Continuous-wave diode pumping and pulsed operation of Alexandrite lasers near 760 nm and Tm3+:YLF lasers near 2300 nm

Alexandrite (Cr3+:BeAl2O4) ve Tm3+:YLF lazerleri elektromanyetik spektrumun yakın kızılaltı (700-820 nm) ve orta kızılaltı (1800-2100 nm ve 2200-2400 nm) bölgelerinde eş evreli ışıma yapan önemli, gelişen lazerlerdir. Her iki lazerin de biyomedikal görüntüleme, cerrahi, uzaklık tayini ve spektroskopi gibi çeşitli alanları içeren potansiyel uygulamaları vardır. Bu tezde sunulan deneysel çalışmalarda, 760 nm civarında çalışan Alexandrite ve 2300 nm civarında çalışan Tm3+:YLF lazerlerinin hem sürekli dalga diyotla uyarımı hem de darbeli olarak çalışmaları incelenmiştir. Her iki durumda da düşük eşik değerli sürekli dalga diyot pompalı çalışma rejimi gösterilmiştir. Alexandrite lazerinin darbeli olarak çalıştırılması, kendiliğinden Q-anahtarlama yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Tm3+:YLF lazeri içinse, darbeler bir Cr2+:ZnSe doyabilen soğurucu kullanılarak pasif Q-anahtarlama ile üretilmiştir. Tezin birinci kısmında, Alexandrite kristalinin sıcaklığa bağlı spektroskopik özellikleri ile Alexandrite lazerinin diyot pompalı olarak çalıştırılması incelenmiştir. Öncelikle, Alexantrite kristalinin ışıma şiddeti ve floresans yaşam süresinin artan kristal sıcaklığına bağlı olarak azaldığı gösterilmiştir. Daha sonra, diyot pompalı lazer performansı ayrıntılı olarak incelenmiştir. Lazer deneylerinde, 170 mW pompa giriş gücü ile en yüksek 48 mW lazer gücü %36 verimle elde edilmiştir. Kazanç ortamının sıcaklığı, oda sıcaklığından 200 °C'ye çıkarıldığında ise, lazer verimi %36'dan %12'ye düşmüştür. Rezonatör çukur aynalarının konumu hafifçe değiştirildiğinde ise, 5-15 µs aralığında darbe genişlikleri ve 10-35 kHz aralığında darbe tekrar frekanslarına sahip kendiliğinden Q-anahtarlamalı darbeler gözlemlenmiştir. Tezin ikinci kısmında, 2.3 µm Tm3+:YLF lazerinin sürekli dalga çalıştırılışı incelenmiştir. Öncelikle, dar dalgaboyu genişliğine sahip Ti3+:safir pompa lazeri kullanılarak Tm3+:YLF kristalinin uyarım spektrumu ölçülmüştür. Ayrıca, Tm3+:YLF kristalinin soğurma arakesiti, güce ve konuma bağlı soğurma doyumu verileri kullanılarak ortalama 0.77×10-20 cm2 olarak belirlenmiştir. Daha sonra 120mW güç veren tek kipli bir diyot lazer kullanılarak Tm3+:YLF lazer rezonatörü 792 nm'de uyarılmıştır. Bu konfigürasyonda %1 geçirgenliğe sahip çıkış aynası ve en düşük 25 mW pompa giriş gücüyle düşük eşik değerli lazer ışıması elde edilmiştir. Bu durumda, 2305 nm dalgaboyunda en yüksek 10.5 mW çıkış lazer gücü ve %11.4 güç verimi elde edilmiştir. Daha sonra, 250 mW çıkış gücü sağlayan bir diyot lazer kullanılarak eşik pompa güçleri ve güç verimleri çıkış aynası geçirgenliğinin bir fonksiyonu olarak ölçülmüştür. En düşük eşik pompa gücü %0 geçirgenliğe sahip çıkış aynası kullanıldığında 4 mW olarak ölçülmüştür. Güç verimi ölçümlerine göre en yüksek verim yaklaşık %0.7 çıkış geçirgenliğinde %10 olarak belirlenmiş ve daha yüksek geçirgenliklerde de verimin monotonik olarak azaldığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, lazer eşik gücü ölçümlerinden 2305 nm dalgaboyundaki uyarılı ışıma arakesiti 0.55×10-20 cm2 olarak belirlenmiştir. Tezin üçüncü kısmında, Tm3+:YLF lazerinin, 2.3 µm dalgaboyunda darbeli olarak çalıştırılması üzerine odaklanılmıştır. Bildiğimiz kadarıyla, 2.3 µm Tm3+:YLF lazerinin Cr2+:ZnSe doyabilen soğurucu kullanılarak pasif Q-anahtarlamalı olarak çalıştırılması literatürde ilk kez gösterilmiştir. Pasif Q-anahtarlamalı darbelerin darbe süreleri ve darbe tekrar frekansları sırasıyla 1.2-1.4 µs ve 0.3-2.1 kHz aralıklarındadır. Güce bağlı darbe tekrar frekansı verisi kullanılarak Cr2+:ZnSe doyabilen soğurucunun küçük sinyal kaybı belirlenmiştir. Tm3+:YLF lazerinin pasif Q-anahtarlamalı çalıştırılmasına ek olarak, yarı iletken doyabilen soğurucu ve grafen doyabilen soğurucu kullanarak elde edilen ilk darbe verileri de sunulmuştur. Hem Alexandrite hem de 2.3 µm Tm3+:YLF lazerinin sürekli dalga veya darbeli çalıştırılmalarının pek çok bilimsel ve teknolojik uygulamada yer alacağını öngörüyoruz.