Harici optik salınıcılı yarı iletken diyot lazer sistemlerinde saydam frekans seçici kırınım ağı kullanılması ve akortlama özelliklerinin araştırılması

Abstract

Atom-Işık etkileşmelerine dayanan araştırmalarda dar bantlı ve akortlanabilir lazer sistemleri oldukça önemli işlevlere sahiptir. Genellikle bu tür araştırmalarda boya lazerler veya Nd: YAG lazerleri tarafından pompalanan optik parametrik osilatörler kullanılmaktadır. Ancak bu lazer çeşitlerinin kurulum ve işletim maliyetlerinin çok yüksek olmasının yanında operasyonlarının da son derce zor olması ve hassas işlemler gerektirmesi bu sistemlerin en olumsuz yanlarındandır.Lazer diyotlarının geliştirilmesi ve yaygınlaşmasıyla birlikte Harici Optik Salınıcılı Diyot Lazer (HOSDL) sistemleri akortlanabilir lazer sınıfı içinde önemli bir alternatif haline gelmiştir. HOSDL sistemi lazer diyotun çıkışına koyulan geri besleme ve frekans seçici olarak kullanılan bir filtre (kırınım ızgarası) yardımıyla istenilen frekansta ışıma yapmaya zorlanma ilkesine dayanarak çalışmaktadır. HOSDL sisteminin kurulum ve işletim maliyetinin diğer alternatiflerine göre oldukça düşük olmasının yanında, oldukça güvenli, az yer kaplayan, düşük enerji tüketimi ve pratik olması bu sistemlerin gelecekte araştırmalarda daha önemli roller üstleneceğini ortaya koymaktadır. HOSDL sisteminde lazer diyotu ve frekans seçici arasındaki geometri önemli bir yer tutmaktadır. Genellikle frekans seçici ve geri besleme birimi olarak yansıtıcı kırınım ızgara Littrow konfigürasyonunda kullanılmaktadır. Bu kurulum şekli, basit ve sağlam olmasına rağmen, frekans seçme işlemiyle birlikte sitemin çıkış ışınının doğrultusunda sapma olmaktadır. Bu durum, deneylerde optik düzeneğin yeniden hizalanması ve sağlanan verilerin yeniden elde edilebilirliğini olumsuz etkilemektedir. Bu olumsuzluğu gidermek için Littman konfigürasyonu denilen ve kırınım ızgarasına paralel yerleştirilen ışın sapmasını telafi edici bir düz ayna kullanılmaktadır. Ancak bu iyileştirme, sistemi karmaşık ve hareketli ayna nedeniyle daha hassas hale getirmektedir. Sunduğumuz tezde amacımız; yeni bir optik eleman olan saydam kırınım ızgarası kullanarak, Littrow konfigürasyonunda 658 nm, sürekli ışımalı (cw), akortlanabilen HOSDL sistemi tasarlamak, kurmak ve çalıştırmaktır. Bu yolla saydam kırınım ızgarası kullanarak Littrow konfigürasyonu ile oluşturulan düzenekte akortlama sırasında oluşan ışın kaymasının önüne geçilerek ışın kalitesi ve tekrarlanabilirlik yönünden daha kararlı ve güvenilir bir sistem elde edilmesi hedeflemektedir. Anahtar kelimeler: Harici optik salınıcılı diyot lazer sistemleri, lazer spektroskopisi, lazer fiziği.Danışman: Yrd. Doç. Dr. İbrahim Küçükkara, Mersin Üniversitesi, Fizik Ana Bilim Dalı

In the researches based on laser-atom interaction, a narrow width, tuneable laser system is the most critical component. Generally these types of investigations are committed by dye lasers or optical parametric oscillators pumped by Nd: YAG lasers. However, construction and running costs as well as operation difficulties are the major difficulties of these type lasers. Improvements of the laser diode manufacturing industry makes the External Cavity Diode Laser (ECDL) systems very important alternative in tuneable laser class. In an ECDL system, a filter (usually diffraction grating) used for feedback a frequency selective element forced the optical oscillator of the system to oscillate with the desired frequency. ECDL system is a cheaper from aspects of the construction and running cost as well as being reliable, practical, less energy consumption. Those features show that ECDL systems will have an important role in the experimental researches in near future. In an ECDL system the geometry between laser diode and frequency selection element is a very critical issue. Usually, the laser diode and a reflection diffraction grating used for frequency selection and feedback element are configured as Littrow configuration. Although Littrow configuration a simple and robust during the tuning process, the output beam diverges from the original position. This is a critical disadvantage and a drawback of the Littrow configuration during the experiments as it requires realigning of the output beam position for each data gathering process and also restricts reproducibility of the data collected. To overcome this problem a moving mirror is placed in front of the diffraction grating so as to be Littman geometry which is dye lasers cavity configuration. Littman configuration also brings some important problems by affecting the sensitivity of the system due to the moving mirror. The goal of this research proposal is to design, construct and examine a narrow bandwidth 658 nm continuous wave (cw) ECDL with transmission diffraction grating in the Littrow configuration. By using a transmission grating we are aiming at a stable and reliable laser system by overcoming the output beam divergence problem during the tuning (scanning) process. Keywords: External cavity diode laser systems (ECDLS), laser spectroscopy, laser physics.Advisor: Assoc. Yrd. Doç. Dr. İbrahim KÜÇÜKKARA, Department of Physics, University of Mersin