High resolution pump-probe ır laser spectroscopy of rubidium atomic vapor cell
Rubidyum atomik buhar hücresinin yüksek çözünürlüklü pompa-prob kizilötesi lazer spektroskopisi
- Tez No: 964031
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ KAMİL ÇINAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Günümüzde atomik sensörler üzerine yapılan araştırmalar hızla gelişmekte olan ve geniş bir uygulama alanına sahip bir çalışma alanıdır. Alkali metal atomları içeren gaz hücrelerinde yüksek çözünürlüklü lazer spektroskopisi yöntemleri, lazer-atom etkileşim prensibine dayalı olarak yüksek hassasiyetli metrolojik ölçümlerin temelini oluşturmaktadır. Bu metrolojik ölçümlerinin hassasiyet ve doğruluğu açısından en önemli gereksinimlerden biri, kullanılan lazer kaynaklarının kararlı ve yüksek çözünürlüklü biçimde stabilize edilmesidir. Bu tez kapsamında TÜBİTAK UME Atomik Sensörler Laboratuvarında üretilen 4 mm boyutlarındaki kübik rubidium atomik gaz hücresinin yüksek çözünürlüklü spektroskopisi incelenmiştir. Rubidyum atomunun tercih edilmesinin temel nedeni, alkali metaller grubunda yer alması ve valans bandında tek elektron bulundurmasıdır. Bu durum, rubidyumun atomunun hiperince yapılarının belirgin ve net bir şekilde gözlemlenmesine olanak sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında, rubidyum atomunun 795 nm dalga boyundaki D1 hattına karşılık gelen 5S1/2-5P1/2 atomik geçişleri detaylı olarak incelenmiştir. Gerçekleştirilen deneylerde farklı atomik gaz hücresi sıcaklığı, lazer polarizasyon durumları ve lazer güçlerinde doyum soğurum spektroskopisi ve atomik rezonansların değişimi sistematik olarak araştırılmıştır. Deney düzeneği, Doppler bağımsız spektroskopi tekniğini uygulamak amacıyla tek bir lazer kaynağından elde edilen aynı frekanstaki fakat güçleri birbirinden farklı iki lazer demetinin (pompa ve prob) atomik gaz hücresi içerisinde zıt yönlerde üst üste getirilmesi prensibine göre oluşturulmuştur. Bu deney tekniğinde güçlü olan pompa lazer demeti, atomları doyuma ulaştırarak prob ışığının absorpsiyonunu azaltmakta ve böylelikle Doppler genişlemesini aşan dar rezonans çizgilerinin gözlenmesini mümkün kılmaktadır. Doppler altı rezonansların elde edilmesi, lineer absorpsiyon spektroskopisi yöntemlerinin çözünürlük sınırlarını aşan, lineer olmayan doyum spektroskopisi tekniğiyle gerçekleştirilmiştir. Bu teknik ile rubidyum atomunun hassas hiperince geçiş çizgileri elde edilmiş ve ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Sonuç olarak bu tez çalışması, spektroskopi temelli atomik sensör uygulamalarında hassasiyet ve çözünürlüğü artırmak amacıyla rubidyum atomlarının D1 hattındaki hiperince geçişlerinin genliği ve çizgi genişliği gibi temel spektroskopik parametrelerinin detaylı olarak incelenmesini içermektedir.
Özet (Çeviri)
Today, research on atomic sensors is a rapidly developing field with a wide range of applications. High-resolution laser spectroscopy methods by using atomic vapor cells containing alkali metal atoms form the basis of high-precision metrological measurements based on the laser-atom interaction principle. One of the most important requirements for the precision and accuracy of these metrological measurements is the stabilization of the laser sources used in a stable and high-resolution manner. This thesis examined the high-resolution spectroscopy of the 4x4x4 mm cubic rubidium atomic vapor cell produced in the TÜBİTAK National Metrology Institute (TÜBİTAK UME) Atomic Sensors Laboratory. The main reason for the preference of the rubidium atom is that it is in the alkali metal group of the periodic table and has a single electron in the valence band. Therefore, the observation of hyperfine structure of the rubidium atom can be obtained precisely. In this thesis, the 5S1/2-5P1/2 atomic transitions corresponding to the D1 line at a wavelength of 795 nm of the rubidium atom are examined in detail. The changes in the saturation absorption spectroscopy and atomic resonances at different atomic vapor cell temperatures, laser polarization states, and laser powers are systematically investigated in the experiments performed. The experimental setup is established according to the principle of overlapping two laser beams (pump and probe) of the same frequency, but different powers obtained from a single laser source in opposite directions in the atomic vapor cell to apply the Doppler-free spectroscopy technique. In this experimental technique, the more intense pump laser beam saturates the atoms and reduces the absorption of the probe light passing through the atomic vapor cell, thus making it possible to observe narrow resonance lines that exceed the Doppler broadening. The obtaining of sub-Doppler resonances is carried out by the nonlinear saturation spectroscopy technique, which exceeds the resolution limits of linear absorption spectroscopy methods. With this technique, the sensitive hyperfine structure of the rubidium atom is obtained and analyzed in detail. As a result, this thesis study includes a detailed investigation of the basic spectroscopic parameters, such as the amplitude and linewidth of the hyperfine structure in the D1 line of rubidium atoms, in order to increase the sensitivity and resolution in spectroscopy-based atomic sensor applications.
Benzer Tezler
- Ultrahigh resolution optical spectroscopy of liquid microdroplets using tapered optical fiber waveguides
Süperhidrofobik yüzey üzerinde duran sıvı mikrodamlaların inceltilmiş optik fiber ile ultrayüksek çözünürlükte optik spekstroskopisi
YASİN KARADAĞ
Doktora
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER KİRAZ
- Advanced optical imaging with scattering lenses
Saçılım mercekleri ile gelişmiş optik görüntüleme
HASAN YILMAZ
Doktora
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiUniversity of TwenteFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALLARD PIETER MOSK
- H2+ lazer iyonizasyonunun deneysel dizaynı
The experimental setup of H2+ lazer ionization
MUSTAFA YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Bilim ve TeknolojiAfyon Kocatepe ÜniversitesiFizik Bölümü
YRD. DOÇ. DR. HÜSEYİN ALİ YALIM
- Sezyum atomik gaz hücresinin yüksek çözünürlüklü spektroskopisi
High resolution spectroscopy of resonance cesium atomic gas cell
BERFİN MUHLİSE CAKLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEMET AKTAŞ
DOÇ. DR. RAMİZ HAMİD
- Ultra-low noise fiber laser systems and their applications
Ultra-düşük gürültülü fiber lazer sistemleri ve uygulamaları
İBRAHİM LEVENT BUDUNOĞLU
Doktora
İngilizce
2014
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Bölümü
DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY