ekil 4.12'de de görüldü§ü üzere 25 atml küme-mod ber lazer sistemin spektrum çk³nda herhangi bir bozulma yoktur. Altbölüm 4.2'de anlatlan sistemde kullanlan krnm a§lar bu sistemde de kullanlarak atm daraltlmas yaplm³tr. Atm geni³li§i 1.2ps'ye kadar dü³ürülebilmi³tir [41].
ekil 4.12: Küme-mod ber lazer sistem sonuçlar: a) 25 atml küme-modun spektrum çk³, b) 25 atml küme-modun atm geni³li§i [41]
4.4 Fiber Lazer Güçlendirici Sistemlerin Kar³la³-
trlmas
Bu ksmda 25kHz tekrarlama frekansna sahip kip-kilitli lazer sistemi, 100MHz tekrarlama frekansna sahip küme-modlu lazer sistemi ve 500MHz tekrarlama frekansna sahip küme-modlu lazer sistemin kar³la³trmas yaplacaktr. Yaplan deneyler, elektron demeti üretimi için yaplmam³tr. Deneylerde, materyalden atom koparma yaplarak hanig sistemin daha verimli oldu§u gözlemlenmi³tir. Atom koparma i³lemi ile elektron demeti üretimi arasnda konsept olarak fark bulunmamaktadr. Atom koparma i³leminde kullanlan atm enerjisinden daha az bir enerji ile elektron demeti üretimi yaplabilmektedir.
Hu ve dig. [43] ilk defa küme-modun teorik ve deneysel çal³malarn yapm³ ve küme-modlu lazer sistemlerinde atom kopartlan bölgenin scakl§nn, tamamen ssn kaybetmeden i³lem yaplabildi§ini göstermi³tir (³ekil 4.13). Yani tek atml lazer sistemlerinde ilk atm ile ikinci atm arasnda materyalin scakl§ tekrar eski haline dönmekte ve hem s etrafa yaylarak i³lem görmesini istemedi§imiz yüzeylerin zarar görmesine sebep olur hem de ikinci atmn tekrar i³lem yaplan bölgeyi stmas için enerji harcar. Ancak küme-modlu lazer sistmelerinde i³lem yaplan bölge tam olarak so§umad§ için iki küme atm i³lem yaplacak bölgeyi daha az starak enerji kaybn aza indirerek enerjisini atom koparmaya harcar. Yukarda bahsedilen üç sistem ile ayn atm enerjileri elde edilecek ³ekilde ber lazer sistemleri kurulmu³ ve atm enerjileri e³it oldu§u halde ablasyon derinliklerine baklm³tr (³ekil 4.14).
Deney sonucunda, 100MHz ve 500MHz tekrarlama frekansna sahip küme-modlu lazer sistemlerinin ablasyon derinlikleri yakla³k olarak ayn çkarken 25kHz tekrarlama frekansna sahip kip-kilitli lazer sistemi di§er sistemlere göre daha verimsiz sonuçlar vermektedir.
Di³ dokusu üzerinde yaplan deneyde de [?]can1) (³ekil 4.15) 500MHz tekrarlama frekansna sahip ber lazer sisteminden daha verimli sonuçlar alnm³tr. 25kHz tekrarlama frekansna sahip ber lazer sisteminde i³lem gören ksmlara kom³u
ekil 4.13: Küme-modlu lazer sistemlerinde i³lemgören materyal bölgesinin zamanla scaklk de§i³imi [43]
olan bölgelerde snmadan dolay olu³an bozulmalar gözlemlenmi³tir.
4.5 Elektron Demeti Üretimi çin Yorumlar
Kip-kilitli veya küme-modlu ber lazer sistemlerle yaplan deneyler atom ko- parmaya yönelik çal³malardr. Bu yaplan çal³malarda elektron demeti üretimi gerçekle³tirilmemi³tir. Ancak elektron demeti üretimi ile atom koparma i³lemleri birbirlerine oldukça benzemektedir. Elektron demeti üretimimde malzeme yü- zeyini ablasyona u§ratmamak gerekir. Atom koparma i³lemi birim alana dü³en enerjiye ba§ldr. Yani elektron demeti üretimini daha az enerjili bir sistemle yapmak gerekmektedir. Bu ksmda da elektron demeti üretimi için yaplabilecek iki farkl metod açklanmaya çal³lacaktr.
