Düşük iyon katkılı, diyot-pompalı, verimli ve yüksek güçlü Cr:Licaf lazer sistemlerinin geliştirilmesi ve karakterize edilmesi

Abstract

Bilinen lazer malzemeleri arasında Cr:LiCAF lazer malzemesi, yakın kızılaltı bölgede, Ti: Safir?den sonra bilinen en geniş kazanç bandına sahip malzemelerdendir. Cr:LiCAF lazerleri 745-885 nm aralığında lazer ışınımı üretebilirler ve bu geniş kazanç bandı 10-fs altı darbeler üretmek için yeterlidir. Cr:LiCAF lazerleri, Ti: Safir lazerlerinin aksine kırmızı dalgaboyundaki diyotlarla pompalanabilirler. Bu dalga boylarındaki diyotlar 1990?lardan beri piyasadadır ve Ti: Safir icin kullanılan yeşil-mavi diyotlara göre çok daha gelişmişlerdir. Ayrıca Cr: LiCAF malzemesi çok düşük pasif kayıplara sahiptir ve 1 mW altında lazer çalışma eşikleri deneysel olarak elde edilmiştir (Ti:Safir için bu rakam 100 mW civarındadır). Termal parametreleri Ti: Safir kadar optimum olmayan Cr:LiCAF lazerlerini yüksek güçlerde çalıştırmak özel kavite/kristal geometrisi dizaynı gerektirmektedir. Son yıllarda kırmızı bölgedeki diyotların güçleri artması ve fiyatlarının ucuzlamasına rağmen, Cr:LiCAF lazerlerinin güç seviyelerinin artırılmasına yönelik detaylı çalışmalar yapılmamaktadır. Antalya Bilim Üniversitesi Lazer Teknoloji Laboratuarı olarak bu proje kapsamında düşük Cr iyon katkılı, diyot-pompalı, ucuz, kompakt, verimli, lazer ve yükselticilerinin ülkemizde geliştirilmesine yönelik çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalarda gözetilen ana motivasyon, Cr:LiCAF lazerlerini son yıllarda geliştirilmiş olan düşük maliyetli, çok-modlu 1.5W?lık 665 nm diyotlarıyla pompalayıp, değişik çalışma rejimlerinde (cw ve darbeli) yüksek verimli lazer ışınımı elde etmektir. Bu kapsamda yapılmış olan çalışmaların bütünü, farklı iş paketleri altında konulan hedefler kapsamında aşağıda özetlendiği şekilde gerçeklenmiştir. İlk olarak, Yb-tabanlı sistemlerde önemli güç ölçeklenebilirliği gösteren kriyojenik sıcaklıklara soğutma işleminin, Cr:LiCAF kritali için floresan ömrü ve emisyon kesitinin (ECS) sıcaklığa bağlılığı açısından 78-618 K aralığında ayrıntılı olarak araştırılmıştır. Flöresan ömrü ölçümleri, Cr:LiCAF?ta ışıma ömürlerinin yanı sıra floresans ömrünün de sıcaklığa bağlı olduğunu göstermiştir. Cr:LiCAF kristali 300 K'den 78 K'ye soğutulurken, E||c polarizasyonundaki tepe ECS'nin 1,3x10-20 cm2'den 1,6x10-20 cm2'ye yükseldiği ölçülmüştür. Floresans/ışıma ömrü, tepe emisyon dalga boyu, tepe emisyon kesiti ve yarı maksimumda tam genişlikte emisyon gibi ilgili tüm niceliklerin ölçülen sıcaklık bağımlılığını açıklayan analitik formüller elde edilmiştir. Genel olarak, rapor edilen sonuçlar, özellikle kriyojenik sıcaklıklardaki potansiyellerinin değerlendirilmesi için, Cr:LiCAF bazlı lazer ve amplifikatör sistemlerinin modellenmesi için sağlam bir temel oluşturmaktadır.