Lazer Teknolojileri Araştırma ve Uygulama Merkezi

Transkript

1 Lazer Teknolojileri Araştırma ve Uygulama Merkezi Yıllık Rapor / 2014 latarum@kocaeli.edu.tr - Kocaeli Üniversitesi Teknoparkı, 41275, Yeniköy/Başiskele/Kocaeli

2 Lazer Teknolojileri Araştırma ve Uygulama Merkezi Yıllık Rapor / 2014

3 İçindekiler Giriş 01 Altyapı Çalışmaları 03 Yayımlanan Makaleler 05 Ulusal Bilimsel Toplantılar 13 Uluslararası Bilimsel Toplantılar 15 LATARUM Seminerleri 17 Yürütülen/Desteklenen Tezler 19 Yürütülen/Tamamlanan Projeler 21 Altyapı Desteği Verilen Projeler 23 Gerçekleştirilen Organizasyonlar 25 Üyelikler 27 Kocaeli Üniversitesi'ne Katkılar 29 Ürünler 31 Hizmet İçi Eğitimler 33 LATARUM Adresli Ödüller 33 Tam Metinler 35 Lazerle Yüzey İşleme 37 Lazerle Spektroskopi 45 İnce Film Üretimi 69 Lazerler ve Uygulamaları 77 Lazer Yapımı ve Modelleme 85 Diğer Uygulamalar 93 Araştırmacılar 97

4 Giriş 01 Giriş Lazer Teknolojileri Araştırma ve Uygulama Merkezi'nde (LATARUM), 2014 yılında gerçekleştirilen faaliyetler bu raporda yer almaktadır. Lazer teknolojilerinin mikro ve makro ölçekte endüstriyel uygulamaları LATARUM altyapısında bulunan nanosaniye ve millisaniye atım uzunluğuna sahip Nd:YAG lazerlerle yapılmaktadır. Femtosaniye lazerle nanoteknolojik sistemlerin geliştirilmesi araştırmaları yürütülmektedir. Ülkemizin gelişmesi için gerekli insan gücünün yetiştirilmesi için Fizik Bölümü ve Elektro-Optik Sistem Mühendisliği anabilim dalında yürütülen lisans üstü tezlerin deneysel ve kuramsal olarak hazırlanmasında destek vermektedir. Spektroskopi konusu merkezimizin uzun süreden beri stratejik alan olarak seçtiği konudur. Ülkemizde UV-VIS ve NIR bölgelerinde çalışan spektrometreler 2004 yılından bugüne kadar merkezimizde yapılmaktadır ve element analizi için LIBS ve molekül analizi için Raman Spektrometresi geliştirilmekte ve medikal uygulamaları Tıp Fakültesi araştırmacıları ile yapılmaktadır. LATARUM kurumlar arası ve üniversite-sanayi işbirliği alanında ulusal ve uluslararası faaliyetlerini yürütmektedir. Gerek KOBİ gerekse büyük ölçekli $rmalar ile lazer ve spektroskopi konularında çalışmalar yapmaktadır. Kocaeli Üniversitesi Teknoparkı'nda yerli teknolojilerin geliştirilmesine öncülük etmektedir. LATARUM araştırmacıları Elsevier yayınevi tarafından çıkartılan Journal of Optics and Laser Technolgy'de düzenli olarak editörlük ve hakemlik faaliyetlerinde bulunmaktadır yılı Eylül ayında Ulusal Fotonik ve Elektro Optik toplantısının üniversitemizde düzenleyerek üniversitemizin tanıtılması için katkıda bulunmuştur. Yeni teknolojilerin geliştirilmesi için işbirliği içinde olan kurumlara, $rmalara ve merkezimiz araştırmacılarına özverili çalışmaları için teşekkür eder başarılar dilerim. Saygılarımla Prof Dr Arif Demir LATARUM Müdürü

5 Altyapı Çalışmaları 03 Altyapı Çalışmaları Altyapısı büyük ölçüde yıllarında tamamlanan LATARUM - Lazer Laboratuarı düzenlemelerine yıllarında da devam edilmiştir.

6 Yayımlanan Makaleler 05 Yayımlanan Makaleler Single Pulse Laser Ablation of AISI 316L Stainless Steel Surface Using Nd:YAG Laser Irradiation Classi#cation of archaeologic ceramics analysed by laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) Near surface modi#cation of aluminum alloy induced by laser shock processing Pulsed Nd:YAG laser shock processing e$ects on mechanical properties of 6061-T6 alloy Molecular Analysis Of Sea Water Of The Gulf Of Izmit By Raman Spectroscopy

7 Acta Physica Polonica A, 125(2), , (2014) Single Pulse Laser Ablation of AISI 316L Stainless Steel Surface Using Nd:YAG Laser Irradiation P. Demir 1,2, E. Kacar 1,2, E. Akman 2 and A. Demir 2,3 1 Kocaeli University, Faculty of Arts and Science, Department of Physics, 41380, Kocaeli, Turkey 2 Kocaeli University, Laser Technologies Research and Application Center, 41275, Kocaeli, Turkey 3 Kocaeli University, Electro Optics System Engineering, 41380, Kocaeli, Turkey Yayımlanan Makaleler 07 The interaction of single-pulse Nd:YAG laser, operating at 1064 nm wavelength and 6 ns pulse duration, with AISI 316L stainless steel target surface was investigated experimentally and theoretically. Surface modi cation of stainless steel using laser irradiation was studied by observing the e ects of varying incident laser pulse intensities on surface morphology. Surface structure of laser treated stainless steel was determined by optical microscopy and pro lometry analyses. Numerical calculation by heat transfer equation was performed for single laser pulse irradiation. The results, obtained by theoretical and experimental processes, of the interaction between single-pulse Nd:YAG laser irradiation and AISI 316L stainless steel target surface are reported. DOI: /APhysPolA PACS: b, e, i, d, Bg, Eb

8 08 Yayımlanan Makaleler Balkan Physics Letters, 22, , 24-35, (2014) Classi#cation of archaeologic ceramics analysed by laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) M. A. Sınmaz 1, B. Genc Oztoprak 2,3, E. Akman 2, M. Gunes 1, E. Kacar 2, F. Tulek 4, A. Demir 1 1 Electro-Optics Sistem Engineering, Kocaeli University, Umuttepe, Kocaeli, TURKEY 2 Kocaeli University, Laser Technologies Research and Application Center, 41275, Kocaeli, TURKEY 3 BEAM Ar-Ge Laser and Optics Technologies, KOU Technopark Kocaeli, TURKEY 4 Archaeology, Kocaeli University Kocaeli, TURKEY LIBS is rapidly developing material analysis technique having advantages of giving qualitative and quantitative information about elemental composition of materials. As well as it o$ers fast and high sensitive analysis it is nondestructive, does not need sample preparation and has also the ability of analysing solid-liquid and gaseous samples. In this work, medieval ceramics of di$erent clay body, collected during archaeological survey of Osmaniye Province in Turkey, have been selected for investigating fritware clay compounds by implementing the LIBS system developed at Kocaeli University Technopark. Investigation of the ceramics was carried out by focussing a 4,4ns pulsed Nd:YAG laser runing at 20 Hz repetation rate. An UV-VIS-NIR radiation emitted from laser produced plasma in between 200 and 900 nm was recorded by BAKİ spectrometer. Characteristic emission wavelengths of spectral lines from samples are determined using the library of the spectrometer. The classi#cation and compositional analysis were performed using PCA and PLS-DA statistical analysis techniques. We determined elemental compositions of fritware ceramics, calcerous fritwares and terracotta sherd samples. According to LIBS results the Na, Si, Mg, Al, Ti and low amount of Ca are identi#ed in the fritware clay structure. However, medium amount of Ti and high amount of Ca and Fe observed in terracotta sherd samples.

9 Optics & Laser Technology 64 (2014) Yayımlanan Makaleler 09 Near surface modi#cation of aluminum alloy induced by laser shock processing Nursen Saklakoglu 1, Simge Gencalp Irizalp 1, Erhan Akman 2, Arif Demir 2 1 Celal Bayar University, Department of Mechanical Engineering, Manisa, Muradiye, Turkey 2 University of Kocaeli, Laser Technologies Research and Application Center, Umuttepe, Kocaeli, Turkey This paper investigates the in%uences of near surface modi#cation induced in 6061-T6 aluminum alloy by laser shock processing (LSP). The present study evaluates LSP with a Q-switched Nd:YAG low power laser using water con#nement medium and absorbent overlay on the workpiece. The near surface microstructural change of 6061-T6 alloy after LSP was studied. The residual stress variation throughout the depth of the workpiece was determined. The results showed an improvement of the material resistance to pit formation. This improvement may be attributed to compressive residual stress and work-hardening. The size and number of pits revealed by immersion in an NaOH-HCl solution decreased in comparison with the untreated material. Keywords: Laser shock processing; Compressive residual stress; Pit formation

10 10 Yayımlanan Makaleler Optics & Laser Technology 56 (2014) Pulsed Nd:YAG laser shock processing e$ects on mechanical properties of 6061-T6 alloy Simge Gencalp Irizalp 1, Nursen Saklakoglu 1, Erhan Akman 2, Arif Demir 2 1 Celal Bayar University, Department of Mechanical Engineering, Manisa, Muradiye, Turkey 2 University of Kocaeli, Laser Technologies Research and Application Center, Umuttepe, Kocaeli, Turkey The aim of this paper is to investigate e$ects of single and double shot Nd:YAG laser shock processing (LSP) on residual stress, micro-hardness and tensile properties of 6061-T6 aluminum alloy. The X-ray di$raction technique was used to measure surface residual stress in LSP-treated 6061-T6 samples. The magnitude and directional dependence of the surface residual stress after single shot and double shot LSP were investigated with the sin 2 Ψ method. The results show that laser shock processing can signi#cantly increase surface compressive residual stress. In addition, micro-hardness of the LSP-treated sample was measured using a Vickers diamond indenter depending on the depth. The tensile tests of the single shot and double shot LSP-treated and untreated samples were carried out by the Schimadzu tensile testing machine having a video extensometer. Experimental results show that the values of micro-hardness, tensile strength and uniform elongation increase by LSP. Keywords: Laser shock processing; Residual stress; Mechanical properties

11 BALKAN PHYSICS LETTERS (2014) Molecular Analysis Of Sea Water Of The Gulf Of Izmit By Raman Spectroscopy A.Altinpinar 1, E. Kacar 1,2, E. Akman 1, M. Gunes 2, and A. Demir 1,2 1 Electro Optics System Engineering, Kocaeli University, 41380, Kocaeli, Turkey 2 Laser Technologies Research and Application Center, Kocaeli University, 41275, Kocaeli, Turkey Yayımlanan Makaleler 11 Raman spectroscopy is a molecular spectroscopic technique based on inelastic scattering of monochromatic light, usually from a laser source. Raman spectroscopy gives detailed information about molecular vibrations. Raman spectroscopy technique is a very advantageous method for the analysis of solid, liquid or gases samples and does not require any special sample preparation. It o$ers fast and high sensitive analysis and has also non-destructive. Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) is a Raman Spectroscopic technique. SERS provides greatly enhanced Raman signal from Raman-active analyte molecules when specially prepared nanoparticles doped to surface are used. This study present the analysis of sea water in di$erent regions of the Gulf of İzmit in Kocaeli performed using the SERS technique. Colloidal gold (Au) nanoparticles were applied as SERS materials. For this purpose, the gold nanoparticles (NPs) were produced in Sodium Dodecly Sulfate (SDS) solution with nanosecond laser ablation methodology. Intensities of Raman signals showed increment with the e$ect of nanoparticles.

12 Ulusal Bilimsel Toplantılar 13 Ulusal Bilimsel Toplantılar Raman Spektroskopisi ile İzmit Körfezi Deniz Suyunun Moleküler Analizi A. Altinpinar, E. Kacar, E. Akman, M. Günes, E, Kacar, A. Demir, Türk Fizik Derneği 31. Uluslararası Fizik Kongresi- TFD 31, Bodrum (2014). Depth and element analysis of thin #lms by laser induced breakdown spectrosopy (LIBS) A. Demir, M. A. Sınmaz, M. Gunes, B. Genc Oztoprak, E. Akman, L. Nielsen, 10th Nanocsience and Nanotechnology Conference, Istanbul (2014). Hava Balonu Temelli Lidarın Mekânsal Analizlerde Kullanımı ve Web Üzerinden Gerçek Zamanlı Haritalama L. Candan, E. Arslan ve E. Kaçar, 16. Ulusal Optik, Elektro-Optik ve Fotonik Çalıştayı-FOTONİK 2014, Kocaeli (2014). Lazerle Oluşturulan Plazmaların Optik Yayınım Çalışmaları M. A. Sınmaz, B. Genç Öztoprak, M. Güneş, E. Akman, E. Kaçar, A. Demir, 16. Ulusal Optik, Elektro-Optik ve Fotonik Çalıştayı-FOTONİK 2014, Kocaeli (2014). Titanyum Üzerine Renkli Markalamada Lazer Tarama Hızının Etkisi E. Yalaza, E. Akman, E. Kaçar, A. Demir, 16. Ulusal Optik, Elektro-Optik ve Fotonik Çalıştayı-FOTONİK 2014, Kocaeli (2014). Nano-saniye Nd:YAG Lazer Kullanılarak Titanyum ve Paslanmaz Çelik Yüzeylerde Periyodik Yüzey Yapılarının Oluşturulması T. İkier, P. Demir, E. Kaçar, A. Demir, 16. Ulusal Optik, Elektro-Optik ve Fotonik Çalıştayı-FOTONİK 2014, Kocaeli (2014).

13 Uluslararası Bilimsel Toplantılar 15 Uluslararası Bilimsel Toplantılar Enhancement of Raman signal of Sudan molecule by adding metallic nanoparticles A. Altinpinar, D. Erdas, E. Akman, E. Kacar, S. Gunesdogdu Sagdınc, XXIV International Conference on Raman Spectroscopy - ICORS2014, Ağustos 2014, Jena, Almanya Computational and Experimental Study of Nanosecond Pulsed Nd:YAG Laser Ablation of Metal Material P. Demir, T. Ikier, E. Akman, E. Kacar, A. Demir, International Advances in Applied Physics and Materials Science Congress and Exhibition - APMAS2014, Muğla, Türkiye, Nisan 2014 Structural and Optical Properties of TiO2:Al2O3 Composite Thin Films Grown by Pulsed Laser Deposition M. Mutlu Sanli, E. Kacar, M.A.Sinmaz, B. Genc Oztoprak, A. Demir, Science and Applications of Thin Films, Conference & Exhibition -SATF 2014, September 2014, Izmir, Turkey. Lazerle oluşturulan Zn plazmasının karakteristik özelliklerinin belirlenmesi M. A. Sınmaz, B. Genç Öztoprak, E. Akman, M. Güneş, A. Demir, 1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi, Kayseri, Nisan Depth analyses of laser produced multilayer thin #lms using laser induced breakdown spectroscopy M.A. Sınmaz, B. Genc Oztoprak, M. Mutlu Sanlı, M. Gunes, E. Akman, E. Kacar, A. Demir, 15th International Symposium on Laser Precision Microfabrication-LPM2014, June 2014, Vilnius, Lithuania. Physical Mechanism of Color Marking on Titanium E. Yalaza, E. Akman, E. Kacar, A. Demir, 15th International Symposium on Laser Precision Microfabrication- LPM2014, June 2014, Vilnius, Lithuania. Characteristics of Metal Doped TiO2 and Al2O3 Thin Films Deposited by PLD M. Mutlu Sanlı, E. Kacar, A. Demir, 15th International Symposium on Laser Precision Microfabrication- LPM2014, June 2014, Vilnius, Lithuania. Evaluation of the surface topographies of di$erent polymers structured by Nd:YVO4 nano- and picosecond lasers for electroless copper plating E. Kacar, K. Ratautas, M. Gedvilas, I. Stankevičienė, A. Jagminienė and G. Račiukaitis, 15th International Symposium on Laser Precision Microfabrication-LPM2014, June 2014, Vilnius, Lithuania. Laser patterning on surface of metals using nanosecond Nd:YAG laser irradiation E. Kacar, T. Ikier, P. Demir, E. Akman and A. Demir, 15th International Symposium on Laser Precision Microfabrication-LPM2014, June 2014, Vilnius, Lithuania. Nanosecond Pulsed Nd:YAG Laser Ablation of Ti and Zn Materials P. Demir, T. Ikier, E. Kacar, A. Demir, 15th International Symposium on Laser Precision Microfabrication-LPM2014, June 2014, Vilnius, Lithuania. E$ects of Laser Pulse Duration on Nanoparticle Size of Silver Nanoparticle E. Akman, E.Yalaza, B. G. Öztoprak, M. Güneş, E. Kaçar, A. Demir, International Middle East Plasma Science- IMEPS2014, April 2014, Antalya. Depth analyses of multilayer thin #lm by laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) M. A. Sınmaz, B. Genc Oztoprak, M. Guneş, E. Akman, E. Kacar, L. Ozyuzer, A. Demir International Middle East Plasma Science- IMEPS2014, April 2014, Antalya. Laser welding of Shape Memory Alloys for stone machining and computer aided technology A. Demir, E. Akman, B. Genç Öztoprak, M. Güneş, A. Torice, W. Nunziati V. Global Stone Congress, October 2014, Antalya

