4 GHz frekansında kip kilitlemeli lazer geliştirilmesi
Development of a 4 GHz mode locked laser
Yazar: HAKAN YERGİN
Danışman: DOÇ. DR. İBRAHİM TUNA ÖZDÜR
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Fiber lazer = Fiber laser ; Lazerler = Lasers ; Optik modülasyon yöntemi = Optical modulation method

Özet:
Bu tez çalışmasında 4GHz frekansında düşük faz gürültülü aktif kip kilitlemeli fiber lazer geliştirilmesi amaçlanmıştır. Fiber lazerler ürettiği ışığın zamanla değişimine göre sürekli dalga veya darbeli olmak üzere ikiye ayrılır. Bu çalışmada kısa süreli darbe dizisi üreten lazer tasarlanmıştır.  
Tezin ilk bölümünde lazerler hakkında genel bilgiler verilmiş olup kullanım alanları, gelişim süreçleri, kullanılan kavramların ve terimlerin tanıtılması hedeflenmiştir. 
Tezin ikinci bölümünde geliştirilmesi hedeflenen lazer için kullanılan fiber optik teknolojisi ve çalışma prensibi tanıtılmış, lazerin darbe dizisi üretebilmesi için kullanılan metodlar belirtilmiştir. Geliştirilecek lazerde ışığın yükseltilmesinde kazanç ortamı olarak kullanılacak katkılı fiber ve ışığın yükseltilme süreci hakkında bilgi verilmiştir. 
Tezin üçüncü bölümünde, fiziksel olarak kurulumu gerçekleştirilen aktif kip kilitleme yapan fiber lazer gösterilmiştir. Kullanılan malzemeler tanıtılmıştır. Lazerde kararsız durum oluşmaması için lazerdeki tüm bileşenler polarizasyon korumalı seçilmiştir. Lazerde geriye doğru olabilecek Fresnel yansımasının engellenmesi için tüm fiber optik konnektörler APC tipi 8 derece eğimli olarak seçilmiştir. Erbiyum katkılı fiber yükseltecin karakterizasyonu yapılmış ve yüksek ASE gürültüsünden dolayı lazerde optik yükselteçten sonra bant geçiren filtre kullanılarak istenmeyen ASE gürültüsü filtrelenmiştir. Optik modulatörün karakterizasyonu yapılmış olup tasarladığımız lazerde istediğimiz frekans aralığında sorunsuz çalıştığı görülmüştür. Bileşenlerin karakterizasyonları sonrası elde edilen ölçüere göre geliştirilen lazerin başka frekansta çalışması test edilmiş ve sonuçlarla uyumlu olarak sorunsuz bir şekilde çalışmıştır. Aktif kip kilitleme yapabilmek için lazer dışından bağlanan RF sinyal kaynağı ile lazerden çıkan sinyal kaynağı faz gürültüleri kıyaslanmış ve kip kilitleme yapan lazerin faz gürültüsünü filtrelediği tespit edilmiştir.  
Tezin son bölümünde kurulan lazerle yapılan deneysel çalışmaların sonuçları özetlenerek daha iyi sonuçların elde edilebilmesine yönelik ileride yapılacak çalışmalar için önerilerde bulunulmuştur.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to develop an active mode locked fiber laser with low phase noise at 4GHz frequency. Fiber lasers are divided into two part according to change of the light they emit over time as continuous wave or pulsed. In this study, a laser that produces a short pulse sequence is designed.
In the first part of the thesis, general information about lasers is given and it is aimed to introduce the usage areas, development processes, concepts and used terms.
In the second part of the thesis, the fiber optic technology and working principle used for the laser, which is aimed to be developed, are introduced, and the methods used to produce the pulse sequence of the laser are specified. Information is given about the doped fiber to be used as a gain medium in the light amplification of the laser to be developed and the light amplification process.
In the third part of the thesis, the physically installed active mode locking fiber laser is shown. The materials used are introduced. All components in the laser are selected with polarization protection in order to avoid an unstable state in the laser. All fiber optic connectors have been chosen as APC type with 8 degrees inclination in order to prevent the Fresnel reflection that may be backwards in the laser. The characterization of the erbium doped fiber amplifier has been made and the unwanted ASE noise has been filtered out by using a band-pass filter after the optical amplifier in the laser due to the high ASE noise. The optical modulator has been characterized and it has been seen that the laser we designed works smoothly in the frequency range we want. The laser, which was developed according to the measurements obtained after the characterization of the components, was tested to operate at another frequency and worked without any problems in accordance with the results. In order to make active mode locking, the phase noises of the RF signal source connected outside the laser and the signal source coming from the laser were compared and it was determined that the mode locking laser filtered the phase noise.
In the last part of the thesis, the results of the experimental studies carried out with the laser were summarized and suggestions were made for future studies in order to obtain better results.