Development of mid-infrared coherent sources based on novel nonlinear devices

Bu doktora tezinde farklı kip kilitleme teknikleri kullanılarak geliştirilen, kızıl altı bölgesinde çalışan ve femtosaniye süreli darbeler üreten bir laser geliştirilmiştir. Deneylerde Kerr odaklamalı kip kilitleme ve doyabilen soğurucu vasıtasıyla elde edilen kip kilitleme yöntemleri Cr:ZnSe laserine başarıyla uygulanmıştır. Tezin ikinci bölümünde, grafen tabanlı üretilen süper kapasitör yapısına sahip ve optik özellikleri uygulanan voltaj ile değiştirilebilen bir doyabilen soğurucunun doğrusal ve doğrusalolmayan optik özellikleri incelenmiştir. Tezin ilk bölümünde, Kerr odaklamalı kip kilitleme yöntemi kullanılarak çalıştırılan Cr:ZnSe laserinin farklı dispersiyon kaynakları kullanılarak çalıştırılması gösterilmiştir. Laserden elde edilen en yüksek darbe enerjisi 1.8nJ olup, %6 geçirgenliğe sahip çıkış aynası ile CaF2 malzemesinden yapılmış prizma çifti ile elde edilmiştir. Laser %1 çıkış aynası ile çalıştırıldığında elde edilen darbe uzunluğu 92 fs olarak ölçülmüştür. Kip kilitleme deneylerinden elde edilen değerler kullanılarak Cr:ZnSe malzemesinin doğrusal olmayan kırılma indisi (1.2±0.2)×10−18 m2/W olarak hesaplanmıştır. Aynı laser düzeneği bu sefer grafen kullanılarak kip kilitli rejimde çalıştırılıp femtosaniye süreli darbeler başarıyla üretilmiştir. Laserden, %3 geçirgenliğe sahip çıkış aynası kullanılarak, 78MHz darbe tekrar frekansında, 176 fs süreli ve 80mW ortalama güce sahip kararlı darbeler elde edilmiştir. Çıkış aynası geçirgenliği %6 olduğunda, laserin çıkışında elde edilen darbe enerjisi 1.4nJ'den 2.4nJ'e yükselmiştir. Grafen kullanılarak kip kilitli rejimde çalıştırılan Cr:ZnSe laseri, literatürde bu yöntemle çalıştırılmış en uzun dalgaboyuna sahip laserdir. Tezin sonraki bölümünde farklı alttaşlar (kuvartz, YAG ve CaF2) üzerine kaplanmış grafen örnekleri, optik yöntemler kullanılarak karakterize edilmiştir. Bu örnekler için belirlenen doyum akısı ve modülasyon derinliği kuvartz için 34 μJ/cm2 /%0.6, YAG için 60 μJ/cm2 %0.8, ve son olarak CaF2 için 39 μJ/cm2 %0.6 olarak belirlenmiştir. Bu bölümün devamında voltaj ayarlamalı grafen süperkapasitör cihazın doğrusal ve doğrusal olmayan optik özellikleri araştırılmıştır. Pompa sonda yöntemi kullanılarak yapılan ölçümlerde, cihazın yaşam süresinin voltaja çok bağımlı olmadığı gözlenmiştir ve yaşam süresi ortalama 1.9 ps olarak ölçülmüştür. Cihazın doyum akısının, uygulanan voltajla monotonik olarak artış gösterdiği ve uygulanan voltaj 1V olduğunda en fazla 456 μJ/cm2 değerine çıktığı saptanmıştır. Uygulanan voltaj aralığında (0-3V), cihazın modülasyon derinliği %1.1 ile %0.7 değer aralığında ölçülmüştür. Bu tez çalışmasında geliştirilen ucuz dispersiyon dengeleme teknikleri ve grafen tabanlı kip kilitleme yöntemleri sayesinde, kızılatı bölgesinde darbe üretebilen ve birçok tıbbi ve spektroskopik uygulamada kullanılabilecek pratik femtosaniye darbe kaynaklarının geliştirilebileceğini öngörmekteyiz.