14 LATARUM Seminerleri 17 LATARUM Seminerleri 15 Ocak 2014 İstanbul Kültür Üniversitesi Öğretim Üyesi Prof. Dr. Sevim AKYÜZ, Raman Spektroskopisi adlı seminer vermiştir. Etkinlikte Prof. Dr. Sevim AKYÜZ ve ekibinin Raman spektrometresi ve FT-IR kullanarak medikal ve arkeoloji alanındaki yapmış olduğu çalışmalar "Raman Spektroskopisi" konulu seminer içeriğinde sunulmuştur. Hocamız bu alandaki deneyimlerini katılımcılara aktarmış, katılımcıların her bir sorusuna da etkin bir şekilde cevaplandırmıştır. İleriki dönemde yapılabilecek işbirlikleri için değerlendirmeler yapılmıştır. 25 Aralık 2014 Lazer Teknolojileri Araştırma ve Uygulama Merkezi araştırmacılarının tamamının yer aldığı bir günlük çalıştay düzenlenmiştir. Çalıştayda 2014 yılında gerçekleştirilmiş olan proje, yayın ve tez çalışmaları hakkında sunumlar yapılmıştır.

15 Yürütülen/Desteklenen Tezler 19 Yürütülen/Desteklenen Tezler Nanosaniye Lazer Demetiyle Metal Malzemelerin Etkileşiminin Sayısal ve Deneysel İncelenmesi Pınar Demir (Kocaeli Üniversitesi - Fizik) - Doktora Tez, Danışman: Doç. Dr. Elif Kaçar, (2014). Lazerle Yüzey İşleyerek Mikro ve Nano Yapılı Biyo-Malzemelerin Elde Edilmesi Tuba İkier, (Kocaeli Üniversitesi - Fizik) - Yüksek Lisans Tez, Danışman: Doç. Dr. Elif Kaçar, (2014). Arkeolojik Numunelerin LIBS ile Analizleri Mesadet Asuman Sınmaz, (Kocaeli Üniversitesi - Elektro-Optik Sist. Müh.) - YL Tez, Danışman: Yrd. Doç. Dr. Belgin Genç Öztoprak, (2014). Atımlı Lazerle Film Büyütme Mesure Mutlu (Kocaeli Üniversitesi) - Doktora Tez, Danışman: Prof. Dr. Arif Demir, ( Devam Ediyor). Hava Balonu Temelli Lidarın Mekânsal Analizlerde Kullanımı ve Web Üzerinden Gerçek Zamanlı Haritalama Levent Candan, (Kocaeli Üniversitesi - Elektro-Optik Sist. Müh.) - Yüksek Lisans Tez, Danışman: Doç. Dr. Elif Kaçar, ( Devam Ediyor). Elektro-optik Sensörler Fatih Gören, (Kocaeli Üniversitesi - Elektro-Optik Sist. Müh.) - Yüksek Lisans Tez, Danışman: Doç. Dr. Ersin Kayahan, ( Devam Ediyor). Raman Spektroskopisi Arzu Altınpınar, (Kocaeli Üniversitesi- Elektro-Optik Sist. Müh.) - Yüksek Lisans Tez, Danışman: Doç. Dr. Elif Kaçar, ( Devam Ediyor). Markalama Lazer Ecem Yalaza, (Kocaeli Üniversitesi - Elektro-Optik Sist. Müh.) - Yüksek Lisans Tez, Danışman: Yrd. Doç. Dr. Erhan Akman, ( Devam Ediyor). Lazer, Optik ve Güç Kayanağı Tasarımı Muhammed İrfan,(Kocaeli Üniversitesi - Elektro-Optik Sist. Müh.) Yüksek Lisans Tez, Danışman: Prof. Dr. Arif Demir ( Devam Ediyor). Optik Emisyon Spektroskopisi Murat Güneş, (Kocaeli Üniversitesi) - Doktora Tez, Danışman: Prof. Dr. Arif Demir, ( Devam Ediyor).

16 Yürütülen/Tamamlanan Projeler 21 Yürütülen/Tamamlanan Projeler Lazerle Hava Platformundan İrtifa Belirme Sistemlerinin Geliştirilmesi KOÜ Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi, Yüksek Lisans Hızlı Destek Projesi, Proje Yürütücüsü: Doç. Dr. Elif Kaçar, ( ). Lazerle Yüzey Yapılandırma KOÜ Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi, Hızlı Destek Projesi, Proje Yürütücüsü: Doç. Dr. Elif Kaçar (2014). Çevresel Atık Analizine Yönelik Raman Spektrometresi ile 785 nm dalgaboyu ile Uyarılan Molekülerin Analizlerinin Gerçekleştirilmesi KOÜ Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi, Hızlı Destek Projesi, Proje Yürütücüsü: Yrd. Doç. Dr. Belgin Genç Öztoprak (2014). Lazer ile Titanyum Malzemeler Üzerine Renkli Markalama KOÜ Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi, Yüksek Lisans Hızlı Destek Projesi, Proje Yürütücüsü: Yrd. Doç. Dr. Erhan Akman, ( Devam Ediyor). Flaş Lambalı ve Diyot Pompalı Lazerler için Güç Kaynağı Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi KOÜ Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi, Hızlı Destek Projesi, Proje Yürütücüsü: Prof. Dr. Arif Demir, ( Devam Ediyor).

17 Altyapı Desteği Verilen Projeler 23 Altyapı Desteği Verilen Projeler Ha!f Kompozit Malzemelerin İşlenmesi İçin Teknolojik Makine Ve Takım Geliştirme-Martec, TÜBİTAK-TEYDEB, 1509, ( ) ( ) Proje Yürütücüsü: Hüseyin Bülbül (Durmazlar A.Ş.) Yardımcı Araştırmacılar: Prof. Dr. Arif Demir, Yrd. Doç. Dr. Belgin Genç Öztoprak, Yrd. Doç Dr. Erhan Akman, Öğr. Gör. Murat Güneş, Mesadet Asuman Sınmaz, Yalçın Erdoğan. Nano Boyutlu Kaplamaların Üretiminde Düşük Atom Ağırlıklı Elementlerin Analizi İçin LIBS Temelli Kontrol Sistemi, TÜBİTAK-TEYDEB, 1509, ( ) ( ) Proje Yürütücüsü: Yrd. Doç. Dr. Belgin Genç Öztoprak, Yardımcı Araştırmacılar: Prof. Dr. Arif Demir, Yrd. Doç Dr. Erhan Akman, Öğr. Gör. Murat Güneş Bilgisayar Kontrollü Mermer Kesme Makinesinde Kullanılacak Hafızalı Alaşımlı Şeritlerin Lazer ile Kaynak Edilmesi TÜBİTAK-TEYDEB, 1509, ( ) ( ) Proje Yürütücüsü: Yrd. Doç. Dr. Erhan Akman, Yardımcı Araştırmacılar: Prof. Dr. Arif Demir, Yrd. Doç. Dr. Belgin Genç Öztoprak, Öğr. Gör. Murat Güneş Endüstriyel Fiber Lazer ile Delme ve Kesme İşlemleri için CNC Lazer Kesme Hattının Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi TÜBİTAK-TEYDEB, 1511, ( ) ( ) Proje Yürütücüsü: Kemal İleri (Durmazlar A.Ş.) Yardımcı Araştırmacılar: Prof. Dr. Arif Demir, Yrd. Doç. Dr. Belgin Genç Öztoprak, Yrd. Doç Dr. Erhan Akman, Öğr. Gör. Murat Güneş

