Phd Degree / Doktora
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11147/2869
Browse
31 results
Search Results
Doctoral Thesis Markov Olmayan Ortamlar ile Etkileşimdeki Süperiletken Transmon Kübitlerin Kesirli Dinamiği(01. Izmir Institute of Technology, 2025) Savacı, Ferit Acar; Erdoğan, Ruha Uğraş; Savacı, Ferit AcarBu tezde, literatürde ilk defa olmak üzere, Mittag-Leffler (ML) tipi ilintilerin Markov bir çevre ile etkileşimde olan transmon kübitlerin eşfazlılık sürelerinin iyileştirilmesine olan etkisini irdeledik. Tez kapsamında gerçekleştirdiğimiz ikinci çalışmada, literatürde ilk defa, amorf bir çevre içindeki kusur ile etkileşimde olan transmon kübitin zaman dinamiğini analiz ettik. Markov karakteristiğine sahip gürültü eksenine dik uygulanan ML ilintili gürültüye ait karakteristik üstelin (KÜ), eşfazlılık süresine ve kubit durum dağılımına etkisini analiz ettik. Bu kapsamda yayıngan ve rastsal telegraf gürültüsünün kesirli genelleştirilmesinden inşaa ettiğimiz iki tip ML ilintili gürültü kullandık. Eşfazlılık süresinin KÜ ile ifade edilen hafızaya bağlı olarak arttığını gözlemledik. Transmon kübit ve üzerinde üretim aşamasında oluşan amorf kaplamadaki tek bir kusur arasında Gaussian olmayan karakteristiğe sahip enerji yayılımına sebep olabilecek, aynı zamanda etkileşimdeki sistem dinamiğinde uzun süreli hafızaya sebep olabilecek ağır kuyruklu Lévy tipi enerji salınımlarını irdeledik. Çevrenin güç tayfı yoğunluğunun zaman bağımlı olma durumunu zamana bağlı kesirli üstel ile betimledik. Bu ifadeye bağlı olarak, transmon kübitin zaman dinamiğini değişken mertebeli kesirli ana denklem ile ifade ettik; zamana bağlı KÜ ile betimlenen ortamın, kübit eşfazlılık süresine etkisinin, açık kuantum sistemlerinde ilk olmak üzere, bilgisayar benzetimlerini gerçekleştirdik.Doctoral Thesis Evanescent field-based optical force techniques for the manipulation of spherical and non-spherical nanoparticles(01. Izmir Institute of Technology, 2024) Arslanyürek, Şeyma; Dinleyici, Mehmet SalihBu tez, sönümlenen dalgaların fiziksel mekanizmalarını ve optik kuvvetlerin nanoparçacık manipülasyonundaki etkinliğini teorik analizler ve simülasyonlar yoluyla incelemektedir. İki ve dört Gauss kaynağı kullanan sistemler, yenilikçi parçacık manipülasyonu için faz modülasyonu ile zenginleştirilmiş sönümlenen alanlar oluşturmak üzere kullanılmıştır. Asimetrik sönümlenen alanlara uyumluluğu, doğruluğu ve hesaplama verimliliği nedeniyle, optik kuvvet hesaplamalarında Ayrık Dipol Yaklaşımı (Discrete Dipole Approximation - DDA) yöntemi tercih edilmiştir. Tezin önemli bir odak noktası, faz modülasyonuna dayalı olarak tanımlanan ve değerlendirilen modüller —Holder, Centrifugal, Side-Puller ve Rotator— aracılığıyla parçacık hizalama, yer değiştirme ve ayrıştırma süreçleridir. Her bir modül, parçacık manipülasyonunda benzersiz avantajlar sunmuştur: Holder modülü, parçacıkları yüksek yoğunluk gradyanlarına sahip bölgelerde sabitlerken, Centrifugal modülü parçacıkları kanal kenarlarına yönlendirmiştir. Side-Puller modülü parçacıkları belirli bir yönde hareket ettirirken, Rotator modülü açısal hareketi kontrol etmiştir. Bu modüllerin bir arada kullanılması, kontrol mekanizmalarını geliştirerek daha verimli filtreleme sistemleri sağlamıştır. Tezde ayrıca sıvı akışı ile optik kuvvetlerin birleştirildiği senaryolar incelenmiş ve bu kombinasyonların partikül ayrıştırılmasındaki etkinliği değerlendirilmiştir. Farklı boyutlardaki küresel partiküllerin ayrıştırılması, optik ve sürükleme kuvvetlerinin dengesi üzerinden analiz edilmiştir. Küp ve küresel partikül hareketleri incelenerek geometrik farklılıkların