Cds ince filminin doğrusal, doğrusal olmayan optik ve optik sınırlama davranışları
Linear, nonlinear optical and optical limiting features of Cds thin film
Yazar: AHMET CİHAT KAHRAMAN
Danışman: PROF. DR. AYHAN ELMALI
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan optik = Nonlinear optics ; Elektron soğurma spektrumları = Electron absorption spectrums ; Lazer optik sistem = Laser optic system ; Optik fizik = Optical physics ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films

Özet:
Tez kapsamında yapılan bu çalışmada kimyasal banyo biriktirme (KBB) yöntemiyle üretilen yarıiletken CdS ince filminin doğrusal, doğrusal olmayan optik soğurma özellikleri ve optik sınırlama davranışları deneysel olarak incelenmiştir. KBB yöntemiyle üretilen CdS ince filminin kalınlığı spektroskopik elipsometre ile belirlenmiş ve 50 nm olarak tespit edilmiştir. Yarıiletken ince filmin optik özellikleri belirlenirken UV-Vis spektrofotometre ve açık yarık Z-tarama teknikleri kullanılmıştır. Doğrusal soğurma spektrumundan CdS yarıiletken ince filminin enerji bant aralığı 2.42 eV olarak bulunmuştur. Yapıdaki kusur seviyelerinin dağıldığı enerji aralığı Urbach yöntemi ile 1.92 eV olarak bulunmuştur. Z-tarama deneyleri 4 ns atmalı 532 nm dalgaboyuna sahip lazer kaynağı kullanılarak yapılmıştır. Doğrusal olmayan soğurma performansı tek foton, iki foton ve serbest yük taşıyıcı soğurmalarının katkılarını dikkate alan teorik model kullanılarak belirlenmiştir. Dört farklı lazer ışık enerjisinde (1.1 µJ, 2.2 µJ, 3.0 µJ, 3.5 µJ) yapılan deneyler sonucunda yarıiletken CdS ince filminin doğrusal olmayan soğurma katsayıları ꞵeff = 9.99 x 10-5 m/W, ꞵeff = 6.40 x 10-5 m/W, ꞵeff = 5.75 x 10-5 m/W, ꞵeff = 4.27 x 10-5 m/W olarak bulunmuştur. Ayrıca CdS ince filminin optik sınırlama davranışları da incelenmiştir. Malzemenin optik sınırlama performansı 2.76 x 10-5 J/cm2, 3.08 x 10-5 J/cm2, 3.48 x 10-5 J/cm2, 5.46 x 10-5 J/cm2 değerlerinde şiddete bağlı olarak değişkenlik göstermiştir.

Abstract:
Within the scope of this thesis, the linear and nonlinear optical absorption feautures and optical limiting behaviors of the semiconductor CdS thin film produced by the chemical bath deposition (CBD) method were experimentally investigated. The thickness of the CdS thin film produced by the CBD method was measured using spectroscopic ellipsometry and found to be 50 nm. UV-Vis spectrophotometry and open aperture Z-scan techniques were used to determine the optical properties of the semiconductor thin film. From the linear absorption spectrum, the energy band gap of the CdS semiconductor thin film was found to be 2.42 eV. The energy range where the defect levels in the structure are distributed was found to be 1.92 eV using the Urbach method. Z-scan experiments were performed using a laser source with a wavelength of 532 nm and 4 ns pulses. The nonlinear absorption performance was determined using a theoretical model that considers the contributions of single-photon, two-photon, and free carrier absorptions. As a result of experiments conducted at four different laser light energies (1.1 µJ, 2.2 µJ, 3.0 µJ, 3.5 µJ), the nonlinear absorption coefficients of the semiconductor CdS thin film were found to be ꞵeff = 9.99 x 10-5 m/W, ꞵeff = 6.40 x 10-5 m/W, ꞵeff = 5.75 x 10-5 m/W, ꞵeff = 4.27 x 10-5 m/W. Additionally, the optical limiting behaviors of the CdS thin film were also investigated. The optical limiting performance of the material varied depending on the intensity with values of 2.76 x 10-5 J/cm2, 3.08 x 10-5 J/cm2, 3.48 x 10-5 J/cm2, and 5.46 x 10-5 J/cm2.