18 Gerçekleştirilen Organizasyonlar 25 Gerçekleştirilen Organizasyonlar 05 Eylül Ulusal Optik, Elektro-Optik ve Fotonik Çalıştayı, Kocaeli Üniversitesi - Kocaeli Hakkında: Bu toplantı, ulusal boyutta optik, elektro-optik ve fotonik konularına yönelik yıllık tek bilimsel toplantı serisi olan Ulusal Optik, Elektro-Optik ve Fotonik Çalıştaylarının 16.'sını oluşturmaktadır. Optik, elektro-optik ve fotonik alanlarının yüksek teknoloji dahilinde ekonomik katkısı büyük, savunma ve sağlık gibi stratejik sanayilerde uygulamaları geniştir. Bu nedenlerden dolayı, bu konularda ulusal düzeyde gelişmemiz önemli, bulunduğumuz düzeyin bilinmesi ve ilerletilmesi kritiktir. Bu toplantıda, ülke çapında optik, elektro-optik ve fotonik konularında akademide ve endüstride araştırma ve geliştirme çalışması yapan gruplar (bilim insanları, yöneticiler, mühendisler, lisansüstü öğrencileri vs.) bir araya gelecek ve çalışmalarını birbirlerine sunup, tanışma, görüşme ve tartışma olanağı bulacaklardır. Bu, gruplar arası ortak çalışmaların başlatılmasına, karşılıklı destek ve %kir alışverişinde bulunulmasına ve ortak proje başvuruları (örneğin, Avrupa Birliği Çerçeve Programları) için çalışmalar yapılmasına ön ayak olacaktır. Bu şekilde, bu toplantının optik, elektro-optik ve fotonik konularında ülkemizin bilim ve teknoloji çalışmalarına yarar ve katkı sağlaması beklenmektedir.

19 Üyelikler 27 Üyelikler!"# SURF# projesine# üyelik# gerçekleş7rilmiş7r# ( ).# Üyelik# 2014# yılında# da# devam# etmektedir.# Phonics 21 şemsiye programına 2012 yılında üye olunmuştur. Üyelik 2014 yılında da devam etmektedir.

20 Kocaeli Üniversitesi'ne Katkılar 29 Kocaeli Üniversitesi'ne Katkılar Fen Bilimleri Enstitüsü'nde Elektro-Optik Sistem Mühendisliği Yüksek Lisans Programının tez çalışmaları, LATARUM Laboratuar altyapısını kullanarak gerçekleştirilmektedir, bu bağlamda bu yıl 1 yüksek lisans öğrencisi alınmıştır.

21 Ürünler 31 Ürünler Raman Spektrometre Çözünürlük < 0.1 nm Slit 50 µm Grating 1200 l/mm Dizilim Czerny-Turner Işın Kaynağı 532 nm Lazer Spektral aralık nm / cm -1 Arayüz USB Yazılım BAKI Raman Kontrol Yazılımı (Türkçe - C# ile geliştirildi) Desteklenen İşletim Sistemleri Windows XP - Windows 7

22 Hizmet İçi Eğitimler / Ödüller 33 Hizmet İçi Eğitimler Aşağıda listelenen ve LATARUM'da çalışmalarını yürüten araştırmacılara, Hizmet İçi Eğitim kapsamında Yrd.Doç.Dr. Erhan Akman tarafından 'Lazer Güvenliği' üzerine sunum gerçekleştirilmiş ve 'Lazerlerin Güvenli Kullanımı' üzerine eğitim verilmiştir (Ekim 2014). - Yüksek Lisans Öğrencisi Muhammed İrfan LATARUM Adresli Ödüller LATARUM araştırmacılarından Mesure Mutlu Şanlı, Doç. Dr. Elif Kaçar ve Prof. Dr. Arif Demir tarafından sunulan 'İnce Film Üretim Yöntemi PLD-Atımlı Lazerle Depolama' başlıklı çalışma, SANTEK'14 En İyi Proje ödülü birinciliği.

23 Tam Metinler 35 Tam Metinler Lazerle Yüzey İşleme Titanyum Üzerine Renkli Markalamada Lazer Tarama Hızının Etkisi Lazer Kullanılarak Yüzeyler Üzerinde Periyodik Yapıların Oluşturulması Lazerle Spektroskopi BAKİ-LIBS Tasarımı ve İnce Film Analizi Lazer ile Oluşturulan Plazma Spektroskopisi (LIBS) ile Arkeolojik Seramiklerin Sır ve Boya Analizi Lazer ile Oluşturulan Plazma Spektroskopisi (LIBS) ile Arkeolojik Seramiklerin Kil Sını$andırması Raman Spektroskopisi ile İzmit Körfezi Deniz Suyunun Moleküler Analizi Metal Nano-parçacık Katkılamanın Sudan Molekülü Raman Spektrum Şiddetleri Üzerine Etkileri Lazerle Uyarmalı Raman Spektrometresi Tasarımı ve Tıp Alanında Uygulamalarının Gerçekleştirilmesi İnce Film Üretimi Atımlı Lazerle Depolama ve Daldırmalı Kaplama Teknikleri Kullanılarak ABS Hede$erin Kaplanması ve Karakterizasyonu Atımlı Lazerle İnce Film Büyütme Lazerler ve Uygulamaları Lazer ile Sıvı Ortamında Nanoparçacık Üretimi 77 Hava Balonu Temelli Lidarın Mekânsal Analizlerde Kullanımı ve Web Üzerinden Gerçek Zamanlı Haritalama 81 Lazer Yapımı ve Modelleme Design and Performance Evaluation of Flash Lamp Driver 85 Paslanmaz Çelik Malzemenin Tek Atım Nd:YAG Lazerle Aşındırılmasının Deneysel ve Sayısal İncelenmesi 89 Diğer Uygulamalar Gözenekli Silisyum Tabanlı Organik Buhar ve Nemlilik Sensörü 93

24 Titanyum Üzerine Renkli Markalamada Lazer Tarama Hızının Etkisi Ecem Yalaza 1,2, Erhan Akman 1,3, Elif Kaçar 1,4, Arif Demir 1,4 1 Kocaeli Üniversitesi, Elektro-Optik Sistem Mühendisliği, 2 BEAM AR-GE Optik ve Lazer Teknolojileri LTD, 3 Kocaeli Üniversitesi, Sivil Havacılık Yüksekokulu, Elektrik Elektronik Bölümü 4 Kocaeli Üniversitesi, Lazer Teknolojileri Araştırma ve Uygulama Merkezi yalaza.ecem@gmail.com Titanyum Üzerine Renkli Markalamada Lazer Tarama Hızının Etkisi 37 Giriş Metal yüzeylerde lazer ile renkli markalama bir süredir bilinen bir işlemdir. Bu işlem, metal yüzeyinde boya ya da herhangi bir kimyasal işlem kullanılmadan sadece lazer ışını ile yüzeyi renklendiren bir işlemdir. Lazer ışınının metal yüzeylerle etkileşmesi yüzeyde bir oksit tabakası oluşturur. Metal yüzeylerde renklenmeyi sağlayan da bu oksit tabakadır. Yüzeydeki renklerin farklı olmasını sağlayan etken ise oksit tabakasındaki oksijen miktarıdır. Yüzeyde oluşan oksitlenme miktarı; lazerin çıkış gücü, lazer ışınının yüzeyi işleme hızı, ardışık tarama ışınları arasındaki mesafe, yüzeyin odak noktasına göre uzaklığı gibi parametrelere bağlıdır [1]. Mürekkep ile markalama, mekanik gravür, elektrokimyasal yöntemler, baskı, emülsiyon kaplama, elektrolitik oksidasyon (anodasyon) gibi markalama işlemleri bilinmektedir [2,3]. Bu yöntemleri uygulamanın zorluğu ve karmaşıklığı, işlemde kullanılan araç ve gereçlerin çizilmesi ve çabuk aşınması, uygulanan yüzeyin kalıcı olmaması ve çabuk solması gibi sorunlardan dolayı bu markalama yöntemlerinin çoğu kullanışlı değildir [4]. Geleneksel metotlara göre, lazer markalamanın birçok avantajı vardır. Lazer markalamada herhangi bir kimyasal işlem kullanılmaz, herhangi bir alete zarar verilmez, bir bilgisayar programı ile markalanan yer ve markalanacak şekiller kolay seçilir [3]. Ayrıca lazer markalama, markalama metotları arasındaki en ucuz ve en hızlı yöntemdir. Lazer markalamanın endüstriyel alanlarda da kişisel hediye yapma, güvenlik kartları hazırlama, yüzey dokusu işleme gibi birçok uygulaması vardır [2, 3]. Yöntem Çalışma; çıkış gücü 20 W, atım süresi 200 ns, atım tekrar oranı khz olan endüstriyel $ber lazer (1064 nm) ile yapılmıştır. Fiber lazer ile tarama işlemi, lazer ışınını yönlendiren galvonometrik aynalar ile sağlanmıştır. Lazer ışını odak uzaklığı 160 mm olan F-Theta lens ile hedef yüzeyine odaklanmıştır. Şekil 1. Titanyumda renkli markalama. Şekil 1'de gösterilen titanyum yüzeyinde oluşan farklı renkler, sırasıyla lazerin çıkış gücünü, markalama işlemi sayısını, lazer ışınının yüzeyi işleme hızını (tarama hızı) değiştirerek elde edilmiştir.

25 Titanyum Üzerine Renkli Markalamada Lazer Tarama Hızının Etkisi 38 Bulgular/Veriler Bu çalışmada, farklı lazer tarama hızlarının, titanyum yüzeyinde oluşan oksit tabakası ve renklenme üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu çalışmada renklenme sadece tarama hızını değiştirerek yapıldı. Deneyde kullanılan işlem parametreleri Tablo 1'de verilmektedir. Burada amaç; titanyum yüzeyindeki oksit oranının renklenmeye etkisini incelemektir. Şekil 2. Tarama hızı değiştirilerek yapılan markalamalar. Şekil 3. Tarama hızı değiştirilerek markalanan yüzeylerin optik mikroskop görüntüleri. Sonuç Tablo 1. Tarama hızının renklenmeye etkisi. Hatching (mm) Tarama Hızı (mm/s) Çıkış Gücü (W) Frekans (khz) İşlem Sayısı Sonuç olarak, titanyumda renkli markalama mümkündür. Markalanan yüzeylerdeki oksit oranı, XPS analizleri sonucu belirlenmiştir. XPS sonuçları incelendiğinde tarama hızında meydana gelen azalma ile yüzeyde oluşan oksit oranının arttığı, hızda meydana getirilen artış ile de yüzeyde oluşan oksit oranının azaldığı Şekil 4' teki gra$kte gösterilmiştir. Şekil 4. Yüzeyde oluşan oksit oranı.

26 Titanyum Üzerine Renkli Markalamada Lazer Tarama Hızının Etkisi 39 Teşekkürler Bu çalışma Devlet Planlama Teşkilatı tarafından desteklenen 2008K no'lu İDEAL projesi kapsamında desteklenmiştir. Kaynaklar [1] Arkadiusz J. Anton'czak, Dariusz Kocon, Maciej Nowak, Paweł Kozioł, Krzysztof M. Abramski, 'Laser-induced Colour Marking-Sensitivity Scaling For a Stainless Steel', Applied Surface Science 264 (2013) [2] Arkadiusz J. Anto'nczak,Bogusz Stepak, Paweł E. Kozioł, Krzysztof M. Abramski, 'The in(uence of process parameters on the laser-induced coloring of titanium', Applied Physics A, DOI / s (2013). [3] J. Qi, K.L. Wang, Y.M. Zhu, 'A study on the laser marking process of stainless steel', Journal of Materials Processing Technology 139 (2003) [4] Z.L. Li a, H.Y. Zheng, K.M. Teh, Y.C. Liu, G.C. Lim, H.L. Seng, N.L. Yakovlev, 'Analysis of oxide formation induced by UV laser coloration of stainless steel', Applied Surface Science 256 (2009)

27 Lazer Kullanılarak Yüzeyler Üzerinde Periyodik Yapıların Oluşturulması Tuba İkier 1, Elif Kaçar 1, Erhan Akman 1, Belgin Genç Öztoprak 1, Arif Demir 1, Gürler Akpınar 2, Murat Kasap 2, Dilek Ural 2, Juseok Lee 3, Marina Martinez Miro 3, Löw Karin 4, Cenk Aktaş 3, Hashim- Abdul-Khaliq 4, Michael Veith 3 1 Kocaeli Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, 2 Kocaeli Üniversitesi, Tıp Fakültesi, KABI Proteomiks Laboratuvarı, 3 CVD/Biosurfaces Division, INM - Leibniz-Institute for New Materials, Campus D2 2, Saarbruecken Almanya 4 Department of Pediatric Cardiology, Saarland University Hospital, Homburg/Saar, Almanya tuba.ikier@gmail.com Lazer Kullanılarak Yüzeyler Üzerinde Periyodik Yapıların Oluşturulması 41 Giriş Malzemelerin yüzey yapılarını değiştirmek değişik uygulamalarda kullanılmak üzere malzeme verimliliğini arttırır. Örneğin stent gibi implant malzemelerin topogra$k değişimi, hücrelerin yüzeye tutunması, büyümesi ve çoğalması süreçlerini içeren hücre-implant etkileşiminde önemli rol oynar [1-3]. Malzeme yüzeyini değiştirmek için kullanılan yöntemlerden bazıları; grit-blasting [4], kimyasal aşındırma [5], titanyum plazma spray [6], lazerle işleme [1-3]. Lazer ile işleme yöntemi, implant yüzeyi üzerinde hem uygun yüzey topogra$si sağlar hem de daha az yüzey kirliliği oluşturur [6]. Bu yöntemde farklı özelliklerde nano-saniye [7,8], piko-saniye [9] ve femto-saniye lazerler [10] kullanılır. Lazerle periyodik yüzey yapıları oluşturmak için, birçok çalışmada uygulanan iki ışın girişim yöntemi [11-14] başarılı sonuçlar vermiştir. Bu yöntemin yanında femto-saniye lazerin kullanıldığı Michelson İnterferometre sistemi ile de periyodik yüzey yapılar üretilmiş ve bu sistem ile elde saçakların periyodunun, optik sistemi tekrar ayarlamaya gerek duymadan çeşitlendirilebilir olduğu gösterilmiştir [15]. Bu çalışmada; nano-saniye Nd: YAG lazer ve Michelson interferometre sistemi kullanarak oluşturulan iki ışın girişim tekniği ile Al/Al2O3 kaplı cam numuneler üzerinde periyodik yüzey yapıları oluşturulmuştur. Yöntem ve Materyal Katı malzeme yüzeyi üzerinde periyodik yapılar oluşturmak amacıyla, iki ışın girişim tekniği kullanılmıştır. Bu teknik için nano-saniye atım süreli, 10 Hz tekrarlama oranına sahip Nd: YAG lazerin (Continuum Surelite III) ikinci harmoniği (532 nm) ile Michelson interferometre sistemi oluşturulmuştur. Şekil 1&de görüldüğü gibi, kaynaktan çıkan lazer ışını aynalar yardımıyla iris&e gönderilir ve temizlenen bu ışın, kare maskeden geçerek ışın bölücüde ikiye ayrılır. Işınlardan biri (Işın 1) bir hareketli aynaya (HA1) diğeri de öbür hareketli aynaya (HA2) gider ve her iki ışın da aynalardan geri dönerek 150 mm odak uzunluğuna sahip olan merceğe doğru yol alırlar. Mercek tarafından hedefe odaklanan ışınlar, merceğin arkasında bulunan iris ve kare maskeden geçtikten sonra hedef üzerinde periyodik bir yapı oluştururlar. Kullanılan hede$n kaplamasının zarar görmesini önlemek için mw aralığında değişen güçlerde lazer demeti kullanıldı, ancak bu değerlere inildiğinde lazer kararsızlık gösterdiğinden iris ve maske kullanılarak lazerin gücü azaltılmıştır. Hedefe odaklanan lazerin gücü, hedef önüne yerleştirilen powermetre ile ölçülmüştür. Hareketli aynalara açı verilmeden önce ışınların (Işın 1 ve Işın 2) üst üste binmesi sağlanarak sistem ayarlanmıştır. Daha sonra hareketli aynaların açıları (ϴ) aynı miktarda değiştirilerek oluşan saçakların periyotları değiştirilmiştir. Saçakların periyotları, farklı odak uzunluklu mercekler kullanılarak da değiştirilebilir. Bu çalışmada odak uzaklığı sabit tutularak, ϴ açısı dolayısıyla da mercek üzerine düşen ışınlar arası mesafe değiştirilmiştir.

