modelleme ve parametrik çoklu fizik sonlu elemanlar analizi kullanılarak bir piezo elektrik, bir termal ve bir elektro-manyetik mikro tarama sistemi tasarlanmış ve optimize edilmiştir. Optik mimari, ışın izleme ve lens tasarımları Zemax ile yapılmıştır. Metalenslerin tasarımı için Lumerical yazılım aracı kullanılmıştır. Silicon on Insulator (SOI), yapının alt taşı olarak seçilmiştir. Entegre MOEMS eyleyicinin imal etmek için Derin Reaktif İyon ve Islak Dağlama yöntemleri uygulandı. Tarama için kullanılan optik mimarinin ve bileşenlerin belirlenmesi çalışmanın önemli noktalarıdır. Eyleyicinin optik faydalı yükü, her ikisi de mikro fabrikasyon yöntemleriyle üretilebilen bir metalens ve bir kodlu maskedir. Bu amaçla ilk alternatif olarak nano-deliklerden oluşan bir metalens tasarlanmıştır. İkinci olarak, uzamsal ışık modülasyonunu elde etmek için MOEMS yapısının merkezine özel bir kodlanmış maske tasarlanmış ve uygulanmıştır. Alt piksel taraması için istenen yer değiştirmeyi elde etmek için, termal chevron eyleyicinin uyarma voltajı 12V'dir ve bu, literatürdeki piezoseramik eyleyicilerin %8 ila %27'sidir. Eni iyi performans olan 10.2V uyarım gerilimi, manyetik alanın neden olduğu ek Lorentz kuvveti sayesinde termal ve elektromanyetik hibrit mikro opto-elektromekanik sistem (MOEMS) tabanlı tarama eyleyici ile elde edilmiştir. Geliştirilen MOEMS eyleyicinin çekirdek boyutu 19mm olup ,makro eyleyici muadillerinin %10-%38'i kadardır.