Yüksek yoğunluklu lazer ile metalik malzemelerin etkileşimlerinin modellenmesi ve uygulamaları
Modeling and applications of interactions of high density lasers with metallic materials
Yazar: ZAHİDE DEMİRCİOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA KURT
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Lazer-metal etkileşimi özellikle birçok teknolojik uygulamaya sahip olduğundan lazerlerin keşfinden beri popüler bir konu olmuştur ve bu alanda yapılan teorik ve deneysel çalışmalar fizikte önemli bir yer tutmaktadır. Bu çalışmada, lazer ışınının metalik malzemelerle etkileşimini incelemek için Lorentz-Drude modeli kullanıldı. Modeldeki sönüm faktörünün sıcaklık ile ilişkisinden yararlanılarak elde edilen sıcaklığa bağlı Lorentz-Drude modeli kullanılarak, metallerin optik özellikleri, plazma frekansları ve kompleks dielektrik sabitlerinin artan sıcaklıkla nasıl değiştiği elde edildi. Metallerin optik özellikleri sıcaklığa bağlı Lorentz-Drude dielektrik fonksiyonu cinsinden hesaplandı. Hesaplamalar Al, Cu, Ag ve Au metalleri için, oda sıcaklığından metallerin erime noktasına kadar olan sıcaklık aralığını kapsayacak şekilde yapıldı. Sıcaklık yükseldikçe, metallerin kompleks dielektrik sabitileri ve kırılma indisleri artarken, plazma frekansları, sönüm katsayıları ve yansıma oranları azaldı. Lorentz-Drude modeli geçerli sonuçlar verse de, bu modelde zaman faktörünün etkisi çalışılmamıştır. Sıcaklığa bağlı Lorentz-Drude modeli kullanılarak, gerçek duruma karşılık gelecek şekilde, lazer-metal etkileşimindeki dinamikleri ve fiziksel parametreleri zamana bağlı olarak tanımlandı ve zaman ve sıcaklık faktörlerini içeren modifiye Lorentz-Drude modeli elde edildi. Oluşturulan model University of Delaware lazer laboratuvarında ısı kaynağı ve He-Ne lazeri kullanılarak Al ve Cu metalleri için test edildi. Modifiye modelin teorik hesaplamalarının sonuçları, deneysel sonuçlar ile uyumlu olarak elde edildi.

Abstract:
Laser-metal interaction has been a very popular subject since the discovery of lasers, since it has many technological applications, and the theoretical and experimental studies in this field have an important place in physics. In this work, Lorentz-Drude model was used to examine the interaction of laser beam with metallic materials. Temperature dependence of Lorentz-Drude model was obtained from temperature relationship of the damping factor in the model and using this model calculated optical properties, plasma frequencies and complex dielectric constants of the metals for increasing temperature. The optical properties of the metals were calculated in terms of temperature-dependent Lorentz-Drude dielectric function. The calculations were made for Al, Cu, Ag and Au metals, containing the temperature range from room temperature to the melting point of metals. As the temperature was increased, the complex dielectric constants and refractive indices of metals increased, while plasma frequencies, extinction coefficients and reflectances decreased. Although Lorentz-Drude model has valid results, the effect of time factor has not been studied in this model. Using the temperature-dependent Lorentz-Drude model, the dynamics and physical parameters of the laser-metal interaction, which corresponds to the actual situation, were defined in a time-dependent manner. And modified Lorentz-Drude model containing the time and temperature factors was obtained. The model was tested for Al and Cu metals using heat source and He-Ne laser in the University of Delaware laser laboratory. The results of the theoretical calculations of the modified model were in good agreement with the experimental results.