optik kuvvetler üzerindeki etkisi gösterilmiş, ardından eşit hacimdeki küre ve elipsoidal partiküller üzerindeki çalışmalarla partikül geometrisinin ayrışma dinamikleri üzerindeki etkisi detaylandırılmıştır. Bu çalışma, optik kuvvetlerin nanopartikül manipülasyonunu nasıl optimize ettiğini ve sönümlenen dalgaların sunduğu benzersiz avantajlar sayesinde gelişmiş filtreleme ve kontrol mekanizmaları sağladığını ortaya koymaktadır. Önerilen faz modülasyon sistemleri ve DDA yöntemi, hem küresel hem de küresel olmayan nanopartiküllerin kontrolü ve ayrıştırılması için yenilikçi bir çerçeve sunmaktadır. Çalışmanın bulguları, biyoteknoloji, nanoteknoloji ve mikroskobik akışkan dinamiği gibi alanlarda optik kuvvet temelli uygulamaların geliştirilmesi için önemli bir potansiyel taşımaktadır.Doctoral Thesis Fluidically Reconfigurable Microwave Systems With Conductive and Dielectric Liquid Materials(01. Izmir Institute of Technology, 2024) Karatay, Anıl; Altınkaya, Mustafa Aziz; Yaman, FatihBu tezde, geleneksel elektriksel ve optik yeniden yapılandırma yöntemlerinin sınırlamalarının üstesinden gelmek amacıyla sıvı destekli mikrodalga bileşenlerinin kullanılmasına ilişkin detaylı bir araştırma sunulmuştur. Öncelikle, minyatürleştirmeye ve düşük hesaplama yüküne öncelik veren, 6.6 GHz ve 7 GHz'de çalışan yeni bir çift bağlantı noktalı anten önerilmiştir. Bu antenin en önemli özelliği, bağlantı noktalarının sıvı metal yoluyla bağımsız frekans yeniden yapılandırma kapasitesine sahip olmasıdır. Ardından, çalışma frekansları 2,45 GHz ve 5,8 GHz olarak tasarlanmış Vivaldi antenlerini kullanan sıvı metal kontrollü çift bantlı bir Doppler radar sistemi geliştirilmiştir. Önerilen radar sistemi aynı zamanda sıvı-metal yer değiştirmesi ile kontrol edilen bir güç bölücüyle de entegre edilerek belirli bantlar arasında kesintisiz frekans geçişine olanak tanımaktadır. Bu yöntem sayesinde literatüre tamamen sıvı yer değiştirmesi ile kontrol edilebilen bir radar kazandırılmıştır. Tezin bir sonraki amacı, sıvı metal kontrollü radarı, daha ucuz ve kolay erişilebilir bir malzeme olan su kontrollü bir forma dönüştürmektir. Bunun için geçirgenlik ölçümlerine başvurulmuş ve karışım bazlı yeni bir yöntem önerilmiştir. Önerilen algoritma, bilinmeyen malzeme geçirgenliğinin belirlenmesini hızlandırmakta ve 3 boyutlu elektromanyetik çözücülere olan hesaplama bağımlılığını azaltmaktadır. Bu amaca ulaşmak için kavite bazlı ayrık modlu çift bantlı geçirgenlik ölçüm sistemi kurulmuş ve geleneksel kavitelerdeki mod ayırma sınırları Lagrange çarpanları kullanılarak belirlenmiştir. Daha sonra bu sınırları aşabilecek yeni kavite tipleri önerilerek geçirgenlik ölçüm düzeneğinin kurulması daha kolay hale getirilmiştir. Ayrık modlu kaviteler, bilinen karışımları referans alarak bilinmeyen malzemenin geçirgenliğini bulmayı amaçlayan yinelemeli ölçüm yöntemiyle birleştirilerek su bazlı malzemenin geçirgenliği ve hacimsel fraksiyonu belirlenebilmiş ve Vivaldi anten tasarımları su ile kontrol edilebilecek şekilde güncellenmiştir. Bu değişiklik, sıvı metal bazlı radarın daha kolay bulunabilen ve uygun maliyetli bir malzeme olan suyla kontrol edilmesini sağlamıştır.Doctoral Thesis Active metasurface designs for tunable scattering properties(01. Izmir Institute of Technology, 2024) Yılmaz, Hasan Önder; Altınkaya, Mustafa Aziz; Yaman, FatihGelişen teknolojiler, elektromanyetik dalgaların saçılmasını ve özelliklerini kontrol etmek için, doğal yapıların ötesinde özelliklere sahip yapay olarak tasarlanmış dinamik yüzeylere ihtiyaç duymaktadır. Bu tez, geçirgen bir metayüzey üzerinde oluşturulan yüzey dalgaları aracılığıyla