28 Lazer Kullanılarak Yüzeyler Üzerinde Periyodik Yapıların Oluşturulması 42 Şekil 1, Deneysel sistem. Burada kullanılan kısaltmalar; A1: Ayna 1, A2: Ayna2, HA1: Hareketli Ayna 1,Hareketli Ayna 2, DB: Demet Bölücü, D: Mercekte İki Işın Arası Mesafe, α: Hedefte İki Işın Arası Açı, ϴ: Hareketli Aynaların Açıları. Deneyde hedef olarak INM Enstitüsü (Leibniz-Institute for New Materials) tarafından üretilen Al/ Al2O3 kaplı 12 mm çaplı cam numuneler kullanılmıştır [16]. Numunelerin yüzeyleri 0,04º, 0,08º ve 0,12º olmak üzere üç farklı ϴ açısında işlenmiş ve yüzeylerde mikron boyutunda periyodik yapılar elde edilmiştir. Yüzey üzerinde elde edilen periyodik yapılar taramalı elektron mikroskobu (SEM: FEI-QUANTA 400 F) ile analiz edilmiştir. Ortalama kontak açıları kontak açı video sistem (CAM 101) kullanılarak 4 farklı yerden ölçüm alınarak elde edilmiştir. Lazerle hedef yüzey üzerinde oluşturulan saçak boşlukları yani periyot d; λ ' d = (1) 2sinα ( ) ile hesaplanır [3]. Burada, λ; ışının dalgaboyu (532 nm), α; hedef üzerine odaklanan iki ışın arasındaki açıdır ve α = tan-1(d/2f) ile verilir. Bu α değerinin değişmesi ile hedef yüzeyinde oluşan periyotlar değişir. Burada f merceğin odak uzaklığıdır ve sistemde 150 mm'de sabit tutulmuştur. D ise mercek üzerine düşen iki ışın arasındaki mesafedir. Bu çalışmada hareketli aynaların açıları θ değiştirilerek D mesafesi değiştirilmiş olur. Tablo 1'de Michelson interferometre sisteminde bulunan aynaların (HA1 ve HA2) açılarının değiştirilmesi sonucu yüzeyde oluşan periyot ölçümleri ve kontak açı değerleri verilmiştir. Tablonun yanında yer alan resimde periyot ölçümü gösterilmiştir. Tablo 1. Deneysel sistemde, aynalara (HA1 ve HA2) verilen açı ϴ değiştirilerek elde edilen yüzeylerin ölçülen periyodu d ve ölçülen kontak açıları Aynaların açısı (ϴº) Ölçülen Periyot: d(µm) Kontak Açısı (Φo) 0, , ,

29 Lazer Kullanılarak Yüzeyler Üzerinde Periyodik Yapıların Oluşturulması 43 Sonuçlar ve Tartışma Deneysel düzenekte bulunan Michelson interferometre sistemindeki hareketli aynalara; 0,04º, 0,08º ve 0,12º olmak üzere üç farklı açı değeri verilerek işlenen Al/Al2O3 kaplı cam numune yüzeylerde oluşan saçakların periyotları sırasıyla 26 µm, 21 µm ve 16 µm olarak ölçülmüştür (Şekil 2). Şekil 2. Michelson İnterferometre sistemi ile oluşturulan iki ışın girişim yöntemi ile işlenen Al/Al2O3 kaplı cam numune yüzeyler üzerinde oluşan periyodik yapıların SEM görüntüleri. Değiştirilen ayna açıları ve periyotları sırasıyla a) 0,04º ve 26 µm, b) 0,08º ve 21 µm, c) 0,12º ve 16 µm. Alt sıradaki görüntüler üst sıradaki görüntülerle aynı özelliklere sahip olup farklı büyütmede çekilmiş görüntülerdir. Nano-saniye Nd:YAG lazerin ikinci harmoniği 532 nm ile oluşturulan Michelson interferometre sistemi kullanılarak elde edilen periyodik yapıların periyotları, sistemde yer alan hareketli aynaların açılarının değiştirilmesi ile kolaylıkla kontrol edilebilir. Bu sistem kullanılarak amaç doğrultusunda her türlü malzeme (titanyum, çelik) üzerinde uygulanabilir. Teşekkürler Bu çalışma 110M760 no'lu TÜBİTAK IntenC projesi tarafından desteklenmiştir. Kaynaklar [1]. H. Kenar et al. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 108, (2013). [2]. J. Lee et al. Phys. Status Solidi A, 1-5 (2013). [3]. K. Kiefer et al. Nanotechnology, 25, 49, 5101 (2014). [4]. A.Wennerberg et al. Biomaterials 17, 15 (1996). [5]. D. Wei et al. Thin Solid Films 516, (2008). [6]. A. Gaggl et al. Biomaterials 21, (2000). [7]. F. Yu et al. Biomaterials 26, (2005). [8]. D.S.Milovanović et al. Optics &LaserTechnology 54, (2013). [9]. M. Bereznai et al. Biomaterials 24, (2003). [10]. A.Y. Vorobyev, C. Guo, Applied Surface Science 253, (2007). [11]. H. Hosono et al. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 191, (2002). [13]. M. Hirano et al. Applied Surface Science, , (2002). [14]. K. Venkatakrishnan, et al. Appl. Phys. A 77, (2003). [15]. V. Oliveira et al. Optic& Laser Technology 44, (2012). [16]. M. Veith et al. Chem. Soc. Rev. 41, 5117 (2012).