ekil 4.14: 25kHz tekrarlama frekansna sahip kip-kilitli lazer sistemin (siyah), 100MHz tekrarlama frekansna sahip küme-modlu lazer sistemin (mavi) ve 500MHz tekrarlama frekansna sahip küme-modlu lazer sistemin kar³la³trmas (krmz) [42]
4.5.1 2. Harmonik Üretimi ile Elektron Demeti Üretimi
Küme-modlu lazer sistemi frekans katlama tekni§i yani 2. harmonik üretimi ile 1030nm'den 515nm'ye aktarlabilmektedir. Bu aktarm srasnda Lithium triborate (LBO) veya barium borate (BBO) kristalleri kullanlarak yaplabilir. 500MHz tekrarlama frekansna sahip pikosaniye atml küme-modlu ber lazer sistemi ile %50'ye varan bir verimlilikle gerçekle³tirilmi³tir.Ancak kullanlan sistemde ortalama güç yakla³k 1W seviyesindedir. Bu de§erlerin üstüne çklmaya ba³ladktan sonra kristallerin zarar görmeleri olasdr. Bir di§er sorun ise pikosa- niye atmlar elektron demeti üretimi için yeterli olmayaca§ için atm geni³li§ini 100fs mertebelerine çekmek gerekmektedir.4.5.2 Multifoton Etkile³imi ile Elektron Demeti Üretimi
Multifoton etkile³imi n adet fotonun ayn anda tek bir atom ile etkile³mesine dayal bir prensiptir. Elektron üretimi yaplacak materyalin aktivasyon enerjisine yetecek kadar fotonun bir araya gelmesiyle olu³turulur. ekil 4.16'da iki foton emiliminin basit bir örne§i gösterilmektedir.ekil 4.15: 25kHz tekrarlama frekansna sahip kip-kilitli lazer sistemin, 100MHz tekrarlama frekansna sahip küme-modlu lazer sistemin ve 500MHz tekrarlama frekansna sahip küme-modlu lazer sistemin di³ dokusu üzerinde yaplan deney sonuçlar [42]
ekil 4.16: ki-foton emilimi
Mesela 4.7eV aktivasyon enerjisine sahip bir metal için (Cu) 1040nm dalga- boyunda (1.2eV) lazer kullanld§nda 4 foton, 780nm dalgaboyunda (1.6eV) lazer için 3 foton, 520nm (ye³il) dalgaboyunda (2.4eV) lazer kullanld§nda 2 foton etkile³imi gerekmektedir. Bu etkile³im ise lazer ³iddetine ile do§rudan ba§ldr. Hu ve di§. yaptklar çal³mada 30pC mertebesindeki fotoelektron üretimini (n= 3 için) Ti:yakut lazeri kullanarak 2µJ enerji ve < 100fs atmlarla elde edebilmi³lerdir [43]. Bunun anlam 106 fotondan bir fotoelektron üretimi
gerçekle³ebilir demektir.
Hu ve di§. yaptklar çal³mada da elektron demeti üretimi için atm enerjisinin de§il tepe gücünün önemli oldu§u anla³lm³tr (³ekil 4.17).
ekil 4.17: (a) Ayn atm enerjilerinde de§i³ik atm geni³liklerin kar³la³trlmas, (b) Atm geni³li§i ile elektriksel yük arasndaki ili³ki
ekil 4.17 (a)'da sistemin atm enerjilerini sabit tutup farkl atm geni³liklerinde ne kadar elektriksel yük elde edildi§i görülmektedir. Bu durumda en ksa atm geni³li§ine sahip olan sistem en verimli sistem olmu³tur. Tepe gücünün atm geni³li§i ile ters orantl oldu§u için elektron demeti üretimi atm enerjisinden daha çok tepe gücüne ba§ldr. Bu durum ³ekil 4.17 (b)'de açk bir ³ekilde görülmektedir. 20µJ atm enerjisine sahip sistemin atm geni³li§i küçüldükçe veya tepe gücü arttkça elde edilen elektriksel yük de artmaktadr.