yayılan dalgaların dinamik kontrolü için yeni bir yöntem önererek, bunun karşıt olmayan iletim ve yeniden yapılandırılabilir radyasyon problemlerine uygulanmasını içermektedir. Bu çalışma, faz eşlenik yüzeyler ve bianizotropiye dayalı analitik model için bir tasarım metodolojisi ve çift negatif indeks ortamına dayalı metayüzey kavramını içeren mikrodalga alanındaki üç boyutlu gerçekleştirme modeli önererek literatüre katkıda bulunmaktadır. Tez, ilk olarak sayısal simülasyonlarla desteklenen analitik çözümleri ve ardından pasif ve dinamik üç boyutlu modellerin tasarımları ve simülasyon sonuçlarını sunmaktadır. Empedans tabanlı karakterizasyon hem zaman bağımlı ve hem de zaman bağımsız birim hücre modelleri için uygulanmaktadır. Bunu, elde edilen empedanslar aracılığıyla zamana dayalı eşdeğer devrenin geliştirilmesi ve oluşturulması izlemektedir. Geliştirilen bu eşdeğer devre, zaman modülasyonlu birim hücrenin sayısal çözümünde kullanılmaktadır. Karşıt olmayan iletim için, uyarım yönüne bağlı olarak bianizotropik metayüzey üzerinde üretilen antisimetrik yüzey dalgalarına uygulanan zaman modülasyonuna dayalı yeni bir yöntem önerilmiştir. Bu yöntemin uygulanabilirliği, değişken bir kapasitör içeren bir yüzey kavitesi ile sınırlanmış geçirgen birim hücre üzerinde gösterilmiştir. Sayısal simülasyon sonuçları zaman modülasyonu yoluyla hem faz uyumlu hem de faz uyumsuz karşıt olmayan iletimi göstermektedir ve bunlar tutarlı deney sonuçlarıyla desteklenmektedir. Son bölümde, yeniden yapılandırılabilir radyasyon uygulamaları için yüzey dalgalarını kullanarak metayüzeyin birim hücrelerindeki faz değişimleri yoluyla dalga cephesi manipülasyonu araştırılmaktadır. Özel olarak, bir korna anten tarafından beslenen metayüzeyden yayılan hüzmenin açısal yönlendirilmesine odaklanılmaktadır. Önerdiğimiz yönteme dayalı yeni bir 3B tasarım modeli tanıtılmaktadır. Bu tasarım ile, kolonları elektriksel olarak ayıran kazınmış yarıklara yerleştirilmiş değişken kapasitörler ile basitleştirilmiş bir kontrol şeması önerilmektedir. Periyodik sınır koşulları altında uyarılmış yüzey modlarını incelemek için numerik özdeğer analizleri, ve ardından hüzme yönlendirme uygulaması için korna antenle entegrasyonunun simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Simülasyonlardan ve kavram kanıtı deneylerinden elde edilen sonuçlar yayılan hüzmenin yönlendirilmesini göstermektedir.Doctoral Thesis Dielectric Film Characterization Beyond Classical Limits Exploiting Spatially Structured Entangled Photon Pairs(01. Izmir Institute of Technology, 2024) Ataç, Enes; Dinleyici, Mehmet SalihKuantum optiği, ışığın farklı kuantum durumlarını üretmeye, manipüle etmeye ve tespit etmeye odaklanan yeni fırsatlar, alternatif metodolojiler ve potansiyel olarak çığır açıcı teknolojiler sunar. Bu alan enstrümantasyon, ölçüm ve metrolojide keşif ve uygulama için yeni yollar açmaktadır. Buradan hareketle tezin temel amacı, klasik sınırların ötesinde bir optik fiber üzerindeki ultra-ince şeffaf dielektrik filmlerin kalınlık karakterizasyonuna dayalı yeni bir kuantum dolaşıklık tabanlı faz kırınım şeması önermektir. Ek olarak, önerilen sistemde çakışma tespiti ve optik tutarlılık önemli bir rol oynadığından, standart bir CCD kamera kullanarak mekansal olarak dağıtılmış yoğunluk verilerinden zaman aralığı bilgisini çıkararak termal ışık karakterizasyonu için pratik ve karmaşık olmayan bir ölçüm prosedürü de sunuyoruz. Yukarıda belirtilen amaçları gerçekleştirmek için öncelikle kuantum dolanıklığın ölçüm sistemleri üzerindeki etkisini, özellikle de doğası gereği daha iyi çözünürlük sunduğundan, optik mikroskopiyi