30 BAKİ-LIBS Tasarımı ve İnce Film Analizi Belgin Genç Öztoprak 1, 2, Mesadet Asuman Sınmaz 1, 2, Erhan Akman 1, 2, Murat Güneş 1, 2, Arif Demir 1, 2 1 BEAM Ar-Ge Optik, Lazer, Spektroskopi Ltd. Şti, 2 Kocaeli Üniversitesi, Lazer Teknolojileri Araştırma ve Uygulama Merkezi belgingenc@kocaeli.edu.tr BAKİ-LIBS Tasarımı ve İnce Film Analizi 45 Giriş Lazerle oluşturulan plazma spektroskopisi (Laser Induced Breakdown Spectroscopy-LIBS) optik yayınım spektroskopi temeline dayanmaktadır. Literatürde ilk araştırma sonuçlarının yayınlandığı 1962 yılından bugüne kadar lazerle oluşturulan plazma spektroskopi tekniği; endüstriyel uygulamalar da, sağlık alanındaki pek çok biyolojik uygulamada kullanılan LIBS sistemleri tasarım, kompakt yapı ve veri analizi aşamasında önemli ölçüde ilerleme kaydetmektedir [1]. Lazer, spektrometre ve diğer elektronik cihazların gelişimine bağlı olarak LIBS cihazları ticari olarak büyük gelişim göstermekte, laboratuar tipi cihazların yanı sıra taşınabilir ve uzaktan analiz cihazları üretilmektedir [2]. Bu çalışmada, BAKİ-LIBS sisteminin tasarımı, kurulumu ve ince $lm LIBS analizi gerçekleştirildi. BAKİ-LIBS Sistemi LIBS tekniği numune üstünde çok küçük bir alana (µm) odaklanan lazer atımı ile malzeme buharlaştırılarak plazma elde edilmesini ve plazmadaki uyarılmış parçacıklardan yayılan spektrumu kullanarak nitel ve nicel bilgi almak için kullanılan analitik atomik spektroskopi tekniğidir. LIBS tekniği ile malzeme analizi yapılması için enerji kaynağı olarak ns veya daha kısa atımlı bir lazer, odaklama/toplama optikleri ve yüksek çözünürlüklü deteksiyon sistemi ve spektral analiz sistemi kullanılmaktadır. Spektrometre ve kamera deteksiyon sistemini oluşturmaktadır [3]. Spektral analiz sistemi içinde; spektrometre çalışma parametrelerinin belirlendiği, spektrum verilerinin alındığı ara yüz yazılımı ve spektral çizgilerin belirlendiği veri bankası bulunmaktadır. Tekrarlanabilir ölçümler alınması için LIBS sistemindeki numune yeri sabit hale getirilmelidir. LIBS sisteminin sabit hale getirilmesi, hassas analizler ve çevresel etkilerin en aza indirilmesi için numune kapları kullanımı tercih edilmektedir. LIBS sistemlerinde cihazların senkronizasyonu ve istenilen zamanda ışınların analiz edilmesi için sinyal geciktirme üreteci (delay generator) kullanılmaktadır [4]. Şekil 1. BAKİ-LIBS deneysel düzenek. BAKİ-LIBS sisteminde (Şekil 1); temel dalgaboyunda (1064 nm) 5, 6 ns atım uzunluğuna sahip Q- anahtarlamalı Nd: YAG lazer (EKSPLA NL230), 20 Hz tekrarlama frekansına ve 120 mj maksimum çıkış enerjisine sahiptir. Lazer ışınını malzeme yüzeyine odaklamak için 150 mm odak uzunluğuna sahip BK7 kaplamalı plano konveks mercek kullanılmıştır. Ölçümlerde sinyal gürültü oranını (SNR) azaltmak ve zamansal olarak atomik yayınım çizgilerini elde etmek için geciktirme üreteci (DG535, Stanford Research Systems) kullanılmıştır. BAKİ-LIBS sistemindeki lazer ve spektrometre gecikme üreteci ile senkronize edilmektedir. Farklı gecikme ve toplama süreleri için gecikme üreteci

31 46 BAKİ-LIBS Tasarımı ve İnce Film Analizi kullanılarak BAKİ-LIBS sistemi tetiklenmektedir. Lazerle oluşturulan plazmadan yayılan ışımalar kolimatör ile bağlantılı 600 μm çapında $ber demeti ile toplanarak 7 kanallı çapraz Czerny-Turner dizilimine sahip BAKİ spektrometre sistemine aktarılmaktadır. BAKİ spektrometre çapraz Czerny- Turner tasarımında ve nm dalgaboyu bölgesini kapsamaktadır, 3600 piksel lineer CCD dizi detektörün kullanıldığı spektrometre çözünürlüğü 0,75 nm'dir. BAKİ spektrometre yazılımı spektral çizgileri belirlemek için NIST veri bankasını kullanmaktadır. Lazerle oluşturulan plazma spektroskopisinde (LIBS) ince $lm analizi gibi hassas analizler tek lazer atımı ile gerçekleştirilir. Tek atım deneyleri örnek yüzeyinden kaldırılan malzeme miktarını azaltmak için ve derinlik çözünürlüğünün gerektiği şartlarda önem kazanmaktadır. Tek atım LIBS ölçümlerinin yapılmasındaki amaç sürekli olarak numuneden malzeme kaldırmayı önlemektir. Analiz süresince gönderilen her bir lazer atımı malzemenin ince bir tabakasını kaldırırken gelecek bir sonraki atım için numune yüzeyi yeni bir yüzey olarak tanımlanmaktadır. Böylece aynı noktadan alınan her bir lazer atımı sonucunda LIBS ölçümlerinin kaydedilmesi ile ardışık katmanların element içeriği bilgisi sağlanır. Bu amaçla, ince $lm analizinde lazer atımlarını yazılım ile kontrol edebilmek amacı ile BAKİ- LIBS sistemine mekanik shutter eklendi. BAKİ-LIBS sisteminde lazerin tetiklenmesi için gerçekleştirilen mekanik shutter arduino kontrollüdür. Tek atım ince $lm analizleri için lazer 5 atım atacak şekilde ayarlanmaktadır. Sistemin çalışması; lazer çıkışından gelen ilk trigger sinyali arduino'ya girmekte, arduino bu sinyali aldığı andan itibaren 180 ms bekler ve beşinci atımı numune yüzeyine geçecek şekilde mekanik shuttera sinyal göndermektedir. Aynı anda spektrometreye de sinyal gönderilmekte ve beşinci atım ile oluşan plazmayı yakalayacak şekilde spektrometrenin toplama zamanı başlatılmaktadır, spektrometrenin yazılımından da gecikme verilerek plazma yayılım sinyallerinin yakalanması sağlandı. Ayrıca, spektrometre tetiklemesini geciktirici jeneratör aracılığı ile de gerçekleştirilebilmektedir, bu düzenekte, lazerin çıkışından arduinoya giden sinyal ikiye bölünmüş bu sinyallerden biri geciktirme jeneratörüne diğeri ise spektrometreye açılma sinyali olarak gönderilmiştir. Her iki sistemin çalışma performansı üzerinde çalışmalarımız devam etmektedir. BAKİ-LIBS İnce Film Analizi CZTS (Cu2ZnSnS4) ince $lm güneş hücrelerinin soğurucu katmanını oluşturan p-tipi yarı iletkendir, cam alttaş üzerindeki metalik çok katmanlı ince $lmin bileşiminde bakır, kalay ve çinko elementleri bulunmaktadır. BAKİ-LIBS analizleri gerçekleştirilen metalik ince $lm katmanlı CZTS numune yüksek vakumda mıknatıssal saçtırma tekniği kullanılarak üretilmiştir. BAKİ-LIBS analizlerinde CZTS numunesinin katmanların bileşimi aynı noktadan alınan spektral verilerinin atım sayısına göre bileşen değişimi ile incelendi (Şekil 2). Benzer şekilde bu teknik kullanılarak farklı bileşenlere sahip numunelerin katman kalınlıkları da belirlenebilmektedir [5]. BAKİ-LIBS ince $lm analizinde CZTS numune yüzeyine 58 mj atım enerjisine sahip tek lazer atımı, 3 ms gecikme ve 10 ms toplama süresi kullanılarak uygulandı. Her bir atımda elde edilen LIBS verilerinin sinyal değişiminden $lmdeki katman değişimi görüldü. Uygulanan enerji ince $lmlerin katman analizi için fazla olduğu için ilk atımda birinci ve üçüncü katmandan gelen verilerin her ikisini de toplamaktadır. CZTS çok katmanlı ince $lm BAKİ-LIBS analizinde, ilk atımda Cu ait katmandan gelen veriler ve Zn ait katmandan gelen veriler bulunmaktadır. Uyguladığımız 58 mj lazer enerjisi ile CZTS ince $lmin 3. katmanına kadar inildiğini göstermektedir. Çok katmanlı CZTS ince $lmin aynı noktasından tekli atımlar halinde alınan BAKİ-LIBS ölçümlerinde ilk atımında üst katman olan Cu katmanından veriler kaydedilirken, ikinci atımda $lmin ikinci katmanından Sn elementine ait yayınım çizgileri kaydedildi. Film katmanlarının nanometre kalınlıklı olmasından dolayı 3. atım sonrasında cam altlıktan gelen Ca ve Na elementlerinin yayınım çizgileri spektrometre tarafından kaydedildi.

