Geri Dön

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

Alexandrite ve Cr:LiSAF kazanç ortamı tabanlı yakın-kızılaltı femtosaniye lazer kaynakları

PDF İndir

  1. Tez No: 528940
  2. Yazar: CAN CİHAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 125

Özet

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.

Özet (Çeviri)

Alexandrite (Cr3+:BeAl2O4) ve Cr:LiSAF (Cr3+:LiSrAlF6 ) are promising near-infrared gain media. They have tuning ranges extending from 700 nm to 820 nm and from 780 nm to 1110 nm, broad enough to support sub-10 fs pulse generation. They can be directly pumped with low-cost red diodes. Furthermore, since the emision cross section-fluorescence lifetime products of these media are greater than that of Ti:sapphire (Ti3+:Al2O3), they have low laser thresholds. Due to their high quantum efficiency and high figure of merit, these gain media can be utilised as low-cost, robust, compact and efficient alternatives to Ti:sapphire lasers near 800 nm. In particular, Alexandrite has superior thermo-mechanical properties which make it suitable for the development of high power laser applications. Cr:LiSAF has low passive losses, making it advantageous in the development of ultralow-jitter sources. However, the main drawback of these media is their low Kerr-nonlinearity. In this thesis, we present experiments aimed at the investigation of various emerging mode locking techniques in order to generate ultrashort pulses from Cr:LiSAF and Alexandrite lasers. The first part of the thesis focuses on the use of a gain matched output coupler (GMOC) for robust and efficient Kerr-lens mode locking (KLM) of Cr:LiSAF lasers. As a pump source, a tapered diode (TD) laser with a power of 1W was utilized at 685 nm. In the experiments, it was shown that GMOC provided a significant improvement in the efficiency and robustness of the KLM operation by reducing the gain-filtering effect. The tapered diode pumped Cr:LiSAF oscillator generated pulses as short as 14.5 fs with 106 mW of average output power and 60kW of peak power at an incident pump power of 940 mW. A femtosecond tuning range extending from 807 nm to 919 nm was also achieved with sub-50-fs long pulses. In the second part of this thesis, we present the femtosecond pulse generation experiments from a multipass-cavity Alexandrite laser. First, to the best of our knowledge, we demonstrated the generation of the shortest femtosecond pulses reported to date from a Kerr-lens mode-locked Alexandrite laser operating near 750 nm. A continuous-wave, 532-nm laser was used as a pump source and the performance of both the short and extended resonators was investigated. We increased the optical path length of the short-cavity Alexandrite resonator with a multipass-cavity extension to scale up the pulse energy and to eliminate the multi-wavelength spectral instabilities observed during continuous-wave operation. The resulting increase in the intracavity pulse energy provided enhanced Kerr-nonlinearity and eliminated the Q-switching instabilities during mode-locked operation. The Kerr-lens mode-locked MPC Alexandrite laser produced nearly transform-limited, 70-fs pulses at a pulse repetition rate of 5.6 MHz with only 1W of pump power. The time-bandwidth product was further measured to be 0.331. We then present the graphene mode-locked operation of a femtosecond Alexandrite laser at 750 nm. We adopted a resonator configuration similar to what was previously used for Kerr-lens mode locking experiments. We used a monolayer graphene saturable absorber to obtain mode locking with a pump power of 5W at 532 nm. The resonator generated nearly transform-limited, 65-fs pulses with a time-bandwidth product of 0.319 at a pulse repetition rate of 5.56 MHz. During mode-locked operation of the cavity, the output power was around 8 mW, corresponding to a pulse energy and peak power of 1.4 nJ and 22 kW. These experiments further show that graphene can be used to initiate mode locking at wavelengths as low as 750 nm. We believe that the results described in this thesis will pave the way for the development of low cost and efficient alternative femtosecond laser sources with a wide tunability around 800 nm, a wavelength range which is important for various scientific and technological applications.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    520297

    Graphene Mode-locked and Kerr-lens Mode-locked Operations of Cr3+:LiSAF Lasers Near 850 nm and Tm3+:YLF Lasers Near 2300 nm

    Grafen ile kip-kilitleme ve Kerr-odaklı kip-kilitleme yöntemleri kullanılarak darbe üretilen 850 nm civarinda çalişan Cr3+:LiSAF ve 2300 nm civarinda çalişan Tm3+:YLF laserleri

    FERDA CANBAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Bilim ve TeknolojiKoç Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU

  2. Tez No

    367641

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

    Doğrusal olmayan yöntemler kullanılarak kızılaltı bölgesinde çalışan laser kaynaklarının geliştirilmesi

    MELİSA NATALİ ÇİZMECİYAN SÖZÜDOĞRU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU

  3. Tez No

    648618

    Green diode pumping of femtosecond Ti3+:sapphire lasers and the first demonstration of 2.3-µm laser operation in trivalent thulium-doped KY3F10 and BaY2F8 fluoride crystals

    Başlık çevirisi yok

    ABDULLAH MUTİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU

  4. Tez No

    541886

    Elastic light scattering of silicon and diamond microspheres excited by femtosecond laser written glass and diamond waveguides

    Femtosaniye lazer ile yazılmış sığ optik cam ve elmas dalgakılavuzlarına bağlaştırılmış silisyum ve elmas mikroyuvarların esnek saçılması

    NURPERİ YAVUZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Optoelektronik ve Fotonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ SERPENGÜZEL

  5. Tez No

    858839

    Bor katkılandırılmış InSe yarıiletken kristallerinin doğrusal ve doğrusal olmayan optik özelliklerinin araştırılması

    Investigation of linear and nonlinear optical properties of boron doped InSe semiconductor crystals

    MELİHA YAĞMUR BİLGİLİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHMET KARATAY

Geri Dön