inceledik. Daha sonra, uzaysal dolaşıklık kavramı, kavisli bir yüzey üzerinde dielektrik film karakterizasyonu için faz kırınım şeması ile entegre edilir. Termal fotonlarla alternatif bir konfigürasyon da gösterilmiştir. Sonuçlara göre, şeffaf dielektrik filmlerin kalınlığı, ilgilenilen dalga boyunun yirmide birinin altında doğrulukta tahmin edilebilmektedir. İkinci bölümde, termal ışık foton istatistiklerinin ve ikinci dereceden tutarlılık fonksiyonunun çıkarılması için geleneksel bir CCD kameranın tek piksel yoğunluk ölçümlerinden yararlanarak kavram kanıtı deney düzeneğini tanıttık. Böylece, kümelenmiş ışık olgusunun tutarlılık süresinin ötesinde kullanıma hazır dedektörlerle gözlemlenebileceğini kanıtladık. CCD kameranın kapsamlı bir fizibilite analizi de rapor edilmiştir. Son olarak, sonuçlar artıları ve eksileri ile değerlendirilerek gelecekteki çalışmalar için bir yol haritası çizilmiştir. N-katlı algılama şeması, pompa tutarlılığının karakterizasyon sistemi üzerindeki etkisi ve önerilen foton istatistik kurulumunun pratik mühendislik uygulamaları dahil olmak üzere umut verici perspektifleri kısaca açıkladık.Doctoral Thesis Depth Based Calibration of Multiple Rgbd Cameras for Full 3d Reconstruction(Izmir Institute of Technology, 2023) Tunçer Çalı, Esra; Gümüşteki̇n, ŞevketBu tezde, yalnızca derinlik görüntülerinin kullanıldığı, çoklu derinlik kamerası ile çalışabilen yeni bir derinlik kamerası kalibrasyon tekniği geliştirilmiştir. Çoğu çalışmada, düzlemsel bir dama tahtası desenli objenin IR görüntüleri kullanılarak derinlik kamerası kalibrasyonu yapılmış ve elde edilen parametreler derinlik kamerası parametreleri olarak kabul edilmiştir. Bu yaklaşım yıllardır geliştirilen geleneksel metotlarla kullanılabildiği için pratik bir çözüm olarak düşünülmektedir. Ancak bu yaklaşım derinlik değerlerinden faydalanmamakta ve 3D'de yanlış eşleşmelere neden olan kalibrasyon hatalarına yol açmaktadır. Bu hataları gidermek için yinelemeli en yakın nokta metodu gibi ek tamamlayıcı metotlar uygulansa dahi düşük hatalı eşleşme sonuçları elde edilememektedir. Çözüm olarak 3 boyutlu, 4 eş-yarıçaplı küresi olan dört üçgen yüzlü yapıda bir kalibrasyon objesi tasarlanmış ve kürelerin merkezlerini derinlik görüntüsü üzerinden tespit edebilmek için elips temelli yeni bir metot geliştirilmiştir. Küre merkezleri ve derinlik hatası giderilen derinlik değerleri kullanılarak projeksiyon matris metodu orijinalinden farklı olarak 6 yerine 4 eşleşme noktası ihtiyacı olacak şekilde iyileştirilmiştir. Derinlik değerlerini geleneksel ışın demeti düzenleme (bundle adjustment-BA) metoduna dahil eden ve yeniden-projeksiyon hatasını 3B'de hesaplayan iki yeni parametre kestirme metodu dört derinlik kamerasının içsel ve dışsal parametrelerini bir arada kestirebilmek için geliştirilmiştir. Dama tahtası desenli objenin IR görüntülerinin kullanıldığı kalibrasyona kıyasla, önerilen metotlar ile elde edilen hata ortalamaları önemli ölçüde düşürülmüştür. Bu tezde geliştirilen metotlar derinlik ölçümü için kullanılan teknolojiden bağımsız oldukları için tüm derinlik kameralarında çalışabilmektedirler.Doctoral Thesis Resource Allocation for Massive Multiple Input Multiple Output Based Communications Systems(01. Izmir Institute of Technology, 2023) Yılmaz, Saadet Simay; Özbek, Berna; Yılmaz, Saadet Simay; Özbek, BernaIn this thesis, we examine resource allocation strategies for massive multiple-input and multiple-output (MIMO) based wireless communications systems to increase system performance, considering computation-intensive applications with low-latency communication. Firstly, we propose user selection