Development of advanced solid-state pulsed lasers in the near and mid infrared for applications in material characterization

Bu doktora tezinde, darbeli yakın ve orta kızılaltı lazerlerin geliştirilmesi ve darbeli lazerlerin kuantum noktacıklarının optik özelliklerinin incelenmesi anlatılmıştır. Bilhassa bu tezde, femtosaniye ve pikosaniye Cr4+:Forsterite lazeri, Nd katkılı tellürit cam lazeri ve sürekli dalga çekirdeklenen kazanç anahtarlamalı lazeri geliştirilmiştir. Ayrıca femtosaniye ve nanosaniye Ti:Safir lazerleri kullanılarak CdTe-CdS kuantum noktalarının iki foton soğurma özellikleri incelenmiştir.Tezin ilk bölümde, düşük eşik gücü ile oda sıcaklığında çalışan kip kilitli Cr4+:Forsterite lazerinin çalıştırılışı gösterilmiştir. Lazerin darbe tekrar frekansı, lazer kovuğuna çok yansımalı başka bir optik kovuk eklenerek 11.7 MHz'e düşürülmüştür. Lazeri darbeli çalıştırmak için Kerr odaklamalı kip kitleme yöntemi kullanılmıştır. Böylelikle lazerin çıkışından, sadece 60 mW ortalama güçle 5.1 nJ enerjili, 68 fs genişliğinde darbeler elde edilmiştir. Ayrıca 1.1 W soğrulmuş pompa gücü ile en düşük darbe genişli 41 fs olarak ölçülmüştür ve bu darbelerin enerjisi ise 3.4 nJ olarak belirlenmiştir.Tezin ikinci bölümde ise, Cr4+:Forsterite lazeri artı dispersiyon rejiminde çalıştırılmıştır. Bu rejimde, doğrudan bu lazerden şu ana kadar elde edilmiş en yüksek darbe enerji olan 81 nJ elde edilmiştir. Darbe tekrar frekansı ve genişliği sırasıyla 4.9 MHz ve 5.5 ps ölçülmüştür. Daha sonra lazer darbeleri, kovuk dışındaki kırınım ağları yardımı ile 607 fs'ye sıkıştırılmıştır. Bu tayf bölgesinde çalışan, yüksek enerjili, kip kitli lazerlerin, derin doku çoklu foton mikroskopisi ve optik eş faz tomografisi gibi biyomedikal görüntüle sistemlerinde kullanılması beklenmektedir.Tezin üçüncü bölümünde ise, (0.8)TeO2-(0.2)WO3 kompozisyona sahip Nd katkılı tellürit camlarından yapılan lazer gösterilmiştir. Bu çalışma, belirtilen kompozisyona sahip tellürit camlarından şu ana kadar elde edilmiş ilk lazer çalışmasıdır. Lazer, kazanç anahtarlama rejiminde, 114 µJ pompa enerjisi ile 1065 nm dalga boyunda 11 µJ'luk darbeler üretmektedir. Lazerin verim eğrisi yaklaşık % 12 olarak bulunmuştur. Daha sonrasında tellürit camı Nd iyonun diğer bir lazer geçişi olan 4F3/2?4I13/2 enerji geçişi kullanılarak 1370 nm'de çalıştırılmıştır. Bundan önce Nd katkılı tellürüt camlarından, bu dalga boyunda çalıştırılan başka bir lazer literatürde rapor edilmemiştir. Lazer 1 kHz tekrar frekansı ile 59 µJ darbe eşik enerjisi ile kazanç anahtarlamalı rejimde çalıştırılmıştır. Verim eğrisi yaklaşık % 5.5 olarak belirlenmiştir. Lazerden en yüksek 6 µJ darbe enerjisi elde edilmiştir. Bu darbelerin genişliği ise 1.74 µs olarak ölçülmüştür. Ayrıca eşik pompa enerjisi analizinden, camın ışıma arakesiti, uyarılmış seviye soğurması da dahil edilerek 1.57 x 10-20 cm2 olarak hesaplanmıştır. Alınan sonuçlar, tellürit camlarının, cam ve fiber lazerinin geliştirilmesinde potansiyeli olduğunu göstermektedir.Tezin dördüncü bölümünde ise 2255 ve 2455 nm aralığında dalga boyu ayarlanabilen, dar tayf genişliğine sahip kazanç anahtarlamalı Cr:ZnSe lazerin geliştirilmesi anlatılmıştır. Lazerin tayf genişliği, optik tohumlama yöntemi kullanılarak 125 nm'den 0.65 nm'ye düşürülmüştür. Tohumlama sırasında başka bir dalga boyu ayarlanabilen sürekli dalga Cr:ZnSe lazeri kullanılmıştır. Darbeli lazerin dalga boyu sürekli lazerin dalga boyu değiştirilerek kontrol edilmiştir. Darbeli lazerden en yüksek 157 µJ darbe enerjisi elde edilmiştir. Bu sırada pompa darbe enerjisi 598 µJ ve darbe tekrar frekansı 1 kHz'dır.Tezin son bölümünde ise darbeli Ti:safir lazeri kullanılarak CdTe-CdS kuantum noktalarının iki foton soğurma ve sonucunda oluşan ışıma özellikleri incelenmiştir. Ayrıca kuantum noktalarının ışıma güçlerinin 740-860 nm uyarma dalga boyu aralığında değişmediği gösterilmiştir. Işıma veriminin ise Rodamin 6G'ye % 60.7 olduğu belirlenmiştir. Ayrıca iki foton soğurma ara kesiti 4.1x106 GM olarak bulunmuştur.