Investigation of the continuous-wave and pulsed operation of emerging thulium ion-doped laser media around 2000 nm and preparation of ZnS and ZnSe host materials
Gelişmekte olan tulyum iyon katkılı lazer ortamının 2000 nm civarında sürekli dalga ve darbeli çalışmasının araştırılması ve ZnS/ZnSe barındıran malzemelerin oluşturulması
- Tez No: 816840
- Danışmanlar: PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU, DOÇ. DR. UMUT AYDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Son yıllarda, 2000 nm'ye yakın ayarlanabilir, koherent lazer radyasyonu üretebilen tulyum iyonu katkılı katı hal kazanç ortamında önemli bir gelişme olmuştur. Bu lazerler, sürekli dalga (CW), darbeli ve mod kilitli modlarda çalışabilir ve cerrahi, spektroskopi ve orta kızılötesi optik parametrik osilatörlerin pompalanması gibi çeşitli alanlarda uygulama bulmuştur. Bu tez, 2 μm yakınında çalışan bir tulyum katkılı lutetia (Tm3+:Lu2O3) seramik lazerin kendinden Q anahtarlamalı (SQS) çalışmasının başarılı bir şekilde gösterilmesine odaklanmaktadır. Boşluğa odaklanmayı optimize ederek, harici bir modülatöre ihtiyaç duymadan farklı ayrı kavisli ayna ayrımlarında SQS işlemi sağlandı. Bu, 2091 nm dalga boyunda ve 776 nm'de 632 mW pompa gücü ile 26,7 kHz tekrarlama hızında 9,7 μs darbelerin üretilmesiyle sonuçlandı. Ayrıca, 33 mW kadar düşük bir kalıcı eşik pompa gücü ile düşük eşikli CW çalışmasını sağlamak için dikkatle tasarlanmış bir rezonatör kullanıldı. CW Tm3+:Lu2O3 seramik lazer, 2073 ve 2235 nm arasında geniş bir dalga boyu ayarlama aralığı sergiledi. Bu yeni başarı, orta kızılötesi spektral bölgede oldukça verimli ve çok yönlü lazer sistemlerinin geliştirilmesinin yolunu açıyor. Bu araştırma aynı zamanda tulyum iyon katkılı ZnSe ve ZnS katı hal kazanç ortamı üretmek için sentez yöntemlerine odaklanmaktadır. Şu anda, tek kristal ve seramik lazer ortamları, Czochralski işlemi, Floating Zone ve kimyasal buhar biriktirme gibi zaman alıcı, pahalı ve tehlikeli kimyasalların kullanımını içeren yöntemler kullanılarak üretilmektedir. Kimyasal buhar aktarımı (CVT), tek kristaller için dikey Bridgman tekniği ve seramikler için kıvılcım plazma sinterleme gibi alternatif yöntemler araştırılmıştır. Bu çalışmada, CVT yöntemi, bilyeli öğütülmüş tozlarla 1.8 mm kalınlığındaki bir numune için %40'a varan bir optik iletim sağlamıştır. Bridgman tekniği kullanılarak bilyeli öğütülmüş tozlardan ZnSe kristalleri elde edilmiştir. Ayrıca, yüksek enerjili bilyeli öğütme kullanan tulyum katkılanması da bu kazanç ortamlarını sentezlemek için potansiyel bir teknik olarak araştırıldı.
Özet (Çeviri)
In recent years, there has been a significant development in thulium ion-doped solid-state gain media capable of generating tunable, coherent laser radiation near 2000 nm. These lasers can operate in continuous-wave (CW), pulsed, and mode-locked modes, and have found applications in various fields such as surgery, spectroscopy, and pumping of mid-infrared optical parametric oscillators. This thesis focuses on successful demonstration of self-Q-switched (SQS) operation of a thulium- doped lutetia (Tm3+:Lu2O3) ceramic laser operating near 2 μm. By optimizing the cavity focusing, SQS operation was achieved at different discrete curved mirror separations without the need of an external modulator. This resulted in the generation of 9.7 μs pulses at the wavelength of 2091 nm and at the repetition rate of 26.7 kHz with 632 mW of pump power at 776 nm. Moreover, a carefully designed resonator was employed to enable low-threshold CW operation with a lasing threshold pump power as low as 33 mW. The CW Tm3+:Lu2O3 ceramic laser exhibited a wide tuning range between 2073 and 2235 nm. This novel achievement paves the way for the development of highly efficient and versatile laser systems in the mid-infrared spectral region. This research also focuses on various synthesis methods for producing thulium ion-doped ZnSe and ZnS solid-state gain media. Currently, single crystal and ceramic laser hosts are manufactured using methods such as the Czochralski process, Floating Zone, and chemical vapor deposition, which are time-consuming, expensive, and involve the use of hazardous chemicals. Alternative methods, including chemical vapor transport (CVT), vertical Bridgman technique for growing single crystals, and spark plasma sintering for producing polycrystalline sampless, have been explored. Herein, ZnSe crystals were successfully obtained from ball-milled powders using the Bridgman technique. The CVT method, by using prereacted powders, resulted in a relatively high optical transmission of up to 40% for a 1.8 mm thick sample. Additionally, we explored the potential of thulium doping through high-energy ball milling as a technique to synthesize gain media for these crystals.
Benzer Tezler
- Continuous-wave diode pumping and pulsed operation of Alexandrite lasers near 760 nm and Tm3+:YLF lasers near 2300 nm
Alexandrite lazerinin 760 nm'de ve Tm3+:YLF lazerinin 2300 nm'de sürekli dalga diyot pompalı ve darbeli rejimlerde çalışması
İSMAİL YORULMAZ
Doktora
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- 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
CAN CİHAN
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- Femtosaniye lazer ile işlenen yapıların katıhal lazerlerde uygulamaları ve üst çevrim pompalı Tm3+:KY3F10 lazerleri
Solid-state laser applications of femtosecond laser written structures and upconversion pumped Tm3+:KY3F10 lasers
YAĞIZ MOROVA
Doktora
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA AKSOY ESİNOĞLU
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- Cr:Colquiriite'lerde spektroskopik özelliklerin sıcaklığa bağlı ölçümü ve diyot pompalı Cr:LiCAF, Yb:YLF ve Yb:LLF lazer sistemlerinin geliştirilmesi
Temperature dependent measurement of spectroscopic properties in cr:Colquiriites and development of diode pumped Cr:LiCAF, Yb:YLF and Yb:LLF laser systems
SERDAR OKUYUCU
Doktora
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAkdeniz ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SIDDIK CUMHUR BAŞARAN
- Development of single-mode diode pumped cr: Lisaf lasers
Tekli-mod diyot pompalı cr: Lisaf lazerlerin gelişimi
MUSTAFA FETİH MEKTEPLİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAntalya Bilim ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF ÖZTÜRK