algorithms for non-orthogonal multiple-access (NOMA)-based massive MIMO systems in densely deployed scenarios to increase the sum data rate. Then, we investigate mobile edge computing (MEC) as a solution to enable computation-intensive and delay-critical applications. We propose resource allocation algorithms considering the downlink and uplink transmit powers, the task offloading decision factor and the computing resources to reduce both transmission and computing delays for the massive MIMO-NOMA-assisted MEC system. Finally, we consider a cooperative MEC system where helpers assist in the execution of cell-edge users' computation-intensive tasks with low latency. On the other hand, the task offloading in MEC can introduce security concerns as the offloaded data may be intercepted and overheard by eavesdroppers. Since ensuring a secure task offloading scheme in MEC is important, we formulate the optimization problem to minimize both offloading and computing delays while satisfying security constraints for a massive MIMO-based cooperative MEC. We provide performance results based on sum data rate, delay and total offloading data for the proposed schemes in massive MIMO based wireless communication systems.Doctoral Thesis Effects of Electromagnetic Fields on the Performance of Molecular Communications(01. Izmir Institute of Technology, 2022) Taşçı, Aslı; Atakan, BarışThis thesis analyzes molecular communication (MC) systems’ performance under electromagnetic fields. The aim of the thesis is to model and study molecular behavior under electromagnetic fields (EMF). The thesis starts with the theoretical explanation of classic electromagnetism. The directional and thermal changes are the main effects of EMF on particles. The directional effects of EMF are studied with regard to electromagnetic forces. The applied electromagnetic forces are presented for different types of particles. The effect of EMF on magnetically susceptible particles is analyzed in particular. Furthermore, molecular movement is analyzed by considering four fundamental forces on diffusing molecules under EMF. The energy transfer between EMF and particles is studied to understand the thermal effects of EMF. AnMCscheme that transmits information with magnetically susceptible molecules is studied in the second part of the thesis. The molecular type and the configuration of EMF are studied to understand the effect of EMF on the diffusion rate. The effects of magnetic field gradient (MFG) and concentration gradient magnetic force (CGMF) are analyzed to model the change in the diffusion rate and concentration of magnetically susceptible molecules. The last part of the thesis focuses on molecular dynamics under EMF. The effect of thermal changes on the molecular reaction rate and binding kinetics is modeled with reaction-diffusion systems. The specific reaction rate constant is analyzed to determine the effect of temperature change caused by the EMF. The movement of molecules is modeled by Langevin’s diffusion model. The probability distribution functions of the molecule’s velocity and displacement are studied to understand and model the molecular behavior under EMF. Moreover, the mean-squared displacement is employed to analyze the diffusion type under EMF.Doctoral Thesis Modeling and Analysis of Molecular Signals in Multiscale Molecular Communication(01. Izmir Institute of Technology, 2021) Güleç, Fatih; Atakan, BarışThis thesis focuses on modeling, analysis, and novel experimental techniques in molecular communication (MC). The objective of this thesis is to develop novel engineering solutions and