32 BAKİ-LIBS Tasarımı ve İnce Film Analizi 47 Şekil 2. Çok katmanlı ince $lmin 58 mj enerji uygulanarak alınan BAKİ-LIBS spektrumları. Sonuç Lazerle malzeme analizi spektroskopi (LIBS) sistemi lazer, spektrometre, sinyal geciktirme üreteci ve odaklama/toplama optiklerinin kullanıldığı numune kabı bileşenlerinden oluşmaktadır. BAKİ-LIBS sistemi ince $lm bileşim ve derinlik analizi için lazeri ile senkronize çalışacak şekilde yeniden düzenlenmiştir. Tek atım çalışmaları için sisteme bilgisayar kontrollü mekanik shutter eklenmiştir. Güneş hücrelerinin soğurucu katmanını oluşturan CZTS ince $lmin BAKİ-LIBS analizleri farklı atım sayılarında gerçekleştirildi. İnce $lmlerin değişik katmanlarının ince $lm bileşiminde sırası ile Cu, Sn ve Zn elementleri belirlendi. Teşekkürler Bu çalışmaya 0404.TGSD.2010 ve numaralı projeler ile katkılarından dolayı Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığına ve TÜBİTAK'a teşekkür ederiz. Kaynaklar [1] Brech F., Cross L., Appl.Spectrosc., 1962, 16, [2] Miziolek A. W., Palleschi V., Schchter I.,1st ed., Cambridge,New York 1-640, [3] Genç B., Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, [4] Cremers D. A., Radziemski L. J., 1st ed., Wiley, Chichester, 1-313, [5] Genc Oztoprak B., Akman E., Hanon M., Günes M., Gümüs S., Kacar E., Gundogdu O., Zeren M., Demir A.,, Optics & LaserTechnology, 45,748'755, 2013.

33 Lazer ile Oluşturulan Plazma Spektroskopisi (LIBS) ile Arkeolojik Seramiklerin Sır ve Boya Analizi Lazer ile Oluşturulan Plazma Spektroskopisi (LIBS) ile Arkeolojik Seramiklerin Sır ve Boya Analizi Mesadet Asuman Sınmaz 1, 2, Belgin Genç Öztoprak 1, 2, Arif Demir 1, 2 1 BEAM Ar-Ge Optik, Lazer, Spektroskopi Ltd. Şti, 2 Kocaeli Üniversitesi, Lazer Teknolojileri Araştırma ve Uygulama Merkezi 49 mesadetasuman@gmail.com Giriş LIBS atomik yayınım spektroskopi temeline dayanan bir teknik olup, lazerle üretilen plazmadan yayılan karakteristik ışımalar ile malzemenin kimyasal bileşimini belirleyebilmektedir. LIBS tekniğinde, lazer atımları bir mercek kullanarak örnek üzerine odaklanır ve malzeme yüzeyinde plazma ortamı oluşturur. Plazma ışığı ikinci bir mercek ya da #ber optik kablo kullanılarak toplanır ve spektrometreye kayıt edilen spektral çizgilerden bileşimindeki elementler belirlenir. LIBS çevresel, medikal, endüstri, askeri ve kültürel miras alanlarında kullanılmaktadır. Kültürel mirası yansıtan arkeolojik numunelerin karakterizasyonunu belirlemede kullanılan teknikler numune hazırlamayı gerektirir. Ancak, numune hazırlığı arkeologlar ve sanat tarihçileri tarafından numuneye zarar verdiği ve zaman almasından dolayı istenmeyen bir durumdur. LIBS numune hazırlamayı gerektirmez, bu nedenle, LIBS kültürel miras analizlerinde son yıllarda sık tercih edilen bir teknik haline gelmiştir. Bu çalışmada, Osmaniye yüzey araştırmalarından toplanan İslam ve Bizans kültürlerini ait seramiklerin sır ve boya katmanlarının LIBS tekniği ile spektrokimyasal analizleri gerçekleştirildi. Malzeme ve Deneysel Kurulum Antik dönemden bugüne kadar yapılan çömleklerin üzerine sır tabakası kaplanmaktadır. Dekorasyon ve sıvı emilimini önlemek amacıyla kaplanan bu sır tabakası ince camsı bir malzeme olup silika akı ve boya maddesi içerir. Genellikle, SiO2 malzemesinde büyük oranla barındıran feldispat ya da silika cam malzeme formunda olarak kullanılır. Renklendirme için ayrıca birkaç metal oksit kullanılmaktadır. Bu çalışmada, Ortaçağ dönemine ait Osmaniye arkeolojik yüzey araştırması çalışmalarından seçilen şe%af ve renkli sırlı seramik parçalarının LIBS tekniği ile element bileşenlerinin analizi gerçekleştirildi. LIBS ölçümlerinde kullanılan farklı ekipmanlar ve deneysel düzenekler hakkında detaylı bilgileri LIBS temel kitaplarında bulmak mümkündür [1-3]. Bu çalışmada kullanılan BAKİ-LIBS deneysel sistemi Şekil 1.' de gösterilmektedir. Arkeolojik seramiklerin analizinde temel dalgaboyunda (1064 nm) 4,4ns atım uzunluğuna sahip Q- anahtarlamalı Nd: YAG lazer (EKSPLA NL301HT) kullanıldı. Lazer 20 Hz maksimum tekrarlama oranında 450 mj maksimum çıkış enerjisinde çalışabilmektedir. Malzeme yüzeyine lazer ışınını odaklamada 150 mm odak uzunluğunda BK7 kaplamalı plano dışbükey mercek kullanıldı. Ölçümlerde sinyal gürültü oranını (SNR) azaltmak ve zamansal olarak atomik yayınım sürecini ele almak için geciktirme üreteci (DG535, Stanford Research Systems) kullanılarak lazer ve spektrometre tetiklendi, sistem senkronize edildi. Lazerle oluşturulan plazmadan yayılan ışımalar kolimatör ile bağlantılı 600 μm çapında #ber demeti ile toplanarak 7 kanallı çapraz Czerny-Turner dizilimine sahip BAKİ spektrometre sistemine aktarıldı. LIBS yayılım çizgilerini tanımlayabilmek BAKİ spektrometre yazılımı içerisinde elementlere ait NIST veri bankasında alınmış referans geçişler yer almaktadır. [4]

34 50 Lazer ile Oluşturulan Plazma Spektroskopisi (LIBS) ile Arkeolojik Seramiklerin Sır ve Boya Analizi Şekil 1. Arkeolojik seramiklerin analizi için BAKİ-LIBS deney sisteminin şematik gösterimi. Sonuçlar ve Tartışma a) Sır Analizi Bu çalışmanın amacı, İslam ve Bizans dönemlerine ait olarak tanımlanan seramiklerin sır yapılarındaki benzerlikleri ve farklılıkları belirlemektir. LIBS ölçümlerinde her bir spektrum 1064 nm dalgaboyunda, 10 mj lazer enerjisi ve 20 Hz tekrarlama oranına sahip Nd:YAG lazerin 3 atım ortalaması alınarak kaydedildi. Her iki kültüre ait içerisinde şe%af sırrı barındıran seramiklerin LIBS spektrumları Şekil 2.'de gösterilmektedir. Seramiğin sır yapısında var olan temel elementler Pb, Mg, Si, Al, Ca, Li olarak belirlendi. İslam ve Bizans seramiklerindeki şe%af sırrın arasındaki farkın Sr elementi olduğu görülmektedir. İslam seramiklerinde Sr belirlenmesi, bitkisel içerikli hammaddelerin kullanıldığını göstermektedir. Elde ettiğimiz sonuçlar arkeometri alanında yapılan çalışmalar ile desteklenmektedir. Antik dönemde Bizans ve İslam sırları yüksek kurşunlu sırlar ve kalay katkılı alkali sırlar olarak ikiye ayrılmaktadır [5]. Hongjiao Ma ve grubu tarafından 10. ve 12. yy arasındaki Çin seramik teknolojisinde seramik sır yapımında Sr kullanıldığı belirtildi [6]. Şekil 2. Şe%af sır LIBS spektrumları. Ekli küçük resimde, 1-A seramik örneğindeki Sr yayınımı daha net görebilmek için spektrumun nm aralığındaki detaylı gösterimi. Ayrıca, her iki kültüre ait yeşil sırlı seramiğin sır katmanında Cu elementi gözlemlenmiştir. Her iki kültüre ait ancak Yapılıpınar ve Örenşehir olmak üzere farklı kazı alanlarından seçilen kahverengi sırlı seramik yapısında temel olarak Fe elementinin bulunmasının yanısıra Yapılıpınar kazı alanına ait seramik sır yapısında ayrıca Zn varlığı da tespit edilmiştir.