Near-infrared femtosecond laser sources based on alexandrite and Cr:LİSAF gain media

Alexandrite (Cr3+:BeAl2O4) ve Cr:LiSAF (Cr3+:LiSrAlF6 ) önemli yakın kızılaltı kazanç ortamlarıdır. Bu kazanç ortamları 10 fs ve altı darbe üretimini destekleyecek genişlikte, 700 nm'den 820 nm'ye ve 780 nm'den 1110 nm'ye olmak üzere dalgaboyu ayarlanabilirlik bandına sahiptir. Az maliyetli kırmızı diyotlarla direkt olarak uyarılabilmelerinin yanında ışıma kesiti-yaşam ömrü çarpımlarının Ti:safir (Ti3+:Al2O3)'den büyük olması sebebiyle bu kazanç ortamları daha düşük eşik değerlerine sahiptirler. Yüksek kuantum verimlilikleri ve performans katsayıları nedeniyle bu kazanç ortamları düşük maliyetli, gürbüz, kompakt ve verimli laser sistemleri olarak 800 nm civarında Ti:safir'e alternatif olarak sunulabilirler. Özellikle Alexandrite, üstün termo-mekanik özellikleri nedeniyle yüksek güçlü lazer uygulamaları için uygundur. Cr:LiSAF ise düşük pasif kayıp seviyesi ile ultra-düşük gürültülü kaynakların geliştirilmesi için uygundur. Diğer yandan bu kazanç ortamlarının temel dezavantajı, düşük Kerr-doğrusalsızlığına sahip olmalarıdır. Bu tezde, Cr:LiSAF ve Alexandrite lazerlerinden femtosaniye darbeler elde etmek için çeşitli kip kilitleme tekniklerinin incelendiği deneyler sunulmaktadır. Tezin ilk kısmında, daha gürbüz ve verimli Kerr-odaklı kip kilitleme elde etmek için kazancı eşleştirilmiş çıkış aynası (GMOC) kullanımı incelenmektedir. Pompa kayağı olarak 685 nm'de 1W güç verebilen daralan kılvuz yapılı diyot kullanılmıştır. Deneylerde, GMOC'un kazanç filtreleme etkisini minimize ederek önemli ölçüde KLM verimini ve gürbüzlüğünü iyileştirdiği gösterilmiştir. Daralan kılavuz yapılı diyot ile 940 mW'da uyarılan Cr:LiSAF lazeri ortalama gücü 106 mW olan 60kW tepe güçlerine sahip 14.5 fs uzunluğunda darbeler üretmiştir. Bu lazerin dalgaboyu, 50-fs altı darbe uzunlukları ile 807 nm'den 919 nm'ye kadar ayarlanabilmiştir. Tezin ikinci kısmında, çoklu yansımalı rezonatör yapılı Alexandrite lazerinden femtosaniye darbe üretimi sunulmaktadır. Bilgimiz dahilinde, Kerr-odaklı kip kilitli rejimde 750 nm civarında çalışan Alexandrite lazerinden bugüne kadar elde edilen en kısa darbelerin üretimini göstermiş bulunmaktayız. 532-nm çıkışlı sürekli dalga lazer kaynağı ile uyarılan sistemin kısa ve uzun rezonatör performansı incelenmiştir. Darbe enerjilerini artırmak ve sürekli dalga rejiminde gözlenen spektral düzensizlikleri ortadan kaldırmak için optik yol uzunluğu, çoklu yansımalı rezonatör yapısı ile artırıldı. Bunun sonucunda ulaşılan rezonatör içi enerji seviyeleri Kerr-doğrusalsızlığını artırarak kip kilitli rejimde Q-anahtarlama düzensizliklerinin görülmeini engellemiştir. Kerr-odaklı kip kilitlemeli çoklu yansımalı rezonatör yapılı Alexandrite lazeri 5.6 MHz tekrarlama frekansında sadece 1W ile neredeyse dönüşüm limitli, zaman-bant genişliği çarpımı 0.331 olan 70-fs uzunluğunda darbeler üretmiştir. Sonraki deneysel çalışmamızda ise Alexandrite lazerinin 750 nm'de grafen ile kip kilitlemeli çalıştırılışı sunulmaktadır. Kerr-odaklı kip kilitleme çalışmamızdakine benzer bir rezonatör yapısı kullanarak grafen doyabilen soğurucusu kullanarak kip kilitleme elde etmek için 532 nm'de 5W pompa gücü kullandık. Rezonatör, 5.56 MHz tekrarlama frekansında neredeyse dönüşüm limitli, zaman-bant genişliği çarpımı 0.319 olan 65 fs uzunluğunda darbeler üretti. Rezonatörün çıkış gücü, kip kilitlemeli çalıştırılışı sırasında 8 mW civarındaydı. Bu değer 1.4 nJ darbe enerjisine ve 22 kW tepe güçlerine karşılık gelmektedir. Sunulan deneysel çalışmalar, grafenin 750 nm kadar düşük dalgaboylarında kip kilitleme başlatmak için kullanılabileceğini göstermiştir. Bu tezde anlatılan deneysel çalışmalar, 800 nm civarında dalgaboyu ayarlanabilir, düşük maliyetli ve verimli alternatif kaynakların geliştirilmesinin önünü açacaktır. Bu dalgaboyu aralığı birçok bilimsel ve teknolojik uygulama için önem arz etmektedir.