5. SONUÇ
Bu tez çal³masnda hzlandrc uygulamalarna yönelik küme-modlu ber lazer sistemlerinin geli³tirilmesine yönelik çal³lm³tr. Bu çal³malarda iki fakl sistem geli³tirilmeye çal³lm³tr. Bunlardan ilki 100 µJ atm enerjisine sahip kip- kilitli Yb-katkl ber lazer sistemi di§eri ise 1 mJ atm enerjisine sahip küme- modlu Yb-katkl ber lazer sistemidir. 100 µJ atm enerjisine sahip kip-kilitli Yb-katkl ber lazer sisteminde atm geni³likleri çift krnm a§lar ile 200 ps'den 2.1 ps'ye kadar dü³ürülerek tepe gücü yakla³k 100 kat artrlm³tr. Ayn ³ekilde 1 mJ atm enerjisine sahip küme-modlu Yb-katkl ber lazer sisteminde de atm geni³likleri çift krnm a§lar sayesinde 200 ps'den 1.2 ps'ye kadar dü³ürülerek tepe gücü yakla³k 200 kat artrlm³tr. Tez çal³masnda bunlara ek olarak yukarda bahsedilen lazer sistemlerine özel birkaç ber optik bile³en üretimi gerçekle³tirilmi³tir. Bunlardan ilki pompa ve sinyal birle³tirici bile³enidir. 6+1 pompa ve sinyal birle³tirici bile³eni üretilerek geçirgenliklerinde %90 mertebelerine kadar ula³lm³tr. Ancak bu bile³enin geli³tirilmesi gereken birkaç noktas vardr ve bu yüzden sistemlerde aktif olarak kullanlmam³tr. Sistemler için üretilen bir di§er optik bile³en ise ber çk³ adaptörüdür. Bu bile³en, tez çal³masnda oldu§u gibi çok yüksek ³k ³iddetine sahip ³k berden d³arya çkarken plazma olu³turmakta ve bere zarar vermektedir. Fiber çk³ adaptörü ile birim alana dü³en ³k ³iddetini dü³ürerek bu sorun çözülmü³tür. Yaplan deneylerle ber çk³ adatörünün boyu belirlenmi³ ve sisteme yakla³k 650 µm uzunlu§unda ber çk³ adaptörü taklm³tr. Geli³tirilen sistemlerle di³ dokusu üzerinde deneyler yaplm³ ve küme-modlu ber lazer sistemin, normal atml lazer sistemine göre oldukça veriimli oldu§u gösterilmi³tir.
Kaynakça
[1] http://www4.nau.edu/microanalysis/Microprobe- SEM/Instrumentation.html
[2] http://cds.cern.ch/record/941321
[3] C.J. Smithells, Metals Reference Book, Vol III Butterworths, London, 1967. [4] P.A. and Sands, R.H. Eds, "The LASER, Light Ampli cation by Stimulated Emission of Radiation", The Ann Arbor Conference on Optical Pumping, p.128,1959.
[5] A.D.Colley H.J.Baker, Planar waveguide, "1 kW CW, Carbon Dioxide Laser Excited by a Single Transverse RF Discharge", Applied Physics Letters, vol. 61, no. 2, 1959.
[6] C.Steven, M.Larionoy and A.Giesen, "Yb:YAG thin disk laser with 1 kW output power", Optical Society of America, pp. 35,41, 2000.
[7] E.Stiles, "New developments in IPG ber laser technology", 5 th International Workshop on Fiber Lasers, 2009.
[8] Bates, Regis J (2001) Optical Switching and Networking Handbook p. 10. [9] J. L. Baird, British Patent 285,738 1928.
[10] H. Lamm, "Biegsame optische gerate", Z. Instrumenten, 50, 579, 1930. [11] B. I. Hirschowitz, U. S. Patent 3,010,357 1961.
[13] R. G. Smith, Appl. Opt.11, 2489 1972.
[14] E. P. Ippen and R. H. Stolen, Appl. Phys. Lett., 21, 539 1972.
[15] R. H. Stolen, E. P. Ippen, and A. R. Tynes,Appl. Phys. Lett. 20, 62, 1972. [16] R. H. Stolen and A. Ashkin, Appl. Phys. Lett. 22, 294 (1973)
[17] R. H. Stolen, J. E. Bjorkholm, and A. Ashkin, Appl. Phys. Lett. 24, 308, 1974
[18] K. O. Hill, D. C. Johnson, B. S. Kawaski, and R. I. MacDonald, J. Appl. Phys. 49, 5098, 1974
[19] R. H. Stolen and C. Lin, Phys. Rev., A 17, 1448, 1978.
