Türk hızlandırıcı merkezi serbest elektron lazeri tesisi için undulatör ve rezonatör optimizasyonu
Undulator and resonator optimization studies for turkish accelerator center free electron laser facility
Yazar: HALİME TUGAY
Danışman: PROF. DR. SUAT ÖZKORUCUKLU
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Parçacık hızlandırıcılar = Particle accelerators ; Serbest elektron lazer = Free electron laser ; Tasarım optimizasyonu = Design optimization

Özet:
Serbest Elektron Lazeri (SEL), rölativistik bir elektron demetinin çok kutuplu birim undulatör magnet içinde salınımlarıyla oluşan elektromanyetik ışınımın optik kavite düzeneği içinde doyuma ulaştırılarak dışarı alınması yoluyla elde edilir.
SEL'ler nanoteknoloji, tıp, savunma sanayi gibi pek çok alanda uygulama alanına sahiptirler. Türk Hızlandırıcı Merkezi'nin (THM) ilk tesisi olarak kurulumu devam etmekte olan osilatör modda çalışcak "Turkish Accelerator and Radiation Laboratory at Ankara" (TARLA) tesisi bu uygulama alanları dikkate alınınca ülkemiz için büyük önem taşımaktadır. Bu tesiste, 15-40 MeV enerjili süperiletken doğrusal elektron hızlandırıcısına dayalı olarak 2.5-250 mikrometre dalga boyu aralığında kızılötesi SEL'in üretilmesi planlanmaktadır.
Elde edilmesi planlanan lazerin arzu edilen parametrelerini elde etmek için optimizasyon ve benzetim çalışması yapılmalıdır. Bu tez çalışmasında TARLA için undulatör ve optik rezonatör (kavite) parametreleri hesaplanmış ve simülasyon çalışmaları ile parametre optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Öncelikle, SEL optimizasyonu için gerekli olan dalga boyu, ayna yarıçapı, Rayleigh uzunluğu, güç, tek geçiş kazancı, verimlilik gibi parametreler Mathematica 7.0 programı ile analitik olarak hesaplanmış ve hesaplanan bu değerler kullanılarak FELO ve RADIA ile SEL için benzetim çalışması yapılmıştır.

Anahtar kelimeler: THM, TARLA, Serbest Elektron Lazeri, Kızılötesi, 
Optimizasyon, Benzetim Çalışması, Analitik Hesaplamalar

Abstract:
Free Electron Laser (FEL) is obtained taking out the electromagnetic radiation produced by a relativistic electron beam oscillating in a multi-pole undulator magnet reaches to saturation in an optical cavity system.
FELs have a wide range of applications in nanotechnology, medicine, defense industry etc. The first facility of Turkish Accelerator Center (TAC) called "Turkish Accelerator and Radiation Laboratory at Ankara" (TARLA) working in oscillator mode is now under construction and has a great importance for our country when all these application areas are considered. In this facility the plan is to scan 2.5-250μm wavelengths in infrared region by using a superconducting linear accelerator with 15-40 MeV beam energy.
In order to get desired parameters for the laser that is being planned optimization and simulation works must be carried out. In this thesis, TARLA resonator and optical cavity parameters were calculated and simulation studies were carried out for optimization. First of all, parameters such as wavelength, mirror radius, Rayleigh length, power, single pass gain and efficiency, wihch are neceessary for FEL optimization, are calculated analytically with Mathematica 7.0 and simulation studies are performed with FELO and RADIA by using this calculated parameters.

Key words: TAC, TARLA Free Electron Laser, Infrared, Optimization, Simulation, 
Analytical Calculations.