Yarı-iletken diyot lazerler için mikro bölgeli, elektronik sıcaklık kontrollü lazer haznesi tasarımı
Designing a mikro field electronically temperature controlled laser housing for semiconductor diode laser
Yazar: ALİ OSMAN ÖZDEMİR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM KÜÇÜKKARA
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
1980'li yılların başında oda sıcaklığında çalışabilen ilk yarı-iletken diyot lazer (Lazer Diyotu, LD) üretildi. 1990'lı yılların sonlarına doğru diyot lazerler, akortlanabilir lazer sistemleri içinde yeni ve pek çok üstünlüğe sahip araçlar olarak, atomik araştırmalar konusu başta olmak üzere çok farklı temel bilim ve teknoloji alanında kullanılmaya başlandı. LD, önüne konulan bir frekans seçici eleman yardımıyla Harici Optik Salınıcılı Diyot Lazer (HOSDL) sistemi adını verdiğimiz ve tek bir atomu dahi kontrol edebilen hassas bir araç haline getirildi. 2001 yılında Bose-Einstein yoğuşmasına ait deneysel gösterimin HOSDL ile yapılması ve çalışmanın Nobel ödülü alması, bu lazer sistemin öneminin artmasına neden oldu. HOSDL sistemleri başta atomların kuantum düzeylerinin kontrolü ve fiber optik haberleşme olmak üzere, pek çok temel ve uygulamalı araştırmanın önemli araçlarından birisi oldu. Ancak tarama aralıklarının birkaç nanometre ile sınırlı olması, mekanik, akustik ve ısısal değişimlere karşı hassas olmaları bu sistemlerin geliştirilmesi için önemli fırsatlar sunmaktadır. Yukarıda belirtilen iki sorunun çözümüne ilişkin yaklaşımımız; LD'yi -85°C ye kadar soğutabilecek ve sistemi vakum ortamında çalıştırabilecek, kullanımı kolay, çok işlevli bir platformdur. Bu proje önerisinde amacımız; Peltier (TEC) soğutucu kullanılarak yeni tasarlanan lazer kafası sisteminde lazer çip sıcaklığının kararlı halde (0.01 °C) tutulması hedeflenmiştir. Önerilen lazer kafası sistemiyle birlikte Lazer kafasının küçültülmesi, ısı transferinin hızlı olması, ısısal değişimlere hızlı bir şekilde müdahale edilebilmesi ve peltier (TEC) sistemiyle mikro bölgeli lazer diyot çip sıcaklığının istenilen değerde tutulması sağlanacaktır. Sisteme ait lazer diyotunu vakum ortamında -85°C'de çalıştırarak, bu sistemin frekans tarama aralığını, oda şartlarındaki frekans tarama aralığının oldukça uzağına taşımaktır (17,5 nm). Vakum ortamı kendi tasarladığımız hava soğutmalı pratik kullanımlı lazer platformu ile sağlanacaktır. Böylece, bu çalışma HOSDL sisteminin atom-foton etkileşimi altında yer alan kullanım alanının genişlemesine katkıda bulunacaktır. Bu çalışmanın sonuçlanması halinde bildiğimiz kadarıyla literatürde bulunmayan bir HOSDL sistemi tasarımı hayata geçirilmiş olacaktır. Proje önerisinde tasarlanan bu sistem nano-optik araştırmalarında, malzeme bilimi alanında, lazer spektroskopisinde, atomik araştırmalarda, kuantum girişimi konularında akortlanabilir dar bantlı lazer ışık kaynağı gereksinimini karşılayacağı öngörülmektedir. Proje sonuçlandığında, tasarlanan ve ön çalışması yapılan bu sistem için patent alınması planlanmaktadır. Çalışmanın sonuçları makale haline getirilerek yayınlanacaktır.

Abstract:
In the beginning of 1980's the first semiconductor laser diode (LD) working at room temperature was successfully operated. Two decades later, at the end of the 1990's diode lasers started to play very important role in the tunable lasers family with lots of new and useful features mainly in the atomic researches and in the different technologies. An External Cavity Diode Laser (ECDL) system, consists mainly of a LD and a frequency selective element placed in front of it which, can control even a single atom. In the year 2001 Bose-Einstein condensation experiment successfully conducted with the aid of an ECDL system. Finally this experimental work won the Nobel Prize accordingly ECDLs took the attention from the diffrent research fields including analytical chemistry, material science, quantum optics etc. In the first place, ECDL systems were used in field of the quantum control of the atoms and as an applied fiber optic communication technology. But ECDL system had some important restrictions including sensitivity to mechanical, acoustic, thermal variations. More importantly this system's tunning ability is still restricted with a few nano-meter. Therefore, those drawbacks with the ECDL systems bring new research opportunities. Our approach solving those problems; designing a platform that is running the LD down to -85 Celsius under vacuum with the ease of use, practical and multi functional. Our goal in this research proposal is keeping stable (0.01 °C) of laser chip temperature by using TEC in the new laser designed. It will provide that laser head is minimised, heat transfer is been fastly, thermal changes are been able to operate fastly with the laser head system suggested and the laser diode chip temperature with micro field is keeping value desired. Potential uses of the designed ECDL system are in the fields of nano-optics, material science, laser spectroscopy and atom-photon interaction. When the project is successfully finalised a patent approval and research article will be held on.