[20] R. L. Fork, C. H. Brito Cruz, P. C. Becker, and C. V. Shank, Opt. Lett. 12, 483, 1987.
[21] N. J. Smith, F. M. Knox, N. J. Doran, K. J. Blow, and I. Bennion, Electron. Lett. 32, 54 1996.
[22] F. Ö. Ilday, J. R. Buckley, W. G. Clark, and F. W. Wise, "Self-similar evolution of parabolic pulses in a laser", Phys. Rev. Lett., 92, 3902-3905 2004
[23] A Chong, J Buckley, W Renninger, F Wise, "All-normal-dispersion femtosecond ber laser", Opt. Exp. 14, 10095-10100 2006
[24] B. Oktem, C. Ülgüdür and F. Ö. Ilday, "Soliton-similariton bre laser", Nature Photonics, 4, 307, 2010.
[25] G. P. Agrawal, San Diego, CA, Nonlinear Fiber Optics, 2007. [26] R. W. Boyd, Nonlinear Optics, 2003.
[27] http://www. beroptics4sale.com/wordpress/optical- ber-attenuation [28] E. Snitzer, H. Po, F. Hakimi, R. Tumminelli, B. C. McCollum, "Double
clad oset core Nd ber laser", Optical Fiber Sensors Topical Meeting, New Orleans, Louisiana/USA, paper PD 5, 1988.
[29] https://www.rp-photonics.com/ [30] http://www.it abs.com/
[31] http://www.rp-photonics.com/acoustoopticmodulators.html [32] http://en.wikipedia.org/wiki/Acousto-optic-modulator
[33] A. E. Turner, R. L. Gunshor, and S. Datta, "New class of materials for optical isolators", Appl. Opt. 22, 3152-3154 1983.
[34] http://en.wikipedia.org/wiki/Optical-isolator
[35] Ö. Akçaalan, "100 µJ Pulse Energy From an All Yb-doped Fiber Ampli er", FOTONK, Ankara,2013
[36] V. Arlee, "Bulk and surface laser damage of silica by picosecond and nanosecond pulses at 1064 nm", Appl. Opt. 47, 4812 (2008).
[37] http://www.3spgroup.com/data/File/ITFLabs/Posters
[38] Ö. Akçaalan, "Fiber Lazerler için Kayna³k Fiber Bile³en Üretimi", FOTONK, stanbul, 2012
[39] A Chong, J Buckley, W Renninger, F Wise, "All-normal-dispersion femtosecond ber laser", Opt. Exp. 14, 10095-10100 2006.
[40] A. Chong, W. H. Renninger, and F. W. Wise, "All-normal-dispersion femtosecond ber laser with pulse energy above 20 nJ", Opt. Lett., 32, 2408- 2410 2007.
[41] H. Kalayco§lu, Y. B. Eldeniz, Ö. Akçaalan, S. Yava³, K. Gürel, M. Efe, and F. Ö. Ilday, "1 mJ pulse bursts from a Yb-doped ber ampli er", Opt. Lett., 37(13), 25862588 2012.
[42] C. Kerse, "Non-thermal Tissue Ablation With Bursts of 1-ps Pulses at 1µm", FOTONK, stanbul, 2012
[43] P. Musumeci, et al., "Multiphoton Photoemission from a Copper Cathode Illuminated by Ultrashort Laser Pulses in an rf Photoinjector", Phys. Rev. Lett. 104, 084801 (2010).
ÖZGEÇM
Ki³isel Bilgiler
Soyad, Ad : AKÇAALAN, Önder
Uyru§u : T.C.
Do§um tarihi ve yeri : 25.12.1987 stanbul Medeni hali : Bekar
Telefon : (0505) 652 64 97
Faks :
e-mail : akcaalan@bilkent.edu.tr
E§itim
Derece E§itim Birimi Mezuniyet Tarihi
Lisans Bilkent Üniversitesi 2010
Yüksek Lisans TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi 2013
Yabanc Dil ngilizce (Çok iyi)
Yaynlar
H. Kalaycio§lu, 1 mJ pulse bursts from a Yb-doped ber ampli er, Opt. Lett. 37, 2586 (2012).
P. Elahi, Doping management for high-power ber lasers: 100 W , few-picosecond pulse generation from an all- ber-integrated ampli er, Opt. Lett. 37, 30423044 (2012).