Optik yüzeylerin iki boyutlu soğurma haritasının fototermal ortak-yol interferometri yöntemi ile belirlenmesi
Determination of two dimensional absorption map of optical surfaces by photothermal common-path interferometry method
Yazar: PERVİN TÜZÜN
Danışman: PROF. DR. FİKRET YILDIZ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Son yıllarda, Ytterbium (Yb) tabanlı tek-kip sürekli dalgaboyu fiber lazerlerin 
verimlilik oranlarının %48'lere ulaşması ve çıkış güçlerinin 15 kW ve üzerindeki 
yüksek güçlerde seyretmesi ile lazer tabanlı uygulamalarda bir devrim yaşanmaktadır. 
Bu sistemlerin çalışma ömürleri ve dayanıklılıkları içerdikleri lazerlerin 
özelliklerinden ziyade, bu sistemlerde kullanılan optik bileşenlerin çalışma ömürleri 
ve dayanıklılıkları ile ölçülmeye başlanmıştır. Özellikle sürekli dalgaboyu lazerlerin 
kullanıldığı sistemlerde, optik bileşenlerin ve optik kaplamaların zayıf doğrusal optik 
soğurma özellikleri öne çıkmaktadır. Zayıf optik soğurma değerlerinin ölçülmesinde 
tüm geleneksel optik soğurma ölçüm yöntemleri yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle, 100 
ppm ve altındaki soğurma değerlerindeki ölçümler için özel fototermal metotlar 
kullanmaktadır. Son yıllarda bu metotlar arasında ölçüm hassasiyeti açısından 
interferometri tabanlı fototermal metotlar öne çıkmaktadırlar. Bu tez çalışmasında tek 
demet interferometri yöntemi fenomenine dayanan Fototermal Ortak-Yol 
İnterferometri (FOYİ) metodu temelli ultra zayıf optik soğurma ölçüm sistemi 
geliştirilmiştir. Bu noktada dikkat edilmesi gereken husus budur ki, günümüzde 
gravitasyonel dalgaların algılanması için kullanılan yüksek kalitedeki LIGO
aynalarının zayıf soğurma değerlerinin ölçümlerinde de FOYİ metodu 
kullanılmaktadır. Bir diğer husus ise, bu tez kapsamında geliştirilen FOYİ sistemi 640 
nm dalgaboyunda soğurma ölçümlerini 0,1 ppm hassasiyetle ölçmekle beraber (açık 
literatürden gördüğümüz kadar) dünyadaki ilk sistemlerden birisi olmaktadır.
Geliştirilen düzeneğin karakterizasyonu, validasyonu ve kalibrasyonunun yanı sıra 
sistemde kullanılan lazerlerin çap, kararlılık ve doğrusallık ölçümleri 
gerçekleştirilmiş, söz konusu ölçümler için talimat ve prosedürler hazırlanmıştır.
Ayrıca, geliştirilen düzenek, literatürde yer alan muadillerinden farklı olarak noktasal 
ve çizgisel ölçümlerin yanı sıra, soğurma değerlerinin iki boyutlu (2B) haritasının 
çıkartılmasına da olanak sağlamaktadır. Bunun neticesinde hem kaplama yüzeyinde 
hem de alttaşın istenilen kalınlığında optik yola dikey düzlemde optik soğurmanın 2B 
haritasının çıkartılması mümkün olmuştur.
 
Anahtar Kelimeler: Ultra zayıf optik soğurma, ppm hassasiyet, Fototermal Ortak
– Yol İnterferometri, tek demet interferometri, tek-kip lazer.

Abstract:
In recent years, there has been a revolution in laser-based applications with the 
efficiency rates of Ytterbium (Yb)-based single-mode continuous wavelength fiber 
lasers reaching 48% and their output powers at high powers of 15 kW and above. The 
operating life and durability of these systems have begun to be measured by the 
operating life and durability of the optical components used in these systems, rather 
than the properties of the lasers they contain. All conventional optical absorption 
measurement methods are insufficient for measuring weak optical absorption values. 
Therefore, special photothermal methods are used for measurements at absorption 
values of 100 ppm and below. In recent years, interferometry-based photothermal 
methods have come to the fore among these methods in terms of measurement 
accuracy. In this thesis, an ultra-weak optical absorption measurement system based 
on the Photothermal Common-Path Interferometry (PCI) method, which is based on 
the phenomenon of the single beam interferometry method, has been developed. At 
this point, it should be noted that the PCI method is also used to measure the weak 
absorption values of the high-quality LIGO mirrors, which are used to detect 
gravitational waves at the present time. Another point is that the PCI system developed 
within the scope of this thesis is one of the first systems in the world (as we have seen 
from the open literature), although it measures the absorption measurements at a 
wavelength of 640 nm with an accuracy of 0.1 ppm. In addition to the characterization, 
validation, and calibration of the developed device, the diameter, stability, and 
linearity measurements of the lasers used in the system were carried out, instructions 
and procedures were prepared for these measurements. Finally, the absorption values 
of various optical coatings and optical glasses were measured with high precision. In 
addition, the developed setup, unlike its counterparts in the literature, allows for twodimensional (2D) maps of absorption values as well as point and linear measurements. 
As a result, it was possible to produce a 2D map of the optical absorption in the plane 
perpendicular to the optical path, both on the bulk surface and at the desired thickness 
of the substrate.

Key Words: Ultra weak optical absorption, ppm sensitivity, single beam 
interferometry, Photothermal Common – Path Interferometry, single mode laser.