modeling approaches to enable MC applications. The first part of the thesis is about microscale MC studies. In this part, a model of how a receiver nanomachine measures and reconstructs a molecular signal is proposed with a probabilistic approach. In the second part, macroscale MC studies with active transmitters are given. An experimental setup which includes a sprayer emitting alcohol molecules as a transmitter and an alcohol sensor as the receiver is employed. Using the data collected by this setup, five statistical methods, a feature extraction algorithm and the fluid dynamics-based distance estimation algorithm are proposed for distance estimation. Furthermore, a novel droplet-based signal reconstruction approach to channel modeling is proposed. Moreover, MC is utilized to propose an end-to-end system model which considers pathogen-laden cough/sneeze droplets as the input and the infection state of the human as the output. In addition, the concept of mobile human ad hoc network which exploits the similarity of airborne transmission-driven human groups with mobile ad hoc networks and uses MC as the enabling paradigm is introduced. Finally, macroscale MC studies with passive transmitters are detailed in the third part. A novel experimental platform which consists of an evaporating alcohol source and a sensor network is proposed. A sensor network based clustered localization algorithm is proposed to estimate the location of the passive transmitter.Doctoral Thesis On the Characterization of Motor Imagery Functions Based on Systematic Timing Organization of the Human Brain(01. Izmir Institute of Technology, 2021) Olcay, Bilal Orkan; Karaçalı, BilgeThe main objective of this thesis is to analyze the timing organization of the brain. The human brain is known to adjust its localized and also the reciprocal operations for each different cognitive task adaptively. This flexibility of the brain has attracted considerable interest in neuroscience. Elucidation of timing adaptation property of brain, however, remains as unresolved due to dynamically changing and nonlinear nature of the brain. In this thesis, we characterize the timing organization of the brain during motor imagery activity using electroencephalography signals. First, we propose a novel motor imagery activity recognition method that relies on the activity-specific time-lag between electroencephalography signals obtained from different brain regions. Next, we generalize this approach into three-parameter formulation to determine the timing profiles of activity-specific short-lived synchronization. The identification of activity-specific timing parameters was carried out using a heuristic approach that maximizes the average pairwise channel synchronizations during associated activity periods. Thereafter, we propose a novel BCI framework that find and use the timings of electroencephalography signals of localized brain regions that elicit localized activity-specific features. We identify the timings for each different brain regions by adopting a heuristic-probabilistic method. Finally, we propose a novel autoregressive modeling framework that finds a representative model for each different cognitive activity. We demonstrated the efficacy of the proposed methods on publicly available brain-computer interfacing datasets on motor imagery. The performance results indicate that considering the timing organization of the brain is crucial for accurate characterization of cognitive activity. In addition, it may also account for the inconsistency of brain computer interfacing